健身球检验分类机2

健身球检验分类机2 机械原理课程——健身球检验分类 XXX学院 课程设计成果说明 题 目： 健身球检验分类机 学生姓名： xxxx 学 号： 081309104 学 院： xxxx学院 班 级： C08机械（1）班 指导教师： 同组者： 2010-6-17 第 1 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 （ 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 ）绘制健身球检验分类机的机构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。盘状凸轮用解析法设计， 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。 健身球运动适合所有的人锻炼，包括需要康复治疗的人，它使锻炼者在锻炼时更安全，避 免对关节造成强大冲击，避免运动伤害。有些腰背部有伤的人在做仰卧起坐时，因为腰背部有伤 可能做不起来，但是在做健身球运动时，可以利用柔软的健身球来帮助运动者做运动，能够起到 一个依托的作用。健身球运动有很强的趣味性；健身球运动有助于训练人体的平衡能力 我所设计的检验分类机实现了进料，送料，检测和接料于一体的全自动化功能。 其主要设计思路来自于对检验分类动作分解,然后按照相应功能的机构部件进行设计,对比,选定,以及优化组合. 综合利用凸轮蜗杆的循环运动,凸轮连杆的往复移动,皮带轮机构以及减速器的调速比的设定.定量送料,定位传送和摩擦力的设计都需要人工数据处理.利用Auto Cad软件强大绘图功能,和Word的编辑功能,把设计方案图文并茂. : 第 2 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 第一章总论及设计分析 ................................................................................................... 4 1.1设计题目 .............................................................................................................. 4 1.2设计任务 .............................................................................................................. 4 1.3设计提示 .............................................................................................................. 5 1.4工作原理以及工艺流程图. .................................................................................. 5 第二章动力源的选择 ....................................................................................................... 7 2.1原动机的选择 ...................................................................................................... 7 2.2电动机的型号选择 .............................................................................................. 7 第三章 主要执行结构方案设计 .................................................................................. 10 3.1进料机构 ............................................................................................................ 10 3.1.1 方案（如图3—1） ................................................................................. 10 3.2送料机构 ............................................................................................................ 10 3.3检验机构 ............................................................................................................ 12 3.4接料机构 ............................................................................................................ 13 3.5形态学矩阵 ........................................................................................................ 14 3.6 拟定运动循环图 ............................................................................................... 15 第四章 机械运动系统设计方案拟定 ............................................................................ 17 4.1 拟定的方案 ....................................................................................................... 17 第五章 系统设计数据处理 ........................................................................................... 20 5.1方案b数据处理 ................................................................................................ 20 5.2传动机构的尺寸设计及数据处理 ..................................................................... 21 第六章 机械运动方案评价 ........................................................................................... 23 6.1 评价方案 ....................................................................................................... 23 结束语 ......................................................................................................................... 26 参考文献 ........................................................................................................................ 27 第 3 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 1.1 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. 健身球直径范围为ф40～ф46mm,要求分类机将健身球按直径的大小分为三类. 1. ф40?第一类?ф42 2. ф42<第二类?ф44 3. ф44<第三类?ф46 其他技术要求见表1: 1 电动机转速 生产率（检球速度） 方案号 r/min 个/min A 1440 20 B 960 10 C 720 15 1.2 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 第 4 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 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 . 1.3 健身球自动检验分类机是创造性较强的一个题目,可以有多种运动方案实现.一般的思路在于: 1.球的尺寸控制可以靠三个不同直径的接料口实现.例如:第一个接料口直径为42mm,中间接料口直径为44mm,而第三个接料口直径稍大于46mm.使直径小于(等于)42mm的球直接落入第一个接料口,直径大于42mm的球先卡在第一个接料口,然后由送料机构将其推出滚向中间接料口.以此类推. 2.球的尺寸控制还可由凸轮机构实现. 3.此外,需要设计送料机构,接料机构,间歇机构等.可由曲柄滑块机构,槽轮机构等实现 1.4. 如图1—1 第 5 页 共 27 页 运定量球，以一定速度，一定数量送进 机械原理课程设计——健身球检验分类 定量送球 完成接料动作，控制一定的速度 将接 受的 健 健身 身完成第一部分类机构，使第一类健身球得到分健球放 球类 身在一 分 球个健 类 进 身球机完成推送机构，以达到下一步的分类，使第2类得入 容器设到分出 中等计 待分 类 最后一次分类，使所有的球得到分类 分类 将分类检验得到的健身球按一定的速度输出 输出 图1—1 第 6 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 2.1 选择电机类型：发动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、汽油机、菜油 机、液压机、汽动马达等。电动机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易，一般机械上大多 数是均采用电动机驱动。 电动机已经是系列化了，通常由专门的工厂按标准系列成批或大量生产。机械设计中应根据工作 的载荷、工作的要求、工作的环境、安装的要求及尺寸、重量有无特殊限制等条件，从产品目录 中选择电动机的类型和结构形式、容量和转速，确定具体的型号。原动机有许多不同的种类，按照不同的角度分类，有着不同的形式。 原动机按其输入能量的不同可以分为两类： 1）一次原动机 此类原动机是把自然界的能源直接转变为机械能。属于此类的原动机的有 柴油机、汽油机、气轮机和燃气轮机等。 2）二次原动机 此类原动机是将发电能所产生的各种形态的能量转变为机械能。属于此类 原动机的有电动机、液压马达、气动马达、汽缸和液压缸等。 原动机的输出形式有三种： 1）转动 具有这种输出形式的原动机有电动机、液压马达、气动马达、柴油机、汽油 机、气轮机和燃气轮机等。 2）往复移动 具有这种输出形式的有直线电动机、汽缸、液压缸等。 3）往复摆动 具有这种输出运动形式的原动机有摆动油缸、摆动气缸等。 机械设计中应根据现场能源供应的情况、工作的载荷、工作的要求、工作的环境、经济成本 等条件，还要考虑工作可靠，操作简便，维修方便这方面的因数，来选择原动机的类型和结构形 式。在自动打印机中，不可能选择一次原动机，因为自动打印机体积本身不会很大，如果选用一 次原动机，将大大增大其体积，而且需要经常购买燃料或自己制造动力，这样就会增加成本。根 据总功能的要求，选择转动原动机。自动打印机打印的一般是纸制产品，不宜选择油类和气类电 动机，否则会污染产品，而且电动机工作可靠、操作简便、维修方便。 综上所诉，选择电动机。 2.2 电动机型号的选择需考虑到电动机的机械特性和工作制度与工作相匹配，考虑到工作机对电 动机提出的起动、过载、运转平稳性、调速和控制等方面的要求。电动机型号的选择主要是容量、 功率和转速的选择。 第 7 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 电动机的容量选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时， 电动机不能保证工作装置的正常的工作，或使用电动机因长期的过载而过早损坏；容量过大则电 动机的价格高，能量不能充分利用，且常常不在满载下运行，其效率和功率的因数都较低，造成 浪费。 电机的容量的主要由电动机的运行时的发热情况决定，而发热又由其工作情况决定。电动机 的工作情况一般分为两类： １）、用于长期连续运转、载荷不变的或很少变化的、在常温下工作的电动机（如用于连续 输送机械电动机），选择这类电动机的容量，只需要使电动机的负载不超过其额定的值，电动机 便不会过热。 2 ）、用于变载荷下长期运行的电动机、短时运行的电动机（工作时间短、停歇时间长）和 重复短时运行的电动机（工作时间和停歇时间都不长），其中容量选择按等效率法计算，并校核 过载能力和启动转速。 额定功率相同的同类型电动机有若干种转速可供设计选用。电动机转速越高，则磁极越少，尺寸 及重量越少，一般说价格也越低，但上由于所选用的电动机转速越高，当工作机械低速时，减速 传动所需传动装置的总传动比必然增大，传动级数增多，尺寸及重量增大，从而使传动装置的成 本增加。因此确定电动机转速时应同时兼顾电动机及传动装置两者加以综合分析比较确定。所以 经过分析得： 电机的容量的主要由电动机的运行时的发热情况决定，而发热又与其工作情况决定。 工作机所需工作功率 P，应由机器工作阻力和运动参数计算得来的，可按下式计算： w Tn P,Kww9550 其中：T——工作机的阻力矩，； N,mm n——工作机的转速，； r/min 传动装置的总效率,组成传动装置的各部分运动副效率之积，即 0 ,,,,,,,？, 0123n 其中：,,, 分别为轴承、齿轮、斜齿轮的传动效率 312 按推荐的传动比合理范围，取一级传动i1=20-50，二级圆柱直齿轮的传动比i2=4-6, 三 级圆柱直齿轮的传动比i3=2-4,总的传动范围为40-200. 根据附?。2选择Y系列三相异步电动机 经过综合考虑决定选用Y132S—8型号电动机 考虑减小噪声、振动等方面的要求时，最好选用带传动。当原动机驱动主动轮时，由于带与 带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。带传动具有结构简单、传 动平稳、选价低廉以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。（如下图2-1） 第 8 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 图2.—1 由以上优点再结合要求的工作条件可以得到，在此采用带传动。 第 9 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 3.1 3.1.1 如图3—1 图3—1 8——震荡器 6——漏斗槽 7——待检测球 方案所采用的进球机构是如图所示的漏斗槽机构。在上面装个振荡器是有利于健身球更快， 很好的控制健身球下落的时间。将其制造成锥型主要为了使球下落时有一定的下落次序，能够更 好的为送球机构做保证，圆锥孔设计时，使它与健身球中直径最大类型的相-匹配，尽量稍大于最大球的直径，以保证每种球都能顺利通过，实现进料机构的功能。 3.2 第 10 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 图3—2 9——送料滑块 10——连杆 方案a采用的是四连杆机构，制作简单成本低，原理简单，但是有急回特征，有冲击。 图3—3 1——原动件凸轮 2——涡杆 3——滚子连杆从动件 方案b所采用送球机构是如图所示的凸轮涡杆机构。其主要由凸轮、涡杆和滚子连杆从动件组成。 在图所示的传送机构中，当由电动机带动的涡杆2连续转动时，通过凸轮涡杆啮合带动凸轮1转动，凸轮1转动，从而带动滚子连杆从动件3，从滞留槽内推出一个球并将其送至斜坡滚道。当 凸轮涡杆作连续转动时，完全实现定量，定长，并以间隙、直线送球功能。 第 11 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 与方案a比克避免冲击，功能损失更少，能出色的完成任务。 3.3 图3—4 1——凸轮 2——连杆滑块 3——弹簧 4——检验挡板 5——检验通道 方案a采用的检验机构，此检验分类机的组要用途是将不同直径的健身球分成三类，根据凸轮 易的转动改变5的宽度使小球逐一筛选出来。此在检验球时得考虑健身球是石料所作，故我 们在检验分类的同时应注意到避免健身球损坏，还有检验通道对球身的摩擦作用。 第 12 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 图3—5 7，10——滚子从动件 8，9——检测凸轮 方案b所采用的检测机构如图所示。其主要由两个凸轮、两个滚子连杆从动件、一个滚道和三 个分开滑道组成。球从水平滑道进入斜坡滚道，此时使从动件10封住斜坡滚道，使最小直径的球进入第一个分开滑道，然后使从动件10退出斜坡滚道，在之前让从动件7堵住滚道，从而使较大的球进入第二个分开滑道 ，最后将从动件7退出滚道，直径最大的球进入第三个分开滑道。 3.4 第 13 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 图3—6 11——转动圆盘 12——转动轴承 方案a采用的饿是根据圆盘的转动不同大小的健身掉入不同的圆盘区域，这样的区分也是可 行的，只是没有考虑球掉落可能存在弹性力 使球不能很稳的落入制定的区域，还有待完善。 6——接料箱 图3—7 方案b采用的是不同的容器对应不同的尺寸，简单明了相对于a比较合理。 3.5 功能元 功能元解 1 2 3 4 5 动力源 电动机 汽油机 柴油机 液压机 汽动马达 A1 A2 A3 A4 A5 第 14 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 减速2 蜗杆传动 链传动 带传动 齿轮传动 摆线针轮 转动 B1 B2 B3 B4 B5 进料圆 自由下落 连杆机构 曲柄滑块凸轮机构 锥孔内 机构 球的运C1 C2 C3 C4 动 检测机 凸轮机构 爪轮机构 齿型带机平面凸轮+空间凸轮+构凸轮 构 正切机构 正切机构 从动件D1 D2 D3 D4 D5 来回移 动 送料从 齿轮机构 齿型带机凸轮机构 动件的 构 往复移E1 E2 E3 动 表3—7 系统解的可能方案数： F=5*5*4*5*3=1500 其中列出较为理想的两种： A1+B3+C1+D1+E3 A1+B2+C1+D1+E3 3.6 第 15 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 原动件凸轮 0 ?30? 60? 90? 120? 150? 180 ?210? 240 ?270 ?300 ?330 ?360? 转角 进料机构 震荡送球 停止运动 送料机构 滚子从动件送球 滚子从动件急回运动 检验机构 第一个分分开滑道检验（上面第二个分滑道检验进入第三个分滑道 的检测涡轮封道） （下面的检测涡轮封 道） 接料机构 无 无 无 表3—8 第 16 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 4.1 在上一章中，我已经分析了a,b两个方案的各构件的功能特点。根据形态学矩阵的分析和原 理。现在对它们进行最佳组合。如图4—1 ： 图4—1 1——凸轮 2——连杆滑块 3——弹簧 4——检验挡板 5——检验通道 6——漏斗槽 7——待检测球 8——震荡器 9——送料滑块 10——连杆 11——转动圆盘 12——转动轴承 第 17 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 图4—2 1——原动件凸轮 2——涡杆 第 18 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 3——滚子从动件 4——电动机 5——漏斗槽 6——接料箱 7，10——滚子从动件8，9——检测凸轮 第 19 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 5.1b 上一章我已经设计出方案b的机构工作简图，参照该图： 设计数据如下： 健身球检验分类机的生产率：20个/分钟 送球机构凸轮涡杆的转速：n=2π(rad/s) 滚子从动件往复移动速度：v=0.4m/s 检测机构凸轮转速：n=2π(rad/s) 滚子从动件往复移动速度0.1m/s 零件尺寸设计： r1=40/πmm r2=30/πmm 滞留槽深度5mm 滞留槽至下破滚道长度600mm 滚道宽度78mm 分开滑道长度分别为30mm 40mm 50mm 第 20 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 5.2 图5—2 1，2——带轮 3，4，5，6——传动齿轮 接着计算传动装置的总传动比及分配各级传动比 在前面的方案设计中已确定此次设计的减速器为齿轮传动，并且采用展开式传动。 分配原则： 1、 使各级的传动的承载能力大致相同（齿面的接触强度大致相等）。 2、 使减速器能获得最小的外形尺寸和重量。 3、 使各级传动中大齿轮的浸油深度大致相等，润滑方便。 选用减速器为三级传动，先经过三级减速后，再经过分流得到轧辊所需要的转速和方向，经过 综合分析选：i1=28.25 i2=4 i3=π 轴名 参数 ? ? ? ? ? 转速(rad/s) 710 8π 2π 2 2 输入功率KW 2.2 2.046 1.98 1.925 1.905 传动比 28.25 4 π 1 效率 0.93 0.97 0.97 0.99 表5—3 第 21 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 ： 齿轮 3 4 5 6 参数 齿数 8 32 16 32 模数 mm 5 5 5 5 表5—5 第 22 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 6.1 序号 评价项目 评价等级 评价尺度（评价分数） 很好 10 好 8 ? 功能目标完成情况 较好 5 不太好 3 不好 0 先进 10 ? 工作原理的先进性 较先进 8 一般 4 落后 0 高 10 ? 系统的工作效率 较高 8 一般 4 低 0 高 10 ? 系统机械传动的精度 较高 8 一般 4 低 0 简单 10 ? 系统的复杂程度 较复杂 5 复杂 0 可靠 10 ? 系统方案的可靠性 较可靠 8 一般 4 不可靠 0 新颖 10 ? 系统方案的新颖性 较新颖 8 一般 4 第 23 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 不新颖 0 实用 10 ? 系统方案的实用性 一般 5 不实用 0 低 10 ? 系统方案的经济成本 较低 8 高 4 较高 0 好 10 ? 系统方案的环保问题 较好 5 不好 0 表6—1 项目 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 累计得分 方案 a 5 4 8 4 10 4 0 5 8 10 58 b 8 8 8 8 10 8 4 10 8 10 82 表6—2 方案评价标准 方案a 方案b ++ ++ 成本低 便于加工 + ++ 第 24 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 结构简单 + + 便于方便 + + 操作方便 + ++ 总计 1个“++”， 3个“++” 4个“+” 2个“+” 表6—3 注：“＋＋”：“很好”，“＋”：“好”，“－”：“不好” 显而易见，综上表格所评方案方案b为最佳方案 第 25 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 紧张的课程设计顺利结束了。在这设计过程中，我从原来对本专业并不十分了解的状况下,开始系统的运用了所学的机械基础知识，加深了对专业知识的理解和掌握.并且,培养了我查阅机械类书籍的能力,为我以后的学习打下了扎实的基础。 机械学作为一门传统的基础学科，内容丰富，涉及面广。在新的历史条件下，机械学与电子 电气、液压等多种学科，联系更为紧密，它的综合性更强。相信我们工科学生在进行了认识实习、 金工实习、生产实习、课程设计、毕业实习，特别是以后的毕业设计对整个大学阶段的知识的掌 握会更加牢固。同时在以后的学习中会不断拓宽自己的知识面，结合生产实际，一定能更好的掌 握机械知识。 学好专业知识，可以为我们以后就业提供很好的帮助，所以我们应该认真对待每一次的动手 实践机会，从中学到更多的知识。 最后，非常感谢章海老师还有同学以及学长的关心和指导！ 设计者 何冰 第 26 页 共 27 页 机械原理课程设计——健身球检验分类 [1]裘建新.高等教育出版社 机械原理课程设计指导书.2005 [2 ]哈尔滨工业大学理论力学教研组编.理论力学（第五版）. 北京：高等教育出版社. 1993 [3]陈秀宁.机械设计课程设计.浙江：浙江大学出版社.1995 [4]牛鸣岐,王保民,王振甫.机械原理课程设计手册.重庆:重庆大学出版社,2001 [5]机械工程手册电机工程手册编辑委员会编. 机械工程手册第59篇、冲压机械化与自动化. 北京：机械工业出版社.1982 [6]张世昌等．机械制造技术基础．天津：天津大学出版社， 2002 [7]王丽英等．机械制造技术．北京：中国计量出版社， 2003 [8]王知行,刘延荣.机械原理.北京:高等教育出版社,2000 第 27 页 共 27 页