健身球分类检测机

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date健身球分类检测机学号学号06120616成绩课程设计说明书系 别 机械与汽车工程系专 业 机械设计制造及其自动化课程名称 机械设计（二）课程设计学 号 06120616姓 名 柯海东指导教师 付建华题目名称 健身球分类检测机设计时间 2014年9-12月2014 年 12 月 12日-目 录一、 设计要求11.1功能要求11.2工作原理11.3工艺流程图2二、机械系统

2、的选择22.1电动机的选择32.2传动机构的选择及比较32.3执行机构的选择及比较5三、绘制机构系统运动转换功能图和形态学矩阵73.1功能转换图73.2形态学矩阵图7四、健身球检验分类机工作原理及工艺动作流程图84.1健身球检验分类机工作流程84.2机械系统运动方案简图（大图见附录四）9五、机器基本组成应用与尺寸设计95.1电动机95.2减速器105.3传动装置105.5检验装置与接料装置155.6进料机构设计155.7各机构的运动循环图17六、偏置曲柄滑块的运动分析186.1 构件的基本尺寸186.2连杆机构的运动分析流程图19七、 方案分析与评价207.1 优点207.2 缺点207.3改

3、进20八、总结21九、参考文献22一、 设计要求1.1功能要求具体设计要求如下：健身球检验分类机能够实现进球、送球、检测球、接球的一体化功能。健身球自动检验分类机，将不同直径尺寸的健身球（石料）按直径分类。健身球直径范围为4046mm，要求分类机将健身球按直径的大小分为三类。 1. 40 mm第一类42 mm 2. 42 mm 第二类44 mm 3. 44 mm 第三类46 mm1.2工作原理健身球检验分类机的工作原理是由进料机构、送料机构、检验机构、接料机构以及电动机组成。进料机构是持定量的健身球，以直线、间歇的运动过程进球；送料机构是在往复直线运动过程中，运用曲柄滑块或者凸轮推杆是健身球能

4、持续定量的进入工作台相对应的小槽内，让健身球每6秒钟进入一个，使工作持续稳定进行；检验机构是由上往下直径分别为47mm、44mm、42mm小槽，根据小球能通过而大球不能通过的原理，健身球先通过直径为44-46mm的第一个孔，如果不能滚入，则通过直径为42-44mm的第二个孔和直径为4042mm的第三个孔，依次类推，直至用检验机构来完成对所有球的检验和分离；接料机构是在运用接球通道将分类掉下来球通过滚槽进入指定的装置，然后再用接球仪器将球接住。1.3工艺流程图 健身球检验分类机的工作系统进料机构持定量健身球，以直线、间歇的进球运用曲柄滑块使健身球能持续定量的进入工作台相对应的小槽内，让健身球每3

5、秒钟进入一个，使工作持续稳定进行接料机构检验机构健身球间歇得掉下来，尺寸不同球将通过不同的小槽精确检验，直至完成检验送料机构运用接球通道将分类掉下来球通过滚槽进入指定的装置二、机械系统的选择 机械系统通常由一般由原动机、传动装置和工作机（有时又称执行机构）三部分组成如图： 图211减速器 2联轴器 3电动机 2.1电动机的选择2.1.1选择电动机类型发动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、汽油机、菜油机、液压机、汽动马达等。电动机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易，一般机械上大多数是均采用电动机驱动。电动机已经是系列化了，通常由专门的工厂按标准系列成批或大量生产。机械设计中应

6、根据工作的载荷、工作的要求、工作的环境、安装的要求及尺寸、重量有无特殊限制等条件，从产品目录中选择电动机的类型和结构形式、容量和转速，确定具体的型号。 2.2传动机构的选择及比较 机械系统中的传动机构是把原动机输出的机械能传递给执行机构并实现能量的分配、转速的改变及运动形式的改变的中间装置。传动机构最常见的有齿轮传动、带传动、蜗杆传动等。他们的特点如表1特点寿命应用齿轮传动承载能力和速度范围大；传动比恒定，采用卫星传动可获得很大传动比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安装精度要求高，精度低时，运转有噪音；无过载保护作用取决于齿轮材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合与抗磨损能力金属切削机床、汽

7、车、起重运输机械、冶金矿山机械以及仪器等蜗杆传动结构紧凑，单级传动能得到很大的传动比；传动平稳，无噪音；可制成自锁机构；传动比大、滑动速度低时效率低；中、高速传动需用昂贵的减磨材料；制造精度要求高，刀具费用贵。制造精确，润滑良好，寿命较长；低速传动，磨损显著金属切削机床（特别是分度机构）、起重机、冶金矿山机械、焊接转胎等带传动轴间距范围大，工作平稳，噪音小，能缓和冲击，吸收振动；摩擦型带传动有过载保护作用；结构简单，成本低，安装要求不高；外廓尺寸较大；摩擦型带有滑动，不能用于分度链；由于带的摩擦起电，不宜用于易燃易爆的地方；轴和轴承上的作用力很大，带的寿命较短带轮直径大，带的寿命长。普通V带

8、3500-5000h金属切削机床、锻压机床、输送机、通风机、农业机械和纺织机械链传动轴间距范围大；传动比恒定；链条组成件间形成油膜能吸振，对恶劣环境有一定的适应能力，工作可靠；作用在轴上的荷载小；运转的瞬时速度不均匀，高速时不如带传动平稳；链条工作时，特别是因磨损产生伸长以后，容易引起共振，因而需增设张紧和减振装置与制造质量有关5000-15000h农业机械、石油机械、矿山机械、运输机械和起重机械等 当原动机驱动主动轮时，由于带与带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。带传动具有结构简单、传动平稳、选价低廉以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。 图-带传动 图-链传

9、动但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。 蜗杆传动的传动比大，承载能力较齿轮低，常布置在传动系统的高速级，以获得较小的结构尺寸；同时，摩擦力大，发热大。同时蜗杆传动在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化，因而摩擦损失较大，效率低。 根据以上的分析比较，考虑减小噪声、振动等方面的要求的工作条件可以得到，在此采用带传动。 2.3执行机构的选择及比较2.3.1送料机构 方案一：凸轮机构所采用的进料机构如图31所示。其主要有进料槽、凸轮机构组成。当小球不断的从进料槽中进入时，运用凸轮机构，

10、用滑块间歇的让球进入，以不至于无法控制球的进入，最终球顺着右边的壁做自由落体运动,落在指定位置。特点：1）、结构简单紧凑、工作可靠且易于设计；2）、多用性、灵活性。使从动件精确地实现各种预期的运动规律，易于实现多个运动的相互协调配合。3）、响应比较快速，易于实现送料机构的间歇。凸轮运动带动滑块运动，在远休和近休位置时，滑块相对静止，实现整个运动的间歇，以便于能够控制健身球的检验。设计缺点：凸轮顶端处应稍微有点凹朝,以免最下面的球在上面的球的压力下直接冲出工作台,造成球进入速度不受限制。1进料槽 2凸轮机构 图3-1 方案一运动简图 方案二：偏置曲柄滑块机构所采用的进料机构如图32所示。功能和方

11、案一一样，只是送料机构改变，将凸轮换成偏置曲柄滑块机构。设计优点：有急回特性，球的正下方有一个微小的凹槽，使球下落在槽内不会自行滑动，且滑块将球推出后，滑块的后半部分能够堵住进料口，不会使球往下落。特点：机构比较简单，比较容易设计制造。并且其具有急回特性，主要用于实现各种冲压加工工艺。还具有力的放大作用（工作载荷大于传动系统输入的作用力）。1进料槽 2对心滑块机构图3-2方案二运动简图综上考虑，在设计健身球检验装置的同时，我们还需要进行20个/min效率和整个装置的自然衔接的实现。因而，检料机构需要较强的灵活性和很好的间歇循环。同时，还需要进行送料机构和检料机构的衔接。所以，我们选择了方案三作

12、为检料和接料机构。三、绘制机构系统运动转换功能图和形态学矩阵3.1功能转换图 根据执行构件的运动形式，绘制机械系统运动转换功能图如图3-7所示图3-7 功能转换图3.2形态学矩阵图根据机械系统运动转换功能图可构成形态学矩阵，由下表所示的形态学矩阵可求出检验分类机系统的运动方案数为： N = 33333= 243可由给定的条件，各机构的相容性，各机构的空间布置，类似产品的借鉴和设计者的经验等，从中选出若干个较为实际可行的方案，然后从选出的若干个方案中用评价方法选出最优方案。四、健身球检验分类机工作原理及工艺动作流程图将待测健身球放入料槽中 4.1健身球检验分类机工作流程通过导管将料槽中的小球引入

13、带凹槽的导轨中电机通过变速器带动滑块1推动健身球健身球在滑块1推动的作用下由导轨进入检料装置口健身球由滑块2引入检料装置，进入各自的合适的轨道中不同类型的健身球沿各自的轨道进入不同的收集箱中 图4-1 检验分类机工作流程图 4.2机械系统运动方案简图（大图见附录四） 图42健身球检验分类机运动方案简图五、机器基本组成应用与尺寸设计 5.1电动机 本健身球检验分类机原动件采用转速为的交流电动机。 5.2减速器图5-1 减速装置本分类装置采用图5-1所示的减速器，由传送带和齿轮系构成的减速装置。其中一对齿轮的传动比是有限的，由于本装置需要较大的传动比，固采用轮系来实现。5.3传动装置皮带传送 图5

14、-2皮带减速机构如图5-2所示为皮带减速机构，根据传动比的需要，本机构采用平带传动，够使机械的效率保持在在0.98-0.98之间，且寿命比V带长。其基本原理是带轮1连接原动件转速为的交流电动机，皮带2连接齿轮系中的齿轮3，皮带1的半径为，皮带2的半径为，根据皮带传动原理有：= (1)皮带1与皮带2的转速与半径成反比：= (2) 齿轮系传动：如图5-3所示，带轮2与齿轮3同轴传动，齿轮3与齿轮4啮合传动，齿轮4与齿轮5同轴传动，齿轮5与齿轮6啮合传动，齿轮6与直齿锥同轴连接，根据齿轮系传动原理有： (3)由上式可得： = (4) 直齿锥齿轮：图5-4 锥齿轮啮合简图如图5-4所示，直齿轮6与直齿

15、锥齿轮8、凸轮7（见图3-9）同轴传动，直齿锥齿轮8与直齿锥齿轮9垂直啮合，直齿锥齿轮10与凸轮11同轴连接（见附图），根据齿轮传动原理有：= (5)= (6) = （7）由凸轮7与直齿锥齿轮同轴传动有：= (8)根据提供的原动件转速为的交流电动机与课程设计要求，在的前提下，设计机器的生产率为20个/min,设计的凸轮滑块结构实现凸轮转动一圈完成一个健身球的检测（3.3.3），可以得到凸轮7的转速为：同时，齿轮4与齿轮7是同轴传动，故则根据公式(4)可以得出：因此由上两式可以得出:根据1比96的比例关系，我们选取适当的皮带轮半径和齿轮齿数故我们得出:,考虑到齿轮大小与传动的合理性，经过比较设计

16、皮带传动结构与齿轮系传动结构的相应参数如表2、表3：表2 皮带轮参数带轮1带轮2皮带轮直径（mm）100200表3 各齿轮参数模数(mm)压力角()齿数(个)直径(mm)分锥角()齿轮32202040/齿轮4220160320/齿轮52202040/齿轮6220120240/直齿锥8,9,10,112208016090一对齿轮与一对直齿锥齿轮啮合如图5-5所示： 图5-5直齿轮、锥齿轮啮合简图 图5-6 检料装置运动图 表4 检料装置料道尺寸料道1料道2料道3料道直径（mm）474442 5.5检验装置与接料装置图5-11 检料装置图在检料箱体中，滑块2的轨道中设有待测球出口料道1、料道2、料

17、道3，料道顺序为尺寸从大到小往下设置，大球先检测，料道尺寸设计稍大于，取47mm接着检测中球，小球最后检测，为了使球能够快速稳定地经过料道尺寸检测，设计轨道与水平夹角为：= 5.6进料机构设计 5.6.1偏置曲柄滑块图5-12 进料机构简图如图5-12所示，曲柄与直齿锥齿轮11同轴传动，直齿11与凸轮7具有相同的转速。A到C的垂直距离为150mm，滑块的行程为C1C2=240mm，A点铰链固定后，AC1=188mm,AC2=384,根据公式得 AB=(AC2-AC1)/2=97.86mm BC=(AC2+AC1)/2=286.2mm行程速比系数为K=1.4，根据公式得 极位夹角为=180度x（

18、K-1）/(K+1)=30度。5.6.2料槽装置 图5-13 料槽装置简图如图513所示为料槽结构，其中槽体的高度可根据待测球数量适度调整。其中槽壁的倾斜角度对槽体和健身球的受力情况有较大的影响。如果角度过大，则健身球整体向下的压力不足，影响了传递的连续性；如果角度过小，则球之间互相压力增大，健身球流动性下降。所以，。六、偏置曲柄滑块的运动分析 6.1 构件的基本尺寸图6-1图6-2建立如图所示的坐标系，将图6-1的四杆机构分解为原动件和一个二级杆组（RRP），如图6-2所示。已知L1=0.09786m,L2=0.2862m,曲柄的转向如图所示，=1.046669r/s。 6.2连杆机构的运动

19、分析流程图开始输入已知数据j1=0j1=j1+Dj调用单杆运动分析子程序,计算B点的位置、速度、加速度调用RRP杆组运动分析子程序,计算E点的位置、速度、加速度及杆4的角速度、角加速度否j1360?是七、 方案分析与评价 7.1 优点(1)设计结构简单，能耗低；(2)设计制造简单；(3)减小了健身球之间的相互碰撞；(4)传送带靠摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小。 7.2 缺点(1)由于机械机构简单，故精确度不高；(2)不适合用于高速分类。 （3）进料装置上可能产生互卡。 7.3改进(1)可使用振荡器，减小进料装置的互卡，但要通过精确的调整解卡振荡器的频率，从而减小噪音；(2)使用摩擦系

20、数较小的导轨，提高选择精度。八、总结机械原理课程设计就快结束了，虽然只有在课后才抽出时间来，但是在这次课程设计过程中，我们学到了不少知识，得到了很好的锻炼和实践。它不仅使我们平时所学的一些理论知识运用到了实际中，更好的培养了我们运用所学的基本理论和方法去发现、分析和解决工程实际问题的能力，而且，还使我们加深了对各类机械机构的认识和了解，学会了利用程序分析设计各类凸轮机构，用UG软件对机构杆件进行建模，并且通过各种计算，Word文档编辑的能力以及其他方面的能力。另外，通过多次在软件上画图建模及仿真，让我对UG的使用越来越顺手，很大程度上提高了我的设计效率。这次机械原理课程设计是一个综合性的设计，

21、在这次课程设计的过程中，我们深刻的体会到设计工作的严谨性和紧密性，以及我们自己在很多知识方面存在很大的不足。最初开始，我们无从下手，结合自己平时的理论基础，以及在网上查找和参考各种有用的资料和文献资源，一步一步地完成了这次课程设计。总而言之，在这次课程设计的过程中，我们受益匪浅。我相信：通过越来越多的实践体验，一定能更好地掌握机械类专业各方面的知识。机械学作为一门传统的基础学科，内容丰富，涉及面广。在新的历史条件下，机械学与电子电气、液压等多种学科，联系更为紧密，它的综合性更强。所以我们要学的还有很多，在日后要多关注这些方面的知识。通过这次的设计，使我欲望最强的就是要先学好画图。最后真诚得感谢付老师在寒冷的气候中过来真诚地指导我们，让我们学到一些操作知识，培养我们自己的动手能力！九、参考文献1张传敏，张恩光，战欣主编.机械原理课程设计.1版.广东：华南理工大学出版社，2012年8月2寇尊权王多主编.机械设计课程设计.北京：机械工业出版社，20063谭庆昌赵洪志.机械设计.北京：高等教育出版社，20081张传敏，张恩光，战欣主编.机械原理课程设计.1版.广东：华南理工大学出版社，2012年8月2寇尊权王多主编.机械设计课程设计.北京：机械工业出版社，20063谭庆昌赵洪志.机械设计.北京：高等教育出版社，2008