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1、第 28 页目录第一章 功能与设计要求21.1功能要求21.2工作原理21.3功能分解21.4功能原理的工艺过程分解3第二章 机械系统的选择与比较52.1电动机的选取52.2传动机构的选取与比较52.3执行机构的选取与比较72.4构件的运动形式92.5机械系统运动转换功能图92.6用形态学矩阵法创建机械系统运动方案10第三章 尺寸设计113.1电动机113.2减速装置113.3皮带传动123.4齿轮系传动133.5直齿锥齿轮133.6检料机构153.7送料机构163.8凸轮机构18第四章 方案分析与评价204.1优点204.2缺点204.3改进21附录22总结28参考文献.29第一章 功能与设
2、计要求 1.1功能要求具体设计要求如下：健身球检验分类机能够实现进球、送球、检测球、接球的一体化功能。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。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 mm第一类42 mm2.42 mm第二类44 mm3.44 mm第三类46 mm 1.2工作原理健身球检验分类机是由进料机构、送料机构、接料机构以及电动机组成。进料机构是持定量的健身球，以直线、间歇的运动过程进球；送料机构是在往复直线运动过程中，运用曲柄滑块或者凸轮推杆使健身球能持续定量的进入工作台相对应的小槽内，根据效率要求，让健身球每6秒钟进入一个
3、，使工作持续稳定进行；检验机构是由上往下直径分别为42mm、44mm、46mm的小槽，根据小球能通过而打球不能通过的原理，使健身球直径为40mm至42mm的可以通过第一个孔，使健身球直径为42mm至44mm的可以通过第二个孔，使健身球直径为44mm至46mm的可以通过第三个孔，从而通过孔的大小实现对健身球的检验以及分类；接料装置是在运用接球通道将掉下来的球通过滚槽进入指定的装置，把球按分类装好。 1.3功能分解为了实现将健身球自动分类的总功能，可将总功能分解为如下分功能：1. 健身球定量进球功能；2. 健身球定量送球及定位功能；3. 健身球大小检验功能；4. 接球功能。其功能逻辑图如下：持定量
4、健身球，以直线、间歇的进球。定量进球定量送球直线往复的运动。运用曲柄滑块机构使健身球能持续的进入工作台相对应的小槽内，使工作能持续稳定进行。健身球检验分类机的工作系统健身球间歇得掉下来，尺寸最的直接掉进第一个孔，稍大得都卡在那里。精确检验健身球运用滑块或偏心轮，把健身球推到第2个孔，然后再把最大的推到最大的孔。运用接球通道将分类掉下来球通过，然后再用接球仪器将球接住。接球装置 1.4功能原理的工艺过程分解1.定量进球功能：用曲柄滑块机构实现有规律的往复运动，控制进球速度，当滑块往回运动到进料口时，健身球自动进球，然后滑块向右运动时进料口停止进球，从而使健身球按规律定量进球。其原理如图1.4a所
5、示。图1.4a2.定量送球功能：用曲柄滑块机构实现有规律的往复运动，当滑块向右运动时，将球推入推入送料口，使球进入规定的位置，实现定量送球。其原理图如图1.4a所示。3.检验健身球大小功能：通过孔径的大小，控制进球类型，40mm至42mm的球从第一个孔通过，42mm至44mm的球从第二个孔通过从而达到健身球分类的目的。其原理图如图1.4b所示。4.接料功能：健身球通过不同大小的孔分类后，通过规定的通道，将球送入到指定的接料装置内，从而把分类好的健身球按规定装好。其原理图如图1.4b所示。图1.4b第二章 机械系统的选择与比较 2.1电动机的选取发动机是是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电
6、动机、汽油机、液压机、气动马达等。电机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易。而健身球检验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。根据要求，我们这里采用的是转速为720r/min的电机。2.2传动机构的选择与比较机械系统中的传动机构是把原动机输出的机械能传递给执行机构并实现能量的分配、转速的改变及运动形式的改变的中间装置。传动机构最常见的有齿轮传动、带传动、蜗杆传动等。它们的特点如下表所示：特点寿命应用齿轮传动承载能力和速度范围大
7、；传动比恒定，可获得较大传动比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安装精度要求高，精度低时，运转有噪音；无过载保护作用取决于齿轮材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合与抗磨损能力金属切削机床、汽车、起重运输机械、冶金矿山机械以及仪器等蜗杆传动结构紧凑，单级传动能得到很大的传动比；传动平稳，无噪音；可制成自锁机构；传动比大、滑动速度低时效率低；中、高速传动需用昂贵的减磨材料；制造精度要求高，刀具费用贵。制造精确，润滑良好，寿命较长；低速传动，磨损显著金属切削机床（特别是分度机构）、起重机、冶金矿山机械、焊接转胎等带传动轴间距范围大，工作平稳，噪音小，能缓和冲击，吸收振动；摩擦型带传动有过载保护作用
8、；结构简单，成本低，安装要求不高；外廓尺寸较大；摩擦型带有滑动，不能用于分度链；由于带的摩擦起电，不宜用于易燃易爆的地方；轴和轴承上的作用力很大，带的寿命较短带轮直径大，带的寿命长。普通V带3500-5000h金属切削机床、锻压机床、输送机、通风机、农业机械和纺织机械链传动轴间距范围大；传动比恒定；链条组成件间形成油膜能吸振，工作可靠；作用在轴上的荷载小；运转的瞬时速度不均匀，高速时不如带传动平稳；链条工作时，特别是因磨损产生伸长以后，容易引起共振，因而需增设张紧和减振装置与制造质量有关5000-15000h农业机械、石油机械、矿山机械、运输机械和起重机械等图2.1由上述几种主要的传动装置相互
9、比较可知，齿轮传动、带传动用于减速，故选用带传动和齿轮传动,齿轮传动效率高，工作可靠、传动精确。2.3执行机构的选取与比较1.送料机构对心凸轮机构图2.3a曲柄滑块机构图2.3b以上两种传动机构各有特色，两者都同样能完成工作任务，但前者若采用摆线或五次多项式运动规律，则可避免冲击，并且结构简单，便于设计，杆件少，功能损失少，但不便于加工。后者有急回特性，可实现快进慢退，有利于实现运动的配合，其易于加工，容易设计，综合考虑决定选用后者，即曲柄滑块机构。2检料机构方案一：采用不同孔径大小的通道使球分类图2.3c方案二：采用凸轮的运动控制孔径的大小从而使球分类图2.3d上诉两种检验机构都能完成我们要
10、达到的功能任务。前者设计机构简单，运动形式少，占地面积较小。后者则设计机构复杂，运动形式多，运动不易配合，接料装置不好设计。故选用方案一，即采用不同孔径通道大小使球分类。3.按类接球装置如下图所示：图2.3e 2.4构件的运动形式1；送料夹持器无间歇往复移动，可选用凸轮机构，连杆机构，组合机构（如凸轮机构+连杆机构）等；2；定位间歇往复移动，同样可选用凸轮机构，连杆机构，组合机构（如凸轮机构+连杆机构）等。 2.5机械系统运动转换功能图根据执行构件的运动形式，绘制出机械系统的转换功能图图2.5 2.6用形态学矩阵法创建机械运动的运动方案根据机械系统运动转换功能图（图2.5）可构成形态学矩阵（表
11、2.6）。由表2.6所示的形态学矩阵可求出健身球检验分类机系统运动方案数为N=22222=32由给定的条件、各机构的相容性、空间布置、类似产品的借鉴和设计等，我们可以从中选出较为实际可行的方案。表2.6中用线连的是选择的最优方案。功能元12减速1带传动齿轮传动减速2带传动齿轮传动减速3带传动齿轮传动送料机构无间歇往复移动凸轮机构连杆机构推杆的间歇往复移动凸轮机构连杆机构图2.6第三章 尺寸设计 3.1电动机健身球检验分类机的动力源采用转速为min/720r的交流电动机。3.2减速装置本次设计采用的如下图所示的减速器，由传送带和齿轮系构成的减速装置。其中一对齿轮比是有限的，由于本装置需要较大的传
12、动比，故采用轮系来实现。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，固采用轮系是来实现。图3.2 3.3皮带传动图3.3如图所示为皮带减速机构，带轮1连接原动件转速为的交流电动机，皮带2连接齿轮系中的齿轮1，皮带1的半径为，皮带2的半径为，根据皮带传动原理有：=(1)皮带1与皮带2的转速与半径成反比：=(2) 3.4齿轮系传动如图3.2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)由上式可得：=(4)3.5直齿锥
13、齿轮如图3.5a所示，直齿轮4与直齿锥齿轮5、凸轮10（后图）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7同轴连接，根据齿轮传动原理有：=(5)=(6)由凸轮10与直齿锥齿轮同轴传动有：=(7)根据提供的原动件转速为的交流电动机与课程设计要求，在的前提下，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12的转速为：同时，齿轮4与齿轮7是同轴传动，故则根据公式(4)可以得出：因此由上两式可以得出: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故我们得出:,图3.5a直齿锥齿轮传动各齿轮参数如下表：模数(mm)压
14、力角()齿数(个)直径(mm)分锥角()齿轮12202040/齿轮222080160/齿轮32202040/齿轮4220120240/直齿锥5、6、7、8320257590表3.5b 3.6检料机构在检料箱体中，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，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：根据课题设计要求可设置相应尺寸大小如下表:料道1料道2料道3料道直径（mm）424446设置滑块轨道有关尺寸为： 3.7送料机构3.7a1.曲柄滑块设计根据平常作图经验，我们设定曲柄
15、滑块机构的行程速比系数K=1.4，则极位夹角为30度，这将有助于我们计算，再将A与滑块中心所在平面的距离定为120，滑块最大行程定位为200，运用这些初始数据我们就可以通过作图法来设计能满足要求的机构。具体作图步聚：1.在直角坐标系下画水平线，长度为200； 2.作中垂线，再过做直线交与.且使 与成60度夹角； 3.作下方作它的平行线，两者相距e=120； 4.过作圆，使两点都在圆上，此时圆与的 平行线交与一点，连接,; 5.过点以为半径画圆，此圆交与,量取、 的长度，=/2, =（+）/2，得到长 度AB=82.37mm，BC=234.05mm； 6.C1、C2为滑块的两极位，C1C2=20
16、0mm。图3.7b2曲柄滑块机构的运动分析2.1位置分析 见附录一（附图1.1）2.2速度分析 见附录一（附图1.2）2.3加速度分析 见附录一（附图1.3）3.8凸轮机构1.凸轮设计接料机构用的是凸轮机构，凸轮与推杆通过滚子连接，其基圆半径R为80mm，偏心距为30mm，滚子半径为5mm。数据计算；在设计检料装置中，我们预设第一个料道起始端与滑块平面的距离、各料道间的间距都为，料道1、料道2、料道3的孔径大小分别为，料道的倾角为，电机未动时凸轮位于基圆部分，当机器运转时凸轮进入上升阶段，凸轮在球进入滑道1的时候推杆需要上升,此后凸轮休止，有运动循环图可知此时的休止角，若球无进入料道1、则继续
17、下落到达料道2，此时再让推杆停止一段时间，使球有足够时间进入料道2，此时的休止角，若球无进入料道2、则继续下落到达料道3，此时再让推杆停止一段时间，使球有足够时间进入料道，此时的休止角。通过检料机构与推杆的以上相对位置关系，我们确定此凸轮共分6段，各段转角与升程数据如下表：转角（度）0-120120-150150-210210-240240-330330-360推杆升程（mm）103.170-50.550-52.620接料上升休止回程休止回程休止2.凸轮机构的运动分析 见附录二 3.9各机构的运动循环图第四章 方案分析与评价 4.1优点(1) 结构紧凑，空间利用率高；(2)设计中大多零件使用标
18、准件，机器互换性好；(3)筛选过程中使球逐个进入，避免了健身球之间的相互碰撞和卡球现象；(4)具有较为确定的传动比；(5)零件制造加工简单；(6)传送带靠摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小。 4.2缺点(1) 机械机构简单，故精确度不高；(2) 机器大量使用齿轮，会产生噪音，且造价造价成本高；(3) 进料装置的流动性差，可能因卡球而间断进料；(4) 由于是逐个进球，以至于生产效率低；(5) 球对滑块在整个生过程中都有压力，会使滑块与导轨面产生很大摩擦力，阻碍进球；(6) 滑块在急进行程中会与球发生碰撞，会使整个机器震荡；(7) 不适用于高速场合。 4.3改进(1) 在进料装置中使用振荡器
19、，降低健身球球互卡发生的概率，但要通过精确的调整解卡振荡器的频率，从而减小噪音；(2) 用铸铁材料做支座，消减机器震荡；(2) 使用摩擦系数较小的导轨，提高筛选精度；(3) 在储球装置处增加以凸轮滚子构件，使球间歇进入送料导轨，进而避免球对滑块产生压力；(4) 在滑块左段添加一弹性套头，进而避免滑块对球的刚性冲击。附录一附图1.1附图1.2附图1.3附录二附图2.1附图2.2附图2.3附录四图附4机械系统运动方案简图附录五图附5健身球分类机三维图总结 从开学就断断续续的的学习PROE，直到现在开始做课程设计，时间已经过了很久，应该说是时间很充足，RROE应该掌握的熟练了的，但是在这几天的运用中
20、，却发现存在很大问题，一切会弄的那部分仅仅只是简单的画图而已，距离做课程设计的要求还很远，在这十多天的设计中，只得遇到具体问题再找对应视屏边学边弄，很费时间很费精力，基本上每天都坐在电脑前很长时间尝试，但是经过这么长时间的挣扎，对这个工具软件的很多功能和运用有了重新的认识，这将对我们以后得工作产生很大帮助，不至于倒是啥都不懂，这次课程设计我是两个人一组，但是之前由于缺少合作，没有明确分工，以至于做的很多部分重复了，而有些部分却两个人都没有作，这无疑会增加设计周期，在以后需要合作的事中，我将尽量先拿出整体方案，再做出具体分工，来最大化的利用有限时间。这次我们搞的是健身球分类机，运用到了凸轮及锥齿轮，这些零件需要通过作图法画出或者通过其他软件导入，在做这个的时候又运用到渐开线方程什么的，这个需要自己去找，还有在尝试过程中我们找了一大堆软件希望将作出的如导入PROE，有些成功了有些失败了，不过却大概掌握了那类软件的使用。这次课程设计快要结束了，但它产生的影响将会延续以后的工作。参考文献机械原理课程设计手册（第二版） 主编 牛明岐 王保民 余述凡 重庆大学出版社机械原理 主编 孙桓陈 作模葛 文杰高 等教出版社机械制造技术基础 主编 华楚生 重庆大学出版机械原理课程设计指导书 贵州大学机械工程学院第 28 页
