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1、机械原理机械原理课程设计课程设计计算说明书计算说明书设计题目：健身球检验分类机院院 系系: : 工学院工学院专专 业：业： 机制机制班班 级：级： 13011301 班班设设 计计 者：者： 揭宗浩揭宗浩 学学 号：号： 2013116820131168指导老师：指导老师： 林金龙林金龙日日 期：期： 20152015 年年 6 6 月月 1616 日日目录目录第第 1 1 章章 设计任务设计任务 11.1 设计题目.11.2 设计任务.1第第 2 2 章章 机械运动方案的设计及分析决策机械运动方案的设计及分析决策 22.1 方案设计及分析.22.2 工作原理.32.3 工作流程.4第第 3
2、3 章章 机构尺度综合机构尺度综合 53.1 机构尺寸设计.53.2 进料机构设计11设计小结设计小结 14参考书目参考书目 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 4046mm，要求分类机将健身球按直径的大小分为三类。1. 40第一类422. 42第二类443. 44第三类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/minA144020B96010C720151.2 设计任务
3、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123456789电动机转速ABCABCABC生产率ABCBCACAB第
4、 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: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。图 1 运动简图经分析，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。方案二: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，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
5、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(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 不同类型的健身球沿各自的轨道进入不同
6、的收集箱中将待测健身球放入料槽中通过导管将料槽中的小球在震荡器的作用下 引入带凹槽的导轨中电机通过变速器带动凸轮滑块 2 推动健身球健身球在滑块 2 推动的作用下 由导轨进入检料装置口健身球由滑块 1 引入检料装置，并跟随滑块 1 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的电动机。min/1440r（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
7、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 连接原动件转速为的电动机，皮带 2 连接齿轮系中的齿轮 1，皮带 1 的半径min/14400rn 为，皮带 2 的半径为，根据皮带传动原理有：1r2r= (1)1rn0n皮带 1 与皮带 2 的转速与半径成反比：= (2)21rr nn12 rr（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：(3)433423211221zz nn
8、nnzz nnnnzzzzzzrz由上式可得：= (4)4nz4223110 zzrzzrn（2.3） 直齿锥齿轮：6 54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：= (5)5zn4zn= (6)6zn5zn由凸轮 8 与直齿锥齿轮同轴传动有：= (7)8n6zn根据提供的原动件转速为的电动机与课程设计要求，在min/14400rn 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0n动一圈完成
9、一个健身球的检测，可以得到凸轮 8 的转速为：sradrnn/32 3020min/2078同时，齿轮 4 与齿轮 7 是同轴传动，故sradnnz/3274则sradrn/48301440min/14400根据公式(4)可以得出：sradzzrzzrnzzrzzrnz/48422311 0 422311 4因此由上两式可以得出:721422311zzrzzr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721 31 31 81422311zzrzzr故我们得出:,128rr 123zz 343zz 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
10、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（mm）100800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 /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dd1=100，d2=300齿顶高ha5齿根高hf6.25齿顶高直径dada1=110，da2=310齿根高直径dfdf1=87.5
11、，df2=287.5基圆半径dbdb1=93.9，db2=281.7齿距p15.7齿厚s7.85中心距a200基圆齿距pb1.25（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 在的高度1h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
12、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：h/mm h3h2t/st4t3t2t10图 9 滑块 1 运动规律图h/mm h3h2t/st4t3t2t10滑块 2 运动规律图基圆半径，角速度 ，从动件的运动规律如图 11，设计该凸轮轮廓曲线。0r由齿轮 4 与凸轮 7 同轴传动有：=304zn 32srad /设计该凸轮的基圆半径与到：0r1t4tmmr1000st0.3751st0.752st1.1253st1.54st2.6255st36则凸轮 1 和凸轮 2 进程运动图如图 10 所示：87654321s/mm s3s23
13、6031590450图 10 凸轮 1 进程运动图87654321s/mm s3s236031590450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理论廓线。按对心平板直动从动件盘形凸轮作出廓线理论廓线。87654321图 11 凸轮 1 廓线设计图87654321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
14、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，mm46设计轨道与水平夹角为：= 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（mm）424447设置滑块轨道有关尺寸为：mmh1251mmh3 .642mmh103mmh2043.2 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。震荡器图 13 进料装置图 14 进料装置送料凸轮（2)料槽装置图 15 料槽装置简图如图 15 所示为料槽结构，其中槽体的高度可根据待测球数量适度调整。h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
