机械原理课程设计__健身球自动检验分类机

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目录

第1章 设计任务 ............................................................... 1

1.1设计题目 ............................................................... 1 1.2设计要求 ............................................................... 1 第2章 机械运动方案的设计及分析决策 ........................................... 2

2.1方案设计及分析 ......................................................... 2 2.2工作原理 ............................................................... 3 2.3工作流程 ............................................................... 4 第3章 机构尺度综合 ........................................................... 5

3.1机构尺寸设计 ........................................................... 5 3.2进料机构设计 .......................................................... 11 设计小结 ..................................................................... 14 参考书目 ..................................................................... 15

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第1章 设计任务

1.1 设计题目

(1）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。

（2）健身球直径范围为φ40-46mm，要求分类机将健身球按直径的大小分为三类。

（3）直径范围在40《φ《42mm的为第一类，直径范围在42<φ《44mm的为第二类，直径范围在44<φ46mm的为第三类。

（4）在满足行程的条件下，要求推送机的效率高（推程最大压力角小于35度），结构紧凑，震动噪音小。

(5) 健身球分类机设计数据:

电动机转速n0=1440(r/min)，生产率10(个/min)。

1.2 设计要求

(1)健身球检验分类机一般至少包括凸轮机构、齿轮机构在内的两种机构。 (2)设计传动系统并确定其传动比分配。 (3)绘制健身球检验分类机的机构运动方案简图。

(4)绘制凸轮机构设计图（包括位移曲线、凸轮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小曲率半径，确定 凸轮廓线。

(5)设计计算其中一对齿轮机构。 (6)编写设计计算说明书。

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第2章 机械运动方案的设计与分析决策

2.1方案设计

方案一:

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。首先我们提出了如下图的装置运动。

图1运动简图

此方案是直径为42毫米的球落入第一个洞中，当大于此直径的球来时，凸轮1将其推入第二个洞中，如果还不能落入第二个洞中，则凸轮2将其推入第三个洞中。经分析，此方案会出现卡死现象，因为球的直径悬殊不是很大，当球在第一个洞中时，推杆无法推动球，出现卡死。经过综合考虑，我们又设计了方案一和方案二。

方案二:

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图2 运动简图

经分析，认为此方案接料装置过于繁琐，故放弃此方案，寻找结构简单的检料装置。 方案三

图3 运动简图

该方案的正好弥补了方案一、二的不足，方便而简单的对健身球进行检测，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

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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。

2.1 工作原理

健身球检验分类机工作原理：

图4 运动方案简图

1,2,3,4—直齿轮 5，6—锥齿轮 7，8—凸轮 9—弹簧 10—振荡器

11—料槽 12，13—带轮 14，15—推杆

1、优点：

(1)设计结构简单，能耗低； (2)设计制造简单；

(3)使用解卡振荡器，很大程度上减小健身球互卡的几率； (4)传送带靠摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小。

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2、缺点：

(1)由于机械机构简单，故精确度不高；

(2)振荡器的时候加剧了健身球之间的相互碰撞，同时使机械运转的噪音加大；

3、改进：

(1)可通过精确的调整振荡器的频率，从而减小噪音； (2)使用摩擦系数较小的导轨，提高选择精度。

2.2工作流程

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第3章 机构尺度综合

3.1机构尺寸设计

（1） 电动机：

健身球检验分类机原动件采用转速为n0 =1440(r/min)的交流电动机。 （2） 减速器：

减速机构

电动机

图5 减速机构

此分类机采用如图所示的减速器，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。

（2.1）皮带传送：

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图6皮带加速机构

如图所示为皮带减速机构，带轮1连接原动件转速为n0 =1440(r/min)的交流电动机，皮带2连接齿轮系中的齿轮1，皮带1的半径为r1，皮带2的半径为r2，根据皮带传动原理有：

nr1=n0 (1)

皮带1与皮带2的转速与半径成反比：

nr1r2

= (2) nr2r1

（2.2）齿轮系传动：

如图5所示，带轮2与齿轮1同轴传动，齿轮1与齿轮2啮合传动，齿轮2与齿轮3同轴传动，齿轮3与齿轮4啮合传动，齿轮4与直齿锥同轴连接，根据齿轮系传动原理有：

nz1 nr2 n

z2 z1 nz1z2

n n (3)

z2 z3

nz4z3

nz3z4

由上式可得：

nz4=

n0r1z1z3

(4) r2z2z4

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（2.3） 直齿锥齿轮：

6

4

5

图7 直尺锥齿轮传动

如图7所示，直齿轮4与直齿锥齿轮5、凸轮7（见图4）同轴传动，直齿锥齿轮5与直齿锥齿轮6垂直啮合，直齿锥齿轮6与凸轮8同轴连接（见图4），根据齿轮传动原理有：

nz5=nz4 (5) nz6=nz5 (6)

由凸轮8与直齿锥齿轮同轴传动有：

n8=nz6

(7)

根据提供的原动件转速为n0 =1440(r/min)的交流电动机与课程设计要求，在n0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8的转速为：

n8 n7 10r/min

10ππ

rad/s 303

同时，齿轮4与齿轮7是同轴传动，故

nz4 n7

π

rad/s 3

则

n0 =1440(r/min) =1440π/30 =48πrad/s

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720π

n0 720r/min 24πrad/s

30

根据公式(4)可以得出：

nz4

r1z1z3rzz

n0 24113πrad/sr2z2z4r2z2z4

nz4=(r1z1z3/r2z2z4)n0=48(r1z1z3/r2z2z4)πrad/s

因此由上两式可以得出:

r1z1z31

r2z2z472

(r1z1z3/r2z2z4)=1/144

R1根据1比72的比例关系，我们选取适当的皮带轮半径和齿轮齿数

r1z1z31111

r2z2z483372

(r1z1z3/r2z2z4)=1/8×1/6×1/3=1/144

故我们得出:

r2 8r1,z2=6z1

z2 3z1,z4 3z3

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1、表2：

表1 皮带轮参数

表2 各齿轮参数

—— 模数 （mm） 压力角（°） 齿数（个） 直径 （mm） 分锥角 （°） 齿轮1 5 20 20 100 /

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齿轮2 5 20 60 600 / 齿轮3 5 20 20 100 / 齿轮4 5 20 60 300 / 直齿轮5,6 5 20 40 200 90

（3） 凸轮推杆滑块与料槽、检料装置 凸轮推杆滑块

图8检料装置运动图

如图8所示，齿轮4与凸轮7同轴传动，凸轮7与杆1、滑块1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与凸轮8的转速相同，设计滑块2将待测球推入检测装置的同时，滑块1在h1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，根据检料装置的尺寸设计（见表3），可建立滑块1与滑块2的运动规律图：

滑块1、2的运动规律如图9所示：

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h/h3

h2

012

图9 推杆运动规律图

34

基圆半径r0，角速度ω，从动件的运动规律如图11，设计该凸轮轮廓曲线。由齿轮4与凸轮7同轴传动有：

ω=

nz4ππ

=rad/s 303

设计该凸轮的基圆半径r0与t1到t4：

r0 100mm t1 0.75s t2 1.5s t3 5.25s t4 6s

则凸轮进程运动图如图10

所示：

s/s3

s2

45678

图10 凸轮进程运动图

按对心平板直动从动件盘形凸轮作出廓线—理论廓线。

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图11 凸轮廓线设计图

凸轮7与杆1、滑块1构成凸轮滑块传动机构，在凸轮7的带动下，滑块1由于杆1的约束做图9所示的运动，设计滑块1为金属滑块，在重力的作用下，保证凸轮回程的同时滑块与杆一同下降，回到起点。 （4）检料装置与收集箱

图12 检料装置图

在检料箱体中，滑块1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，

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料道尺寸设计稍大于46mm，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：

α=30°

根据课题设计要求可设置相应尺寸大小如表4：

表3 检料装置料道尺寸

设置滑块轨道有关尺寸为：

h1 125mm h2 64.3mm h3 10mm h4 20mm

3.2 进料机构设计：

(1)进料机构

为使送料机构能够顺利而方便的送料，进料口每次只能下一个原料球，并且在进料机构外壁加装了振荡装置，使小球能顺利落下。

图13 进料装置

图14 进料装置送料凸轮

（2)料槽装置

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图15 料槽装置简图

如图15所示为料槽结构，其中槽体的高度h可根据待测球数量适度调整。其中槽壁的倾斜角度α对槽体和健身球的受力情况有较大的影响。如果α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α角度过小，则球之间互相压力增大，健身球流动性下降。所以，30°＜α＜45°。

对于导管直径d，为了保证良好的流动性d应该大于最大球的直径，并保证

1~2mm的盈余空间；但也不宜过大，过大尺寸的直径d容易造成球体之间的相

互摩擦力增加，造成导管的堵塞。

考虑到待测球在漏口堵塞情况，设置了如图16的振荡器装置

图16 振荡器简图

为了防止料槽中，健身球堵塞，本装置使用了如图16所示的振荡器。本振荡器使用电动机2来带动偏心轮1转动，由于偏心轮质心偏离转动中心，因此产生振动的效果。把振荡器安装于料槽壁上带动料槽振动，使料槽中健身球的流动性得到加强，很大程度的减小了健身球被卡住的几率。 （4）进料推杆滑块与检料推杆滑块的协调

为了能够保证进料机构在将健身球送出的同时，检料正好接住健身球，我们就将进料推杆滑块与检料推杆滑块的进程协调统一起来，如下示意图所示：

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图17 进料推杆滑块与检料推杆滑块协调进程示意图

如图中所示意，进程s1与进程s2要求相等，即：

s1 s2

另外，在滑块2的前端，我们认为可以留有在0~10mm范围内的距离差距，因为考虑到健身球的形状以及其重力作用，其能够按照预想的路程进行检料。

为了避免因运动而逐渐产生更大的误差，我们预先设计两各凸轮滑块的初始位置分别在料道1下口缘和右平面最左端，即A、B两处。

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设计小结

机械原理课程设计马上就要结束了，虽然只有两个星期的时间，但是在这次课程设计过程中我们学到了不少东西，得到了很好的锻炼。它不仅使我们平时所学的一些理论知识运用到了实际，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，学会了利用程序分析设计各类凸轮机构，真正做到了学以致用，并且提高了我们对CAD画图，Word文档排版编辑的能力以及诸多方面的能力，这次设计是个综合性设计。在这次课程设计的过程中，我们真正体会到了设计工作的严谨性和自己很多方面知识的不足。刚开始，我们根本无从下手，好在有老师的耐心讲解和指导，我们才结合自己平时的理论基础，一步一步地完成了这次课程设计。同时，这次设计更好地锻炼了我们在处理问题时的团队协调合作能力，培养了我们的团队精神，对具体任务的分工协作精神。总之，在这次课程设计过程中，我们受益匪浅。我们相信通过越来越多的实践体验，我们一定能更好地掌握机械专业各方面的知识。

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参考书目

[1]孙桓，陈作模，葛文杰编著，《机械原理》，北京高等教育出版社，2006.5。

[2]牛鸣岐，王保民，王振甫编著，《机械原理课程设计手册》，重庆大学出版社，2001.11。 [3] 王三民主编．机械原理与设计课程设计．北京：机械工业出版社，2004 [4] 邹慧君主编．机械原理课程设计手册．北京：高等教育出版社，1998 [5] 陆凤仪主编．机械原理课程设计．北京：机械工业出版社，2002 [6] 孟彩芳编著．机械原理电算分析与设计．天津：天津大学出版社，2000 [7] 汪凯，涂国芳编．机械原理计算机辅助设计．广州：华南理工大学出版社，1989 [8] 王知行，李瑰贤编著．机械原理电算程序设计．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1992 [9] 郑建荣编著．ＡＤＡＭＳ－虚拟样机技术入门与提高．北京：机械工业出版社，2001 [10]孙桓,陈作模，机械原理，7版. 北京：高等教育出版社，2006. [11]穆塔里夫 ，机械原理课程设计指导书.新疆大学. [12]葛文杰，机械原理作业集. 北京：高等教育出版社

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