机械原理课程设计健身球自动检验分类机.docx
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机械原理课程设计健身球自动检验分类机
《机械原理》课程设计
计算说明书
设计题目：
健身球检验分类机
院
系：
工学院
专
业：
机制
班
级：
1301班
设计
者：
揭宗浩
学
号：
20131168
指导老
师：
林金龙
日期：
2015年6月16日
第1章设计任务1
1.1设计题目1
1.2设计任务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
第1章设计任务
1.1设计题目
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©40〜©46mm要求分类机将健身球按直径的大小分为三类。
1.©40＜第一类W©42
2.©42＜第二类W©44
3.©44＜第三类W©46
其他技术要求见表1:
表1健身球分类机设计数据
方案号
电动机转速
r/min
生产率（检球速度）
个/min
A
1440
20
B
960
10
C
720
15
1.2设计任务
1.健身球检验分类机一般至少包括凸轮机构，齿轮机构在内的三种机构。
2.设计传动系统并确定其传动比分配。
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小曲率半径，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.学生可进一步完成：
凸轮的数控加工，健身球检验分类机的计算机演示验证等。
表2为设计任务分配表。
表2
学生编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
电动机转速
A
B
C
A
B
C
A
B
C
生产率
A
B
C
B
C
A
C
A
B
第2章机械运动方案的设计与分析决策
2.1方案设计
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。
我们提出了如下图的装置运动。
动简图
经分析，认为此方案接料装置的速度不易于控制，故放弃此方案，寻找便于控制的检料装置
万案一:
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二
图3运动简图
该方案的正好弥补了方案一、二的不足，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。
2.1工作原理
健身球检验分类机工作原理:
祐
4
6
11
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—震荡器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。
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
⑴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
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1440r/min的电动机。
（2）减速器：
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：
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n°=1440r/min的
电动机，皮带2连接齿轮系中的齿轮1皮带1的半径为*，皮带2的半径
为r2，根据皮带传动原理有:
nri=no
（1）
皮带1与皮带2的转速与半径成反比:
上=乜
n「2ri
（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=n「2
nz2_乙
nz1Z2
nz3二nz2
nz3Z4
由上式可得:
（2.3）直齿锥齿轮:
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=ru
nz6=・z5⑹
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no=1440r/min的电动机与课程设计要求，在
no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
圈完成一个健身球的检测，可以得到凸轮8的转速为：
20n2n
n8=n7=20r/minrad/s
303
同时，齿轮4与齿轮7是同轴传动，故
2n
nz4=n?
rad/s
3
n0-1440r/min二1440^二48nad/s
30
根据公式（4）可以得出:
nz4
rizz
切2乙4
no
=48
HZ：
nad/s
DZ2Z4
因此由上两式可以得出
儿狂1
r2z2z472
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
咔厶1111
=-X—X-=——
r2z2z483372
故我们得出：
r2=8r1,z2—3z1,z^—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
带轮1
带轮2
皮带轮半径（mrh
100
800
表2
各齿轮参数
模数
（mr）
压力角
（°）
齿数（个）
直径（mr）i
分锥角
（°）
齿轮1
5
20
20
100
/
齿轮2
5
20
60
300
/
齿轮3
5
20
20
100
/
齿轮4
5
20
60
300
/
锥齿轮5,6
5
20
40
200
90
齿轮1,2的几何尺寸计算
基本参数
Z1=20,Z2=60,m=5,a=20°,
名称
符号
计算公式
分度圆直径
d
d仁100,d2=300
齿顶咼
ha
5
齿根高
hf
6.25
齿顶咼直径
da
da1=110,da2=310
齿根咼直径
df
df1=87.5,df2=287.5
基圆半径
db
db仁93.9,db2=281.7
齿距
P
15.7
齿厚
s
7.85
中心距
a
200
基圆齿距
Pb
1.25
（3）凸轮推杆滑块与料槽、检料装置
凸轮推杆滑块
h4
7—
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①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，为了使符合尺寸的球更好地进入料道2,滑块1在料道2下端作短暂停歇。
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：
图9滑块1运动规律图
滑块2运动规律图
基圆半径ro，角速度3,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：
nz4n2n
3=rad/s
303
设计该凸轮的基圆半径ro与t1到t4:
r0=100mm匕=0.375st2=0.75st3=1.125st4=1.5st5=2.625s
t6=3s
则凸轮1和凸轮2进程运动图如图10所示：
凸轮2进程运动图
按对心平板直动从动件盘形凸轮作出廓线一理论廓线
按对心平板直动从动件盘形凸轮作出廓线一理论廓线
图11凸轮1廓线设计图
凸轮2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,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：
a=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
料道1
料道2
料道3
料道直径（mrj）
42
44
47
设置滑块轨道有关尺寸为：
h|=125mmh2=64.3mmh3=10mmh4=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。
LJ
rn
图14进料装置送料凸轮
（2）料槽装置
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a对槽体和健身球的受力情况有较大的影响。
如果a角度过大，贝U健身球整体向下的压力不足，影响了传递的连续性；如果a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°VaV45°。
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
1
2
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：
15
s2
佥料装置
L4
料道
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Si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。
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。
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。
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]裘建新编著，《机械原理课程设计》，北京高等教育出版社，2010.7。
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