贵州大学——健身球检验分类机.doc

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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贵州大学健身球检验分类机一 机械原理课程设计说明书 课程名称：健身球检验分类机 学 院 ：机械工程学院 专 业：机械制造及其自动化 学生姓名：龙尚勇 学 号：080803110309 年 级：机制081 任课老师：戴 明 2011年1月4日1月13日目录任务书3 0.1设计题目及原始数据.3 0.2设计方案提示.3 0.3设计任务.3 前言.4第一章设计要求4 1.1

2、功能要求4 1.2工作原理以及工艺动作流程图5第二章传动方案5 2.1传动方案的拟定及电动选择5第三章主要执行结构方案设计8 3.1进料和送料机构8 3.2检料和接料机构9 3.3绘制机构系统运动转换功能图和形态学矩阵12 3.4健身球检验分类机工作原理12第四章 机器基本组成应用与尺寸设计15 4.1电动机.15 4.2减速器.15 4.3凸轮推杆滑块.18 4.4检料装置与接料装置.22 4.5进料机构设计.22第五章 偏置曲柄滑块的运动分析23 5.1构件的基本尺寸23 5.2连杆机构的运动分析流程图.24 5.3编写程序.24 5.4分析结果及运动曲线.29第六章 方案分析与评价29

3、6.1优点29 6.2缺点29 6.3改进.29第七章 总结30参考文献.30附表一 凸轮的详细数据.31附表二 运动分析数据.32附表三 机构运动简图. .34任务书 0.1、设计题目及原始数据设计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。检测后送入各自指定位置，整个工作过程（包括进料、送料、检测、接料）自动完成。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：第一类： 4042 ； 第二类：4244；第三类：4446。其他技术要求见下表：（本设计采用的是B方案）表1 健身球分类机设计数据表方案号电动机转速（r/min）生产率（检球速度）（个/mi

4、n）A144020B96010C720150.2、设计方案提示健身球自动检验分类机是创造性较强的一个题目，可以有多种运动方案实现。一般的思路在于：1.球的尺寸控制可以靠三个不同直径的接料口实现。例如：第一个接料口直径为42mm，中间接料口直径为44mm，而第三个接料口直径稍大于46mm。使直径小于（等于）42mm的球直接落入第一个接料口，直径大于42mm的球先卡在第一个接料口，然后由送料机构将其推出滚向中间接料口。以此类推。2.球的尺寸控制还可由凸轮机构实现。3.此外，需要设计送料机构、接料机构、间歇机构等。可由曲柄滑块机构、槽轮机构等实现。0.3、设计任务1.健身球检验分类机一般至少包括凸轮

5、机构，齿轮机构在内的三种机构；2.设计传动系统并确定其传动比分配，并在图纸上画出传动系统图；3.图纸上画出健身球检验分类机的机构运动方案简图和运动循环图；4.图纸上画凸轮机构设计图（包括位移曲线、凸轮廓线和从动件的初始位置）；要求确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最，确定凸轮廓线。盘状凸轮用电算法设计，圆柱凸轮用图解法设计； 5.设计计算其中一对齿轮机构； 6.编写设计计算说明书； 7.可进一步完成：凸轮的数控加工，健身球检验分类机的计算机演示验证等。前言：随着科学技术、工业生产水平的不断发展和人们生活条件的不断改善，消费者的价值观念变化很快，市场需求才出现多样化的特征，机械产品的种

6、类日益增多，例如，各种金属切削机床、仪器仪表、重型机械、轻工机械、纺织机械、石油化工机械、交通运输机械、海洋作业机械、钢铁成套设备、办公设备、家用电器以及儿童玩具等等。同时，这些机械产品的寿命周期也相应缩短。企业为了赢得市场，必须不断开发符合市场需求的产品。新产品的设计与制造，其中设计是产品开发的第一步，是决定产品的性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因素。机械产品的设计是对产品的功能、工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算，并将其转化为具体的描述以作为制造的工作过程。其中机械产品的功

7、能、工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式等内容是机械原理课程的教学内容。 当今世界，科学技术突飞猛进，知识经济已见端倪，综合国力的竞争日趋激烈。国力的竞争，归根结底是科技与人才的竞争。而机械原理课程设计是机械原理课程的一个重要实践性教学环节，同时，又是机械类专业人才培养计划中一个相对独立的设计实践，在培养学生的机械综合设计能力及创新意识与能力方面，起着重要的作用。在课程设计中，它培养了学生 创新设计的能力。本次设计的是平台印刷机主传动系统设计，以小见大，设计并不是门简单的课程，它需要同学们理性的思维和丰富的空间想象能力。关键字:凸轮机构 曲柄摇杆机构

8、 减速器 齿轮机构第一章 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 mm2. 42 mm 第二类44 mm3. 44 mm 第三类46 mm健身球检验分类机由进料机构、送料机构、检验机构、接球机构以及电动机组成。送料机构在往复运动过程中，当送料机构在回行程中末端通过漏斗左边，漏斗中的球将落下一颗占据进料机构在漏斗下的位置，在去行程中机构将球推入检验斜槽中，检验斜槽由上往下直径

9、分别为42mm、44mm、47mm，根据小球能通过而大球不能通过的原理，直径为42mm的将通过第一个孔，而直径为42-44mm的将停留在第一个孔处，通过第二个孔，直径为4446mm的球停留在第二个孔，而通过第三个孔。用检验机构来完成对所有球的检验和分离。1.2工作原理以及工艺动作流程图 持定量健身球，以直线、间歇的进球。定量进球直线往复的运动。运用曲柄滑块机构使健身球能持续的进入工作台相对应的小槽内，使工作能持续稳定进行。健身球检验分类机的工作系统定量送球健身球间歇得掉下来，尺寸最小的直接掉进第一个孔，稍大得都卡在那里。精确检验健身球运用推杆下降，把健身球送到第2个孔，然后再把最大的送到最大的

10、孔。运用接球通道将分类掉下来球通过，然后再用接球装置将球接住。接球装置第二章 传动方案2.1传动方案的拟定及电动选择： 一、 机器一般由原动机、传动装置和工作机三部分组成如图： 图211减速器 2联轴器 3电动机 二、初步选择电机和分配各级传动比 1、电动机的选择选择电机类型：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

11、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。择电动机的类型和结构型式。 2、选定电动机的容量：电动机的容量选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常的工作，或使用电动机因长期的过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且常常不在满载下运行，其效率和功率的因数都较低，造成浪费。电机的容量的主要由电动机的运行时的发热情况决定，而发热又与其工作情况决定。 工作机所需工作功率，应由机器工作阻力和运动参数计算得来的，可按下式计算： 其中：T工作机的阻力矩，； n工作机的转速，；传动装置的总效率组成传动

12、装置的各部分运动副效率之积，即 其中： 分别为轴承、齿轮、斜齿轮的传动效率三、选择Y系列三相异步电动机 经过综合考虑决定选用Y132S8型号电动机考虑减小噪声、振动等方面的要求时，最好选用带传动。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-链传动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

13、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，再结合要求的工作条件可以得到，在此采用带传动。第三章 主要执行结构方案设计3.1 进料和送料机构一、方案一：凸轮机构特点：凸轮机构只要是当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以是推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑。但是凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，凸轮制造困难。方案：所采用的进料机构如图3-1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，用滑块间歇的让球进入，以不至于无法控制球的进入，最

14、终球顺着右边的壁做自由落体运动,落在指定位置。设计要求：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 方案一运动简图二、 方案二：偏置曲柄滑块机构特点：曲柄逆时针旋转，它能将旋运动转化为有急回特性的往复运动，滑块工作行程（从左到右）的平均速度大于空回行程（从右到左）的平均速度。其行程速比系数为k，当极位夹角增大时，k增大，急回特性增加。方案：所采用的进料机构如图3-2所示。功能和方案一一样，只是送料机构改变，将凸轮换成偏置曲柄滑块机构。设计要求：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

15、，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。1进料槽 2偏距曲柄滑块机构图3-2方案二运动简图三 、方案的选择两种方案都能很好的完成规定的运动，虽然对于凸轮机构，它便于设计，杆件少，同时能耗也少，能更好的完成任务。但根据本课程的要求，本机构中要对连杆机构进行运动的分析，所以本设计采用方案二，偏置曲柄滑块机构有急回运动，能够利于时间的分配，且偏置曲柄滑块机构设计简单，耗材较少，便于设计。3.2 检料和接料机构 我们认为此检验分类机的主要用途就是将不同直径大小的健身球分成三类，同时我们还得考虑到健身球是石料所做，故我们在检验分类的同时应注意到避免健身球损坏。我们提出了如下的方

16、案。一、 方案一 经分析，我们认为此方案接料装置的速度不易于控制，故我们放弃此方案，寻找便于控制的检料装置。图3-3 方案一运动简图 1检料机构 2接料机构二、 方案二图3-4方案二运动简图1检料机构 2接料机构此方案是直径为42毫米的求落入第一个孔，当大于此直径的球来时，连杆将球向上推使之向前运动。落入下一个孔中。经分析，此方案由于球与槽存在过大的摩擦时，有可能无法在规定的时间内完成所需的工作，对槽的表面精度要求较高。三、方案三图3-5方案三运动简图1检料机构 2接料机构 此方案是直径为42毫米的球落入第一个空中，当大于此直径的球来时，凸轮1将其推入第二个空中，如果还不能落入第二个空中，则凸

17、轮2将其推入第三个空中。经分析，此方案需要两个凸轮机构，需要的材料过多，不方便健身球的分类。四、 方案四 我们认为该方案的正好弥补了以上方案的不足，方便而简单地对健身球进行检测，同时也能够将送料机构里的滑块与检测机构里的滑块统一起来运动。在上滑块将球抵出的同时下滑块上边缘也正好抵达料道1的口缘处，向下运动时对球进行检测分类。图3-6方案四运动简图1检料装置 2接料装置综上，我们选择了方案四作为检料和接料机构。3.3、绘制机构系统运动转换功能图和形态学矩阵一、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 功能转换图二、形态学矩阵法创建机构运动方案根据机械系统运动转换功

18、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图3-8 形态学矩阵图可由给定的条件，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。3.4健身球检验分类机工作原理一、健身球检验分类机的基本组成(1)电动机 (2)减速器 （3)曲柄滑块(4)料槽 (5)检料箱体 (6)收集箱(7)皮带轮 (8)直齿锥 （9）凸轮二、机械系统运动方案简图图3-9健身球检验分类机运动方案简图1,2皮带轮 3,4,5,6直齿轮 7凸轮 8,9,10,11锥

19、齿轮 12连杆 13推杆 14滑轮 15料槽将待测健身球放入料槽中三、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，并跟随滑块2缓慢向下移动，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3-10 检验分类机工作流程图四、 各机构的运动循环图 取主轴运动一周来分析各机构的运动。图3-11运动循环图第四章 机器基本组成应用与尺寸设计4.1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。4.2减速器图4-1 减速装置本分类装置采用图4-1所示

20、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。一、 皮带传送：图4-2皮带减速机构如图4-2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)二、齿轮系传动：如图3-9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，根据齿

21、轮系传动原理有： (3)由上式可得：= (4)三、直齿锥齿轮：图4-3 锥齿轮啮合简图如图4-3所示，直齿轮6与直齿锥齿轮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11垂直啮合，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10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，可以得到凸轮7的转速为：同时，齿轮6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

22、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4-4所示： 图4-4直齿轮、锥齿轮啮合简图4.3 凸轮推杆滑块一、凸轮推杆滑块 (一)凸轮推杆滑块如图4-5所示，齿轮6与凸轮7同轴传动，凸轮7与杆13、滑块

23、2形成凸轮滑块传动机构。凸轮尺寸的设计基于该机构从动件的运动规律，由于凸轮7与锥齿轮11的转速相同，设计滑块1将待测球推入检测装置的同时，滑块2在的高度接入待测球进入相应尺寸料道，建立滑块1与滑块2的同步运动机制，当滑块2位于最低点时，滑块1位于最左端。检料装置的尺寸设计（见表4）。图4-5 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）424447设置滑块轨道有关尺寸为： 杆长为（二）凸轮的设计凸轮基圆半径，偏心距e，角速度，设计该凸轮轮廓曲线。由齿轮6与凸轮7同轴传动有： =设计该凸轮的基圆半径，偏心距e： e=30mm 凸轮的各参数如下图所示：图4-6 凸轮的参

24、数凸轮的理论轮廓线设计如下： 图4-7 图轮廓线设计图其动画演示如下图所示：图4-8 凸轮动画演示根据凸轮的各参数以及运动循环和推程、回程规律，可得凸轮的运动分段图如下：图4-19 凸轮运动分段图有关凸轮详细数据见附表一4.4 检料装置与接料装置图4-10 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、料道3，料道顺序为尺寸从小到大往下设置，小球先检测，接着检测中球，大球最后检测，料道尺寸设计稍大于，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：=4.5 进料机构设计：一、 偏置曲柄滑块图4-11 进料机构简图如图4-11所示，曲柄与直齿锥齿轮11同一构件

25、，直齿11与凸轮7具有相同的转速。滑块的行程为240mm，偏距为150mm，行程速比系数为1.4，极位夹角为30度，料槽左端距料道右端为120mm,滑块长为120mm，以防滑块滑到右端时小球往下掉。二、料槽装置 图4-12 料槽装置简图如图14-12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，。第五章 偏置曲柄滑块的运动分析5.1 构件的基本尺寸图5-1图5-2建立如图所示的坐标系，将图5-1的四杆机构分解

26、为原动件和一个二级杆组（RRP），如图5-2所示。已知L1=0.09786m,L2=0.2862m,曲柄的转向如图所示，=1.046669r/s，5.2连杆机构的运动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C点的位置、速度、加速度及杆4的角速度、角加速度否j1360?是 停输出计算结果图5-35.3 编写程序Private Sub Command1_Click()Dim b(6), c(6), d(3), t As String pai = Atn(1#) * 4 / 180 For fi = 0

27、To 360 Step 10 Fi1 = fi * pai Call 单杆运动分析子程序(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.09786, 0, Fi1, 1.046669, 0, _ xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy) Call RRP运动分析子程序(1, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, 0, 0.15, 0, 0, 0, 0, _ 0.2862, 0, 0, 0, xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, fi4, omega4, epsilon4, sr, vsr, asr) t = t + Fi1= + Str(fi) +

28、vbCrLf t = t + xC(m)= + Str(xC) + vbCrLf t = t + vC(m/S)= + Str(vCx) + vbCrLf t = t + aC(m/S2)= + Str(aCx) + vbCrLf t = t + omega4(rad/S)= + Str(omega4) + vbCrLf t = t + epsilon4(rad/S)= + Str(epsilon4) + vbCrLf t = t + vbCrLf Next fi Text1.Text = t End Sub Sub 单杆运动分析子程序(xA, yA, vAx, vAy, aAx, aAy,

29、S, theta, fi, omega, epsilon, _ xm, ym, vmx, vmy, amx, amy) xm = xA + S * Cos(fi + theta) ym = yA + S * Sin(fi + theta) vmx = vAx - S * omega * Sin(fi + theta) vmy = vAy + S * omega * Cos(fi + theta) amx = aAx - S * epsilon * Sin(fi + theta) - S * omega 2 * Cos(fi + theta) amy = aAy + S * epsilon *

30、Cos(fi + theta) - S * omega 2 * Sin(fi + theta) End Sub Sub RRP运动分析子程序(m, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, xP, yP, vPx, vPy, aPx, aPy, _ L2, fi3, omega3, epsilon3, xC, yC, vCx, vCy, _ aCx, aCy, fi2, omega2, epsilon2, sr, vsr, asr) Dim pi, d2, e, F, yCB, xCB, E1, F1, Q, E2, F2 pi = Atn(1#) * 4 d2 = (xB -

31、xP) 2 + (yB - yP) 2) e = 2 * (xP - xB) * Cos(fi3) + 2 * (yP - yB) * Sin(fi3) F = d2 - L2 2 If e 2 L2 + L3 Or d 0 Thengam = Atn(sa / ca)Else: gam = Atn(sa / ca) + piEnd IfIf m = 1 Thenfi2 = delta + gamElse: fi2 = delta - gamEnd IfxC = xB + L2 * Cos(fi2)yC = yB + L2 * Sin(fi2)yCD = yC - yDxCD = xC - xDIf xCD 0 Thenfi3 = Atn(yCD / xCD)ElseIf yCD = 0 Thenfi3 = Atn(yC