机械原理课程设计-健身球自动分类机方案设计说明书dilw.docx

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1、目 录一、设计计任务书书.3 11.1功功能要求求及工艺艺动作分分解提示示.33 11.2 设计方方案提示示.3二、健身身球自动动检验分分类机方方案设计计.33 22.1功功能分解解.4 22.2功功能逻辑辑图.42.3方方案设想想.42.4原原动机及及传动机机构的选选择.6 2.4.11原动机机的选择择.6 2.4.22传动机机构的选选择.62.5执执行机构构的选择择与比较较.772.5.1进料料与送料料.82.5.2检验验分类与与按类存存放.110三、机械械系统运运动方案案的拟定定与比较较.122 33.1根根据工艺艺过程确确定执行行构件的的运动形形式.112 33.2绘绘制机械械系统运运

2、动转换换功能图图.112 33.3根根据执行行构件的的运动形形式选择择机构.1223.4用用形态学学矩阵法法创建机机械系统统的运动动方案.113四、机械械系统工工作运动动循环图图.114 44.1根根据工艺艺动作顺顺序和协协调要求求拟定运运动循环环图.144五、机构构的尺寸寸设计及及运动分分析.155 5.11凸轮机机构的设设计.155 5.22结果分分析.200 55.3减减速装置置的尺寸寸设计.20六、机构构运动总总体方案案图.24 66.1运运动方案案简图.24 66.2健健身球检检验分类类机工作作原理.25 6.2.1健身身球检验验分类机机工作流流程.225 6.33健身球球检测分分类

3、机分分析与评评价.26七、总结结.26八、主要要参考资资料.27一、 设计题目目1.1功功能要求求及工艺艺动作分分解提示示1) 总功能要要求将不同直直径的健健身球按按直径分分类存放放。2) 工作原理理及工艺艺动作分分解提示示健身球自自动分类类机的功功能是将将不同直直径的健健身球（石石料）按按直径分分类，并并送到各各指定位位置。整整个工作作过程（包包括进料料、送料料、分类类、按类类存放）自自动完成成。1.2设设计要求求健身球直直径范围围为4046mmm，要要求分类类机将健健身球按按直径的的大小分分为三类类：第一一类： 40442 ； 第二二类：442444；第三三类：444466。生产率（分分类

4、速度度）200个/mmin；电机转速速：14440rmin二设计计任务（1） 健身球球分类机机一般至至少包括括凸轮机机构、齿齿轮机构构在内的的三种机机构。（2） 设计传传动系统统并确定定其传动动比分配配。（4）绘绘制凸轮轮机构设设计图（包包括位移移曲线、凸凸轮廓线线和从动动件的初初始位置置）。要要求确定定运动规规律，选选择基圆圆半径，校校核最大大压力角角与最小小曲率半半径，确确定凸轮轮廓线。盘盘状凸轮轮用解析析法设计计，圆柱柱凸轮用用图解法法设计。（5）设设计计算算其中一一对齿轮轮机构。（6） 编写设设计计算算说明书书。三设计计方案构构思提示示健身球自自动分类类机可以以有多种种运动方方案实现现

5、。一般般的思路路在于：1) 球的尺尺寸控制制可以靠靠三个不不同直径径的接料料口实现现。例如如：第一一个接料料口直径径为422mm，中中间接料料口直径径为444mm，而而第三个个接料口口直径稍稍大于446mmm。使直直径小于于（等于于）422mm的的球直接接落入第第一个接接料口，直直径大于于42mmm的球球先卡在在第一个个接料口口，然后后由送料料机构将将其推出出滚向中中间接料料口。以以此类推推。2) 送料机机构、接接料机构构、间歇歇机构可可由曲柄柄滑块机机构、槽槽轮机构构、凸轮轮机构等等实现。3) 球的尺尺寸控制制还可由由凸轮机机构实现现。四、健身身球自动动检验分分类机方方案设计计4.1功功能分

6、解解1.进料料功能2.送料料功能3.自动动分类功功能4.按类类存放功功能4.2方方案设想想方案一 自自动检验验分类机机的主要要用途就就是将不不同直径径大小的的健身球球分成三三类，我我们提出出了如下下图的运运动装置置:图4.11该方案将将送料机机构与检检料机构构中的滑滑块运动动统一起起来，在在上滑块块将球推推出的同同时下滑滑块上边边缘也正正好抵达达料道11的口缘缘处，向向下运动动时对球球进行检检测分类类。但考考虑到球球在检料料机构通通道中向向下运动动至靠近近料道时时，有可可能球会会卡在料料道口而而不能进进行正常常分类，而而且此机机构在滑滑块运动动的三个个料道口口处分别别有一处处间歇，其其间歇位置

7、置和时间间不易控控制，对对凸轮的的精度要要求很高高。所以以我们放放弃这一一方案，选选用改进进的方案案二。方案二运动方案案图:图4.22该方案对对方案一一中球会会卡死的的缺点作作了进一一步的改改善：料料道中两两个滑块块的运动动有效地地将卡在在料道口口中的球球推出。而而且避免免的精确确地间歇歇。4.3原原动机及及传动机机构的选选择4.3.1原动动机的选选择 表表一：型号电流转速效率功率因数数电压Y1122-M448.814400r/mmin84.55%0.822380vv4.3.2传动动机构的的选择 机机械系统统中的传传动机构构是把原原动机输输出的机机械能传传递给执执行机构构并实现现能量的的分配、

8、转转速的改改变及运运动形式式的改变变的中间间装置。传传动机构构最常见见的有齿齿轮传动动、带传传动、蜗蜗杆传动动等。他他们的特特点如表表二：表二：特点寿命应用齿轮传动动承载能力力和速度度范围大大；传动动比恒定定，可获获得较大大传动比比，外廓廓尺寸小小，工作作可靠，效效率高。制制造和安安装精度度要求高高，精度度低时，运运转有噪噪音；无无过载保保护作用用取决于齿齿轮材料料的接触触和弯曲曲疲劳强强度以及及抗胶合合与抗磨磨损能力力金属切削削机床、汽汽车、起起重运输输机械、冶冶金矿山山机械以以及仪器器等蜗杆传动动结构紧凑凑，单级级传动能能得到很很大的传传动比；传动平平稳，无无噪音；可制成成自锁机机构；传传

9、动比大大、滑动动速度低低时效率率低；中中、高速速传动需需用昂贵贵的减磨磨材料；制造精精度要求求高，刀刀具费用用贵。制造精确确，润滑滑良好，寿寿命较长长；低速速传动，磨磨损显著著金属切削削机床（特特别是分分度机构构）、起起重机、冶冶金矿山山机械、焊焊接转胎胎等带传动轴间距范范围大，工工作平稳稳，噪音音小，能能缓和冲冲击，吸吸收振动动；摩擦擦型带传传动有过过载保护护作用；结构简简单，成成本低，安安装要求求不高；外廓尺尺寸较大大；摩擦擦型带有有滑动，不不能用于于分度链链；由于于带的摩摩擦起电电，不宜宜用于易易燃易爆爆的地方方；轴和和轴承上上的作用用力很大大，带的的寿命较较短带轮直径径大，带带的寿命命

10、长。普普通V带带 335000-50000hh金属切削削机床、锻锻压机床床、输送送机、通通风机、农农业机械械和纺织织机械链传动轴间距范范围大；传动比比恒定；链条组组成件间间形成油油膜能吸吸振，工工作可靠靠；作用用在轴上上的荷载载小；运运转的瞬瞬时速度度不均匀匀，高速速时不如如带传动动平稳；链条工工作时，特特别是因因磨损产产生伸长长以后，容容易引起起共振，因因而需增增设张紧紧和减振振装置与制造质质量有关关50000-1550000h农业机械械、石油油机械、矿矿山机械械、运输输机械和和起重机机械等据上述几几种主要要的传动动装置相相互比较较可知，齿齿轮传动动、带传传动用于于减速，故故选用齿齿轮传动动

11、和带传动, 齿轮轮传动效效率高，工工作可靠靠、传动动精确；带轮传传动安装装要求低低，结构构简单，成成本低。4.4执执行机构构的选择择与比较较4.4.1进料料与送料料（1） 进料机构构 图44.3如上图所所示为漏漏斗状进进料机构构,槽体体高度hh，可根根据待测测球数量量适度调调整。槽槽壁的倾倾斜角度度为，其对对槽体和和健身球球的受力力情况有有较大的的影响。如如果角度过过大，则则健身球球整体向向下的压压力不足足，影响响了传递递的连续续性；如如果角度过过小，则则球之间间互相压压力增大大，健身身球流动动性下降降。所以以，。我我们取 =355对于导管管直径dd，为了了保证良良好的流流动性dd应该大大于最

12、大大球的直直径，并并保证的的盈余空空间；但但也不宜宜过大，过过大尺寸寸的直径径d容易造造成球体体之间的的相互摩摩擦力增增加，造造成导管管的堵塞塞。（2）送送料机构构方案一、曲柄滑块机构 图44.4如图所示示曲柄滑滑块机构构的运动动分析：图4.55据上图分分析可知知：此机机构在传传动过程程中有传传动压力力角a，而而且不等等于零；而且对对于滑块块C来说说，其受受力方向向斜向下下，故滑滑块在传传动过程程中有摩摩擦，传传动效率率受影响响。 方案二二、对心心凸轮滑滑块机构构 图44.6据图可得得：此为为对心凸凸轮滑块块机构，此此机构传传动效率率高，若若采用摆摆线（正正弦加速速度）或或五次多多项式运运动规

13、律律，则可可避免冲冲击，并并且结构构更为简简单，便便于设计计，杆件件少，功功能损失失更少，能能出色地地完成认认务。4.4.2检验验分类与与按类存存放（1） 检验分类类机构 方案案一： 图图4.77方案案二： 图图4.88 从从理论上上来讲，以以上两种种方案都都可以实实现健身身球自动动检验分分类的功功能，但但是，前前面我们们已经提提到，实实际上方方案一在在料道11处，直直径在44及及以上的的健身球球会卡住住，而无无法实现现分类，故故选方案案二。在方案二二的检料料箱体中中，设有有待测球球出口料料道1、料料道2、料料道3，料料道顺序序为尺寸寸从小到到大依次次设置，小小球先检检测，接接着检测测中球，大

14、大球直接接滚出，为为了使球球能够快快速稳定定地经过过料道尺尺寸检测测，设计计轨道与与水平夹夹角为：=100料道相应应尺寸大大小如表表三：料道1料道2料道3料道直径径444648考虑到健健身球的的形状以以及其重重力作用用，在滑滑块2的的前端，留留有在的的距离，其其能够按按照预想想的路程程进行检检料。（2） 按类存放放装置 如下下图所示示： 图4.9五 机械系统统工作运运动循环环图5.1根根据工艺艺动作顺顺序和协协调要求求拟定运运动循环环图机械系统统运动方方案有个执行行构件需需要进行行运动协协调设计计，它们们是送料料机构（滑滑块），检检验分类类机构（滑滑块和和滑块），在在运动循循环图中中，分别别用

15、滑块块1、滑滑块2、滑滑块3来来表示。横横坐标表表示分配配轴的转转角，纵纵坐标表表示送料料滑块的的运动（由由右向左左为正）滑滑块和和3的运运动方向向：由下下向上为为正。如下图所所示： 图55.1表四：执行机构构运动阶段段运动时间间(s)分配转角角()滑块1送料远休回程近休0.75ss0.5s0.75ss s9906609901120滑块2近休升程远休回程 s0.75ss0.5s0.75ss1120990660990滑块3送料远休回程近休0.75ss0.5s 00.755s s9906609901120六、机构构的尺寸寸设计及及运动分分析5.1凸凸轮机构构的设计计（） 送料凸轮轮和分类类（与滑滑

16、块3相相连的凸凸轮）凸凸轮的设设计1） 廓线坐标标及曲率率半径：将上述参参数输入入计算机机仿真软软件中，得出以下部分参数：如表五所示：表五凸轮转角角（度）理论廓线线X坐标标理论廓线线Y坐标标实际廓线线X坐标标实际廓线线Y坐标标曲率半径径0060050603036.22963362.886737.66772252.99628886.7764664563.6639666366396662.55096653.77037765.7719776093.00175553.77037787.66862245.22434457.5522119012001100120120103.92331-6095.2262

17、88-5512015060-1033.922355-95.262281201800-1077.400744.66613-98.5600242.990388210-36.29663-62.8677-27.02885-59.1100980.440711270-600-50060300-51.9611530-43.301132560330-3051.996155-2543.33012260360-0.00001160050602） 运动参数数压力角角：将上述参参数输入入计算机机仿真软软件中，得得出以下下部分参参数：如如表六所所示：表六凸轮转角角（度）从动杆位位移（11）从动杆速速度（1sec）从动杆

18、加加速度（1sec2）压力角（度度）000003012.55926656.558844108.076637.993777453071.661977038.5511996047.44074456.558844-1088.077627,7782999060000120600001506000018047.440744-56.58884-1088.077627.77829921012.559266-56.58884108.076637.99377727000003000000330000036000003） 运动规律律、图像像：位移图： 图55.2速度图： 图5.3 加速度图图： 图55.4组图：图

19、5.554） 图轮廓线线：图5.665） 凸轮仿真真： 图55.7（） 分类(滑块22相连的的凸轮)凸轮的的设计1） 廓线坐标标及曲率率半径：将上述参参数输入入计算机机仿真软软件中，得得出以下下部分参参数：如如表七所所示：表七：凸轮转角角（度）理论廓线线X坐标标理论廓线线Y坐标标实际廓线线X坐标标实际廓线线Y坐标标曲率半径径0060050603036.22963362.886737.66772252.99628886.7764664563.6639666366396662.55096653.77037765.7719776093.00175553.77037787.66862245.22434

20、457.5522119012001100120120103.92331-6095.226288-5512015060-1033.922355-95.262281201800-1077.400744.66613-98.5600242.990388210-36.29663-62.8677-27.02885-59.1100980.440711270-600-50060300-51.9611530-43.301132560330-3051.996155-2543.33012260360-0.00001160050602运动参参数压力力角：将上述参参数输入入计算机机仿真软软件中，得得出以下下部分参参数：

21、如如表八所所示：表八凸轮转角角（度）从动杆位位移（11）从动杆速速度（1sec）从动杆加加速度（1sec2）压力角（度度）000003012.55926656.558844108.076637.993777453071.661977038.5511996047.44074456.558844-1088.077627,7782999060000120600001506000018047.440744-56.58884-1088.077627.77829921012.559266-56.58884108.076637.99377727000003000000330000036000003）运动动规

22、律及及图像：位移图： 图55.8速度图： 图55.4 5.22结果分分析 根据实实践经验验，在推推程时，许许用压力力角的值值对于移移动从动动件，=30388。在在回程时时，对于于力封闭闭的凸轮轮，由于于这时使使从动件件运动的的是封闭闭力，不不存在自自锁的问问题，故故可采用用较大的的压力角角，通常常取=77080。并且且，最大大压力角角因此，我我们取=30，=770。从上上面的调调试结果果可知，升升程=300，回回程最大大压力角角=70，且无无运动失失真现象象，故满满足设计计要求。5.3减减速装置置的尺寸寸设计图5.55 本分类装装置采用用上图所所示的减减速器，由由传送带带和齿轮轮系构成成的减速

23、速装置。其其中一对对齿轮的的传动比比是有限限的，由由于本装装置需要要较大的的传动比比，固采采用轮系系来实现现。（）皮皮带传送送：图5.66如图所示示为皮带带减速机机构，带带轮1连连接原动动件转速速为=114400r/mmin的的交流电电动机，皮皮带2连连接齿轮轮系中的的齿轮11，皮带带1的半半径为，皮皮带2的的半径为为，根据据皮带传传动原理理有：= (1)皮带1与与皮带22的转速速与半径径成反比比：= (2)（）齿齿轮系传传动：如图5.5所示示，带轮轮2与齿齿轮1同同轴传动动，齿轮轮1与齿齿轮2啮啮合传动动，齿轮轮2与齿齿轮3同同轴传动动，齿轮轮3与齿齿轮4啮啮合传动动，齿轮轮4与直直齿锥同同

24、轴连接接，根据据齿轮系系传动原原理有： (3)由上式可可得： (44)（）直直齿锥齿齿轮：图5.77如图5.5 所所示，直直齿轮44与直齿齿锥齿轮轮5、凸凸轮7、凸凸轮8同同轴传动动，直齿齿锥齿轮轮5与直直齿锥齿齿轮6垂垂直啮合合，直齿齿锥齿轮轮6与凸凸轮9同同轴连接接，根据据齿轮传传动原理理有：= (5)= (6)由凸轮99与直齿齿锥齿轮轮同轴传传动有： (7)根据提供供的原动动件转速速为=114400r/mmin的的交流电电动机与与课程设设计要求求，在的的前提下下，设计计机器的的生产率率为200个/mmin,设计的的凸轮滑滑块结构构实现凸凸轮转动动一圈完完成一个个健身球球的检测测，可以以得

25、到凸凸轮9的的转速为为：同时，齿齿轮4与与凸轮77和凸轮轮8是同同轴传动动，故则根据公式式(4)可以得得出：因此由上上两式可可以得出出:根据1比比72的的比例关关系，我我们选取取适当的的皮带轮轮半径和和齿轮齿齿数故我们得得出:,考虑到齿齿轮大小小与传动动的合理理性，经经过比较较设计皮皮带传动动结构与与齿轮系系传动结结构的相相应参数数如下： 表表五：皮皮带轮参参数带轮1带轮2皮带轮半半径（mmm）30240表六： 各齿轮轮参数模数(mmm)压力角()齿数(个个)直径(mmm)分锥角()齿轮13202060/齿轮232060180/齿轮33202060/齿轮432060180/直齿锥55，6320

26、4012090六、机构构运动总总体方案案图6.1运运动方案案简图：注：1,2,33,4直齿轮轮 55，6锥齿轮轮 77，8，99凸轮 100弹簧 111推杆12振振荡器13进料槽槽 114料槽15，116推杆17，118，119收集箱箱6.2健健身球检检验分类类机工作作原理6.22.1健健身球检检验分类类机工作作流程 将待测健身球放入料槽中料槽中的小球在振荡器的作用下滚入带凹槽的导轨中电机通过变速器带动凸轮滑块9推动健身球健身球在滑块1推动的作用下由导轨进入第一个检料装置口直径大于42mm的健身球被滑块2顶出由导轨滚入第二个检料装置口直径大于44mm的健身球被滑块3顶出进入导轨不同类型的健身球

27、沿各自的轨道进入不同的收集箱中6.3健健身球检检测分类类机分析析与评价价（1）优优点1)设计计结构简简单，能能耗低；2)设计计制造简简单；3)使用用解卡振振荡器，很很大程度度上减小小健身球球互卡的的几率；4)传送送带靠摩摩擦力工工作，传传动平稳稳，噪声声小。（2）缺缺点1)由于于机构简简单，故故精确度度不高；2)振荡荡器的使使用加剧剧了健身身球之间间的相互互碰撞，同同时使机机械运转转的噪音音加大；3)不适适用于高高速分类类。（3）改改进1)可通通过精确确的调整整解卡振振荡器的的频率，从从而减小小噪音；2)使用用摩擦系系数较小小的导轨轨，提高高选择精精度。七、总结结机械原理理课程设设计马上上就要

28、结结束了，虽虽然只有有两个星星期的时时间，但但是在这这次课程程设计过过程中我我们学到到了不少少东西，得得到了很很好的锻锻炼。它它不仅使使我们平平时所学学的一些些理论知知识运用用到了实实际，培培养了我我们运用用所学的的基本理理论和方方法去发发现、分分析和解解决工程程实际问问题的能能力，而而且，还还使我们们加深了了对各类类机械机机构的认认识，学学会了利利用程序序分析设设计各类类凸轮机机构，用用VB软软件对机机构杆件件的运动动进行调调试和分分析，真真正做到到了学以以致用，并并且提高高了我们们对CAAD画图图，Woord文文档排版版编辑的的能力以以及诸多多方面的的能力，这这次设计计是个综综合性设设计。

29、在在这次课课程设计计的过程程中，我我们真正正体会到到了设计计工作的的严谨性性和自己己很多方方面知识识的不足足。刚开开始，我我们根本本无从下下手，好好在有老老师的耐耐心讲解解和指导导，我们们才结合合自己平平时的理理论基础础，一步步一步地地完成了了这次课课程设计计。同时时，这次次设计更更好地锻锻炼了我我们在处处理问题题时的团团队协调调合作能能力，培培养了我我们的团团队精神神，对具具体任务务的分工工协作精精神。总总之，在在这次课课程设计计过程中中，我们们受益匪匪浅。我我们相信信通过越越来越多多的实践践体验，我我们一定定能更好好地掌握握机械专专业各方方面的知知识。八、主要要参考资资料 1、孙孙桓，陈陈作模，葛葛文杰编编著，机机械原理理，北北京高等等教育出出版社，220066.5。 2、牛牛鸣岐，王王保民，王王振甫编编著，机机械原理理课程设设计手册册，重重庆大学学出版社社，20001.11。