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《機械原理》課程設(shè)計說明書 健身球檢驗分類機 院 部： 機電工程學(xué)院 班 級： 12機械卓越班 姓 名： 王晨一 學(xué) 號： 21206072541 指導(dǎo)教師： 錢外聲 目錄 一、設(shè)計任務(wù)書3 1.1設(shè)計題目及數(shù)據(jù) 1.2設(shè)計方案 1.3設(shè)計任務(wù) 1.4工作原理以及工藝動作流程圖(a)與功能邏輯圖(b) 二、執(zhí)行構(gòu)件及其運動設(shè)計5 2.1進料與送料機構(gòu) 2.2檢驗分類與按類存放機構(gòu) 2.3執(zhí)行構(gòu)件的運動循環(huán)圖（運動協(xié)調(diào)性）設(shè)計 2.4機構(gòu)選型及組合 2.4.1根據(jù)工藝過程確定執(zhí)行構(gòu)件的運動形式 2.4.2根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運動形式選擇機構(gòu) 2.5方案評價及優(yōu)選 2.6方案結(jié)果分析 2.7減速裝置的尺寸設(shè)計 2.7.1齒輪系傳動 2.7.2皮帶傳送 2.7.3直齒錐齒輪 三、機械系統(tǒng)的運動簡圖及相關(guān)性能分析和方案評價16 3.1運動方案簡圖 3.2健身球分類機優(yōu)、缺點 3.3健身球分類機的改進 3.4方案整體評價 四、參考文獻(xiàn)18 一、設(shè)計任務(wù)書 1.1設(shè)計題目及數(shù)據(jù) 設(shè)計健身球自動檢驗分類機，將不同直徑尺寸的健身球（石料）按直徑分類。檢測后送入各自指定位置，整個工作過程（包括進料、送料、檢測、接料）自動完成。 健身球直徑范圍為ф40～ф46mm，要求分類機將健身球按直徑的大小分為三類：第一類： 40≤ф≤42 ； 第二類：42<ф≤44；第三類：44<ф≤46。 其他技術(shù)要求見下表： 健身球分類機設(shè)計數(shù)據(jù)表 方案號 電動機轉(zhuǎn)速（r/min） 生產(chǎn)率（檢球速度）（個/min） A 1440 20 1.2設(shè)計方案 1.球的尺寸控制可以靠三個不同直徑的接料口實現(xiàn)。例如：第一個接料口直徑為42mm，中間接料口直徑為44mm，而第三個接料口直徑稍大于46mm。使直徑小于（等于）42mm的球直接落入第一個接料口，直徑大于42mm的球先卡在第一個接料口，然后由送料機構(gòu)將其推出滾向中間接料口。以此類推。 2.球的尺寸控制還可由凸輪機構(gòu)實現(xiàn)。 3.此外，需要設(shè)計送料機構(gòu)、接料機構(gòu)、間歇機構(gòu)等。可由曲柄滑塊機構(gòu)、槽輪機構(gòu)等實現(xiàn)。 1.3設(shè)計任務(wù) 1.健身球檢驗分類機一般至少包括凸輪機構(gòu)，齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)； 2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配，并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖； 3.圖紙上畫出健身球檢驗分類機的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖； 4.圖紙上畫凸輪機構(gòu)設(shè)計圖（包括位移曲線、凸輪廓線和從動件的初始位置）；要求確定運動規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，確定凸輪廓線。 5.設(shè)計計算其中一對齒輪機構(gòu)； 6.編寫設(shè)計計算說明書； 1.4工作原理以及工藝動作流程圖(a)與功能邏輯圖(b) 持定量健身球，以直線、間歇的進球。 定量進球 直線往復(fù)的運動。運用曲柄滑塊機構(gòu)使健身球能持續(xù)的進入工作臺相對應(yīng)的小槽內(nèi)，使工作能持續(xù)穩(wěn)定進行。 定量送球 健身球檢驗分類機的工作系統(tǒng) 健身球間歇得掉下來，尺寸最的直接掉進第一個孔，稍大得都卡在那里。 精確檢驗健身球 運用滑塊或偏心輪，把健身球推到第2個孔，然后再把最大的推到最大的孔。 運用接球通道將分類掉下來球通過，然后再用接球儀器講球接住。 接球裝置 (a) 健身球自動檢驗分類 1.進料功能 2.送料功能 3.自動分類功能 4.按類存放功能 (b) 二、執(zhí)行構(gòu)件及其運動設(shè)計 2.1進料與送料機構(gòu) （1）進料機構(gòu) 如上圖所示為漏斗形狀的進料機構(gòu)，槽體上安裝有一個振蕩器,槽體高度h，可根據(jù)待測球數(shù)量適度調(diào)整。槽壁的傾斜角度為α，其對槽體和健身球的受力情況有較大的影響。如果α角度過大，則健身球整體向下的壓力不足，影響了傳遞的連續(xù)性；如果α角度過小，則球之間互相壓力增大，健身球流動性下降。所以，。我們?nèi)?α=35 對于導(dǎo)管直徑d，為了保證良好的流動性d應(yīng)該大于最大球的直徑，并保證的盈余空間；但也不宜過大，過大尺寸的直徑d容易造成球體之間的相互摩擦力增加，造成導(dǎo)管的堵塞。 考慮到待測球在漏口堵塞情況，設(shè)置了如下圖所示的振蕩器裝置： 為了防止料槽中，健身球堵塞，本裝置使用了如上圖所示的解卡振蕩器。本振蕩器使用電動機2來帶動偏心輪1轉(zhuǎn)動，由于偏心輪質(zhì)心偏離轉(zhuǎn)動中心，因此產(chǎn)生振動的效果。把解卡振蕩器安裝于料槽壁上帶動料槽振動，使料槽中健身球的流動性得到加強，很大程度的減小了健身球被卡住的幾率。 （2）送料機構(gòu) 方案一、四連桿機構(gòu) 方案二、對心凸輪滑塊機構(gòu) 以上兩種方案都同樣能完成工作任務(wù)，但前者有急回特性，有沖擊，而后者若采用擺線或五次多項式運動規(guī)律，則可避免沖擊，并且結(jié)構(gòu)更為簡單，便于設(shè)計，桿件少，功能損失更少。所以我們選用后者，即對心凸輪滑塊機構(gòu)。 2.2檢驗分類與按類存放機構(gòu) （1）檢驗分類機構(gòu) 方案一： 　　方案二： 　　　 理論上，兩種方案都可以實現(xiàn)健身球自動檢驗分類的功能，但實際上方案一在料道1處，直徑在φ42及以上的健身球會卡住，而無法實現(xiàn)分類，故選方案二。 在方案二的檢料箱體中，設(shè)有待測球出口料道1、料道2、料道3，料道順序為尺寸從小到大依次設(shè)置，小球先檢測，接著檢測中球，大球直接滾出，為了使球能夠快速穩(wěn)定地經(jīng)過料道尺寸檢測，設(shè)計軌道與水平夾角為：β=10 料道相應(yīng)尺寸大小如下表： 料道1 料道2 料道3 料道直徑（mm） 　　42 　　44 　　46 設(shè)置滑塊軌道有關(guān)尺寸為： 　其中，是滑塊１的行程，　 　mm　mm 另外，在滑塊2的前端，留有在的距離，考慮到健身球的形狀以及其重力作用的因素，其能夠按照預(yù)想的路程進行檢料。 （2）按類存放裝置 　　 如下圖所示： 2.3執(zhí)行構(gòu)件的運動循環(huán)圖（運動協(xié)調(diào)性）設(shè)計 電機 減速1 減速2 減速3 運動分支 分類滑塊3的間隙往復(fù)運動 分類滑塊2的間隙往復(fù)運動 送料滑塊1的間隙往復(fù)運動 2.4機構(gòu)選型及組合 電動機轉(zhuǎn)速（r/min） 生產(chǎn)率（檢球速度）（個/min） 1440 20 2.4.1根據(jù)工藝過程確定執(zhí)行構(gòu)件的運動形式 送料功能的執(zhí)行構(gòu)件是滑塊1，它作間歇往復(fù)直線運動； 檢驗分類功能的執(zhí)行構(gòu)件是滑塊2和滑塊3，它們都作間歇往復(fù)直線運動。 2.4.2根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運動形式選擇機構(gòu) （1）送料滑塊1的間歇往復(fù)移動，可選凸輪機構(gòu)，連桿機構(gòu)，凸輪+連桿機構(gòu)等。 （2）分類滑塊2的間歇往復(fù)運動，可選凸輪機構(gòu)，連桿機構(gòu)，凸輪+連桿機構(gòu)等。 （3）分類滑塊3的間歇往復(fù)運動，可選凸輪機構(gòu)，連桿機構(gòu)，凸輪+連桿機構(gòu)等。 2.5方案評價及優(yōu)選 功能元 功能分解（匹配的機構(gòu)） 1 2 3 減速1 帶傳動 齒輪傳動 蝸桿傳動 減速2 帶傳動 齒輪傳動 蝸桿傳動 減速3 帶傳動 齒輪傳動 蝸桿傳動 送料滑塊1的間隙往復(fù)運動 凸輪機構(gòu) 連桿機構(gòu) 凸輪+連桿機構(gòu) 分類滑塊2的間隙往復(fù)運動 凸輪機構(gòu) 連桿機構(gòu) 凸輪+連桿機構(gòu) 分類滑塊2的間隙往復(fù)運動 凸輪機構(gòu) 連桿機構(gòu) 凸輪+連桿機構(gòu) 如上表格所示的粗黑體的功能綜合，即為設(shè)計的最佳方案。 2.6方案結(jié)果分析 根據(jù)實踐經(jīng)驗，在推程時，許用壓力角的值對于移動從動件，=30～38。在回程時，對于力封閉的凸輪，這時使從動件運動的是封閉力，不存在自鎖的問題，故可采用較大的壓力角，通常取=70～80。并 且，最大壓力角，因此，我們可以取=30，＇=70。 從上面的調(diào)試結(jié)果可知，升程<=30，回程最大壓力角=70，且沒有運動失真的現(xiàn)象，故滿足設(shè)計的要求。 2.7減速裝置的尺寸設(shè)計 本分類裝置采用上圖所示的減速器，由傳送帶和齒輪系構(gòu)成的減速裝置。其中一對齒輪的傳動比是有限的，由于本裝置需要較大的傳動比，固采用輪系來實現(xiàn)。 2.7.1齒輪系傳動 帶輪2與齒輪1同軸傳動，齒輪1與齒輪2嚙合傳動，齒輪2與齒輪3同軸傳動，齒輪3與齒輪4嚙合傳動，齒輪4與直齒錐同軸連接，根據(jù)齒輪系傳動原理有： (3) 由上式可得： 　　　　　　　　　　 (4) 2.7.2皮帶傳送 如圖所示為皮帶減速機構(gòu)，帶輪1連接原動件轉(zhuǎn)速為=1440r/min的交流電動機，皮帶2連接齒輪系中的齒輪1，皮帶1的半徑為，皮帶2的半徑為，根據(jù)皮帶傳動原理有： = (1) 皮帶1與皮帶2的轉(zhuǎn)速與半徑成反比： = (2) 2.7.3直齒錐齒輪 直齒輪4與直齒錐齒輪5、凸輪7、凸輪8同軸傳動，直齒錐齒輪5與直齒錐齒輪6垂直嚙合，直齒錐齒輪6與凸輪9同軸連接，根據(jù)齒輪傳動原理有： = (5) = (6) 由凸輪9與直齒錐齒輪同軸傳動有： (7) 根據(jù)提供的原動件轉(zhuǎn)速為=1440r/min的交流電動機與課程設(shè)計要求，在的前提下，設(shè)計機器的生產(chǎn)率為20個/min,設(shè)計的凸輪滑塊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)凸輪轉(zhuǎn)動一圈完成一個健身球的檢測，可以得到凸輪9的轉(zhuǎn)速為： 同時，齒輪4與凸輪7和凸輪8是同軸傳動，故 則 根據(jù)公式(4)可以得出： 因此由上兩式可以得出: 根據(jù)1比72的比例關(guān)系，我們選取適當(dāng)?shù)钠л啺霃胶妄X輪齒數(shù) 故我們得出: ,, 考慮到齒輪大小與傳動的合理性，經(jīng)過比較設(shè)計皮帶傳動結(jié)構(gòu)與齒輪系傳動結(jié)構(gòu)的相應(yīng)參數(shù)如下： 表：皮帶輪參數(shù) 帶輪1 帶輪2 皮帶輪半徑（mm） 30 240 表： 各齒輪參數(shù) 模數(shù)(mm) 壓力角() 齒數(shù)(個) 直徑(mm) 分錐角() 齒輪1 3 20 20 60 / 齒輪2 3 20 60 180 / 齒輪3 3 20 20 60 / 齒輪4 3 20 60 180 / 直齒錐5，6 3 20 40 120 90 三、機械系統(tǒng)的運動簡圖及相關(guān)性能分析和方案評價 3.1運動方案簡圖 注：1,2,3,4—直齒輪 5，6—錐齒輪7，8，9—凸輪 10—彈簧 11—推桿　 12—振蕩器　13—進料槽 14—料槽15，16—推桿　 17，18，19—收集箱 3.2健身球分類機優(yōu)、缺點 （1）設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，能耗低； （2）設(shè)計制造簡單； （3）使用解卡振蕩器，很大程度上減小健身球互相卡住的機率； （4）傳送帶靠摩擦力工作，傳動平穩(wěn)，噪聲小。 （1）由于機構(gòu)簡單，故精確度不高； （2）振蕩器的使用加劇了健身球之間的相互碰撞，同時使機械運轉(zhuǎn)的噪音加大； （3）不適用于高速分類。 3.3健身球分類機的改進 （1）可通過精確的調(diào)整解卡振蕩器的頻率，從而減小噪音； （2）使用摩擦系數(shù)較小的導(dǎo)軌，提高選擇精度。 3.4方案整體評價 運動精確性:由于齒輪設(shè)計和凸輪設(shè)計都是按照檢球速度20個/分來設(shè)計,因此凸輪和錐齒輪的轉(zhuǎn)動速度都是20轉(zhuǎn)/分。 運動平穩(wěn)性:由于從電機到減速器采用帶傳動，齒輪的尺寸適中且工作速度適中,因此傳動比較平穩(wěn)。 結(jié)構(gòu)緊湊性：通過一個電動機實現(xiàn)送料機構(gòu)、變速機構(gòu)、分料機構(gòu)的工藝動作，且外形尺寸比較合理，結(jié)構(gòu)較緊湊。但健身球也可能發(fā)生被卡而不能滾下斜坡。 四、參考文獻(xiàn) 1.《機械原理課程設(shè)計手冊》 主編：牛鳴岐 王保民 王振甫 重慶大學(xué)出版社 2001 2.《機械原理》 主編：王知行 劉延榮 高等教育出版社2000 3.《機械設(shè)計課程設(shè)計》 主編：陳秀寧 浙江大學(xué)出版社 1995 4.《機械原理》 第七版 主編：孫恒 陳作模 高等教育出版社 2006 5.《機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書》 主編：裘建新 高等教育出版社 2005 6.《機械設(shè)計》 主編：徐錦康 機械工業(yè)出版社 7.《機械原理與設(shè)計課程設(shè)計》 主編：王三民 機械工業(yè)出版社 2004 8.《機械原理課程設(shè)計手冊》 主編：鄒慧君 高等教育出版社 1998