机械原理课程设计健身球检验分类机.docx

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机械原理课程设计健身球检验分类机

机械原理

课程设计

设计题目健身球检验分类机

机械系机械设计制造及其自动化专业机自071班

设计者XXXXX

指导教师XXXXX

2009年6月15日

前言……………………………………………………………………3

第一章、设计题目与要求……………………………………………4

第二章、机构方案设计简图…………………………………………5

第三章、原动机的选择………………………………………………5

第四章、传动比的分配………………………………………………7

第五章、传动机构的选择与比较……………………8

第六章、执行机构的选择与比较……………………10

6.1进料机构…………………………………………………10

6.2检验机构…………………………………………………13

第七章、机械系统运动方案的拟定与比较…………………………16

第八章、机械系统运动循环图………………………17

第九章、凸轮运动分析与设计……………………18

结束语…………………………………………………………………20

附录：

（图纸）

前言

【摘要】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。

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。

本次设计的是健身球分类机系统设计，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。

第一章设计要求

1.设计健身球自动检验分类机，将不同直径的健身球（石料）按直径分类。

检测后送入各自制定的位置，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φ40‐46mm，要求分类机将健身球按直径大小分为三类

（1）Φ40mm≤第一类≤φ42mm

（2）Φ42mm<第二类≤φ44mm

（3）Φ44mm<第三类≤φ46mm

2．设计任务

（1）健身球检验分类机构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）绘制健身球检验分类机构的运动方案简图和运动循环图

（4）绘制凸轮机构设计图（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。

（5）设计计算期中一对齿轮机构。

第二章设计机构简图

第三章原动机的选择

1.原始数据

方案号

电动机转速（r/min）

生产球（个/min）

A

1440

20

B

960

10

C

720

15

2.原动机选择主要参考条件：

（1）现场能源供应条件

（2）工作机载荷特性及工作制度

（3）工作机对启动、平稳性、过载能力、调速

和控制能力等方面的要求。

（4）原动机是否工作可靠、操作与维修简便，

是否需要防尘、防爆、防腐等

（5）原动机的初始成本与运行维护费用

3.原动机的性能比较。

参考《机械原理课程设计指导书》表3.2

4.健身球减员分类机属于工业批量生产中的应用，考虑实际场景，一般工厂用电220V以上，原动机易选用220v交流电动机，为减少噪音一般不用气动机，从整个设计方案考虑，要达到高产率且减少减速过程机构，宜采用转速较低的电动机。

5.原动机的选定

综上考虑，易采用在220V交流电压下工作电动机，转速720r/min，预计生产率为20个/min。

第四章传动比的分配

1.确定总传动比

原动机转速n原=720

凸轮转速nⅠ=20

工作轴转速nⅡ=5

所以总传动比

iⅠ=n原/nⅠ=720/20=36

iⅡ=n原/nⅡ=720/5=144

2．传动比的分配

将总传动比i按各级传动进行分配

i=i1i2i3…in

式中i1,i2,i3…in为各级传动的传动比。

传动比分配的主要要求：

a）各级传动比应在推荐范围内选取（参见《机械原理课程设计指导书》附录2）

b）使各级传动的承载能力得到充分发挥，并使其结构尺寸协调匀称

c）使各级传动具有较小的外形尺寸，较小的重量和中心距

d）建议使用不可约分的传动比，以避免某几个齿轮的磨损过分集中，降低噪声和震动

3．各级传动比的分配表

传动比

分配

各级

i1

i2

i3

i4

i5

机构

1，2

2’，3

3’，4

4，5

5，6

iⅠ

9/5

1

20

1

4

iⅡ

9/5

1

20

1

/

第五章传动机构的选择与比较

1.传动机构的选择。

根据机械传动过程中，传动效率与传递能量的稳定性与可靠性来合理选择传动机构

2.传动机构按工作原理分类：

有机械传动、流体传动和电力传动三类。

具体可参看《机械原理课程设计指导书》表3.3按工作原理的传动分类及特点。

3.各种传动机构的特点和特性参考《机械原理课程设计指导书》附录2

4.各种传动机构传动效率的比较参考《机械原理课程设计指导书》附录3

5.设计方案中各级传动的机构选择

机构

1

2

2’

3

3’

4

5

5’

6

6’

Ⅰ

带轮

带轮

锥齿轮

锥齿轮

蜗杆

蜗轮

直齿轮

拨盘

槽轮

直齿轮

Ⅱ

带轮

带轮

锥齿轮

锥齿轮

蜗杆

蜗轮

直齿轮

凸轮

推杆

滑块

6.个别传动机构的说明

为了实现较大的减速比，故在考虑时在3’，4机构处采用蜗轮蜗杆机构组合。

而要使送料、接料和检验保持同步，所以在检料处采用槽轮机构，使得检料时接料盘每转1/4圈送进一个球。

第六章执行机构的选择与比较

1.送料机构（简图）

（1）送料要求:

送球时要求一个一个地将球从料斗中送出检验。

要达到生产率为20个/每分钟，所以一分钟内要从料斗里送出20个健身球到检验机构中。

（2）凸轮选择：

每分钟要送出20个球，平均每3秒推出一个球，每个球的推出是间歇循环的，经过考虑，我们选用了凸轮机构与曲柄滑块机构的组合来实现，通过凸轮的旋转，推动推杆做周期性的往复运动，从而一起带动送料滑块每次来回送出一个球，每分钟送出20个，达到预期生产率。

（3）料斗的设计：

料斗的设计要考虑落料是否顺畅，由于健身球的材质是石料，所以我们设计的料斗采用了锥形漏斗形料斗。

此料斗唯一会造成的堵塞的现象是两、三个球在同一平面内。

如图：

但由于石料球自身重力与机器的微小震动，加上出现这种绝对同平面的概率甚微，因此只要设计好料斗的斜度就不会产生堵塞状况。

料斗斜度的设计要根据球的直径和重量来计算。

计算如下：

f=uFN+Tcosθ

FN=mgcosθ+Tsinθ

F=mgsinθ

F>f

mgsinθ>umgcosθ+uTsinθ+Tcosθ

T>mg

Sinθ>u（cosθ+sinθ）+cosθ

即（sinθ-cosθ）/（cosθ+sinθ）>u

θ>45°

其中m为球的质量

u为石料与铁的摩擦系数

T是球与球之间的挤压力

所以将料斗的斜度设计为45度时即可保证球下落

堵塞的概率很小很小。

当然不能保证100%的顺畅

2.检验分类机构的设计。

（1）检验原理

根据球的的不同直径分为三类，所以设置三个不同直径的圆孔，分别为Φ42、Φ44、Φ46。

用一个转盘接料，并完成一个间歇运动，每个间歇运动进程为转盘的1/4,在每一个间歇停顿时间内完成两次检测，当检验完成后不合适的则由下面的撑板转动撑起球料再由接料转盘转动送到下一个检验口中检测，机构原理图见图纸。

（2）间歇机构的选择

根据题目要求选择三类球，每个球只在三个孔中检测后便可分类，每次检验时所作间歇运动行程角度为900，所以考虑采用槽轮机构（如图）。

而检验撑板的转动为连续的，但要和槽轮转动同周期，保证每转动1/4圆周是同步的。

因而带动撑板的齿轮与带动槽轮的齿轮同轴同转速。

（3）槽轮机构的设计参考《机械原理课程设计指导书》表4.4、4.5。

由式（4-28）和图4.9可求得中心距C，转臂半径r（即转臂滚子中心A到转轴O1间的距离）和槽轮名义外圆半径R之间的关系为

（4-28）

为防止高速运转时的冲击，常对槽轮的名义外圆半径R给予修正，如图4.9所示

RS=（R2+ρ2）1/2

式中：

ρ—滚子半径，一般取r/6。

由图4.9可知，槽轮的槽底半径Rd

而在选取拨盘上锁止弧半径RH时，必须保证槽轮的外圆上有足够的槽顶厚度h，一般取h为（0.6—0.8）ρ，但不得小于3mm。

RH可按槽轮的外圆半径R选用，取RH=KHR,系数KH的选取可查表4.5。

表4.5系数KH的选取

槽轮槽数

3

4

5

6

8

KH

1.4

0.7

0.48

0.34

0.2

（4）槽轮相关参数

槽轮槽数：

4

转臂滚子数j：

1

特性系数k：

1/3

运动系数i：

1/4

第七章机械系统运动方案的拟定与比较

1.方案拟定

1）.不平行槽分类机构方案

2）板门机构方案

3）间歇转盘机构方案

2.方案的比较与选择

方案

（1）：

由于每一个料球的尺寸差距小于2mm，可能由于球在滚动过程中的微小惯性冲击而造成检验不准确

方案

（2）：

每个球的尺寸差距过小，上面中挡板的位移很小，很难控制小板顺利打开，且该方案中同样存在惯性冲击。

方案（3）：

该方案合理解决了球运动中的惯性冲击，并在检验时，每一个检验卡口处都进行两次检验。

整个过程保持定点定位同步进行

七．机械运动简图或进一步验到的运动方案布置图

第八章机械系统运动循环图

推杆

送料

空回

送料

空回

送料

空回

送料

空回

接

料

转

盘

第一接口

接料

一检验口

二检验口

三检验口

第二接口

三检验口

接料

一检验口

二检验口

第三接口

二检验口

三检验口

接料

一检验口

第四接口

一检验口

二检验口

三检验口

接料

支撑转盘

空

推

空

推

空

推

空

推

空

推

空

推

空

推

空

推

槽轮轮角0°90°180°270°360°

第九章凸轮运动分析与设计

（1）推杆位移线图

（2）　图解法凸轮设计

《机械原理》教材92页，根据工程实践的经验，推荐推程的许用压力角为：

移动推杆［α］＝３０°～３８°；当要求凸轮尺寸尽可能小时，可取［α］＝４５°．所以选定推杆压力角［α］＝３０°．

r0

e=20mm

s=45sinδ

rr=10mm

（2）凸轮的绘制（由计算机AutoCAD完成）

结束语

经过一周的奋战我的课程设计终于完成了。

在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。

课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。

自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。

通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

这次课程设计我得到的题目是设计一个健身球检验分类机，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。

在老师的谆谆教导，和同学们的热情帮助下，使我找到了信心。

现在想想其实课程设计当中的每一天都是很累的，尤其是最后两天，更是忙的不可开交。

甚至有的同学选择了一整天的学习画图找资料连饭都顾不得吃。

其实正向老师说得一样，设计所需要的东西都在书上了，当时自己老是想找到什么捷径来完成这次任务。

但是机械设计的课程设计没有那么简单，你想copy或者你想自己胡乱蒙两个数据上去来骗骗老师都不行，因为你的每一个数据都要从机械设计书上或者机械设计手册上找到出处或有相关的计算过程。

我因为这个就吃了不少的亏，比如在我设计健身球分类机装配草图时我没有太注意相关尺寸，致使我设计的整体图出现了较大的结构错误，间接导致了我以后的装配图的步履维艰。

虽然种种困难我都已经克服，但是还是难免有些疏忽和遗漏的地方。

完美总是可望而不可求的，不在同一个地方跌倒两次才是最重要的。

抱着这个心理我一步步走了过来，最终完成了我的任务。

在设计过程中培养了我的综合运用机械设计课程及其他课程理论知识和利用生产时间知识来解决实际问题的能力，真正做到了学以致用。

在此期间我们同学之间互相帮助，共同面对机械设计课程设计当中遇到的困难，培养了我们的团队精神。

在这些过程当中我充分的认识到自己在知识理解和接受应用方面的不足，特别是自己的系统的自我学习能力的欠缺，将来要进一步加强，今后的学习还要更加的努力。

本次课程设计不仅仅是对自己所学的知识的一次系统总结与应用，还是对自己能力的一次检验。

在本次课程设计当中，天气很热，许多同学都不顾这么热的天认真设计，精神可嘉。

在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学，也非常感谢指导老师每天不辞辛劳给我们的指导。

【主要参考文献】

《机械原理课程设计指导书》/裘建新主编/高等教育出版社，2005.4

《机械原理》/刘会英，杨志强，张明勤/机械工业出版社，2007.5

《凸轮机构设计与应用创新》/石永刚，吴央芳/机械工业出版社，2007.8

《机械设计手册》/《机械设计手册》编员会/机械工业出版社，2007.3

《机械设计实用机构与装置图册》/（美）斯克莱特（Sclater，N.），（美）奇罗尼斯（Chironis），N.P.）编；邹平译/机械工业出版社，2007.2