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課程設(shè)計說明書 課程名稱： 設(shè)計題目： 健身球自動檢驗分類機(jī)的設(shè)計 專 業(yè)： 班級： 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 日 期： 目 錄 一、設(shè)計任務(wù)書…………………………………………………....…...…3 1.1功能要求及工藝動作分解提示…………………………………………..…..3 1.2 設(shè)計方案提示………………………………………………………………...3 二、健身球自動檢驗分類機(jī)方案設(shè)計…………...…………..………....…….3 2.1功能分解………………………………………………………………............4 2.2功能邏輯圖........................................................................................................4 2.3方案設(shè)想……………………………………………………………………....4 2.4原動機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)的選擇……………...………………………….................6 2.4.1原動機(jī)的選擇……………...…………………………..............................6 2.4.2傳動機(jī)構(gòu)的選擇……………...…………………………..........................6 2.5執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇與比較...................................................................................7 2.5.1進(jìn)料與送料................................................................................................8 2.5.2檢驗分類與按類存放...............................................................................10 三、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案的擬定與比較…………………...…………..............12 3.1根據(jù)工藝過程確定執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式 ……………...………….............12 3.2繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動轉(zhuǎn)換功能圖 ……………...……………………….........12 3.3根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式選擇機(jī)構(gòu)………………...………………...........12 3.4用形態(tài)學(xué)矩陣法創(chuàng)建機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動方案…………….……….................13 四、機(jī)械系統(tǒng)工作運(yùn)動循環(huán)圖……………………………...………...…........14 4.1根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖…………………..............14 五、機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計及運(yùn)動分析…………………...………….....………….15 5.1凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計.............................................................................................15 5.2結(jié)果分析.........................................................................................................20 　 5.3減速裝置的尺寸設(shè)計.....................................................................................20 六、機(jī)構(gòu)運(yùn)動總體方案圖…………..…...…………………………..................24 　6.1運(yùn)動方案簡圖.................................................................................................24 　 6.2健身球檢驗分類機(jī)工作原理.........................................................................25 6.2.1健身球檢驗分類機(jī)工作流程...........…………...…………………….....25 6.3健身球檢測分類機(jī)分析與評價………........................................................26 七、總結(jié)...................................................................................................26 八、主要參考資料...................................................................................27 一、設(shè)計任務(wù)書 （1） 功能要求及工藝動作分解提示 1) 總功能要求 將不同直徑的健身球按直徑分類存放。 2) 工作原理及工藝動作分解提示 健身球自動分類機(jī)的功能是將不同直徑的健身球（石料）按直徑分類，并送到各指定位置。整個工作過程（包括進(jìn)料、送料、分類、按類存放）自動完成。 （2） 原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求 健身球直徑范圍為ф40～ф46mm，要求分類機(jī)將健身球按直徑的大小分為三類：第一類： 40≤ф≤42 ； 第二類：42<ф≤44；第三類：44<ф≤46。 生產(chǎn)率（分類速度）20個/min。 （3） 運(yùn)動方案構(gòu)思提示 健身球自動分類機(jī)可以有多種運(yùn)動方案實現(xiàn)。一般的思路在于： 1) 球的尺寸控制可以靠三個不同直徑的接料口實現(xiàn)。例如：第一個接料口直徑為42mm，中間接料口直徑為44mm，而第三個接料口直徑稍大于46mm。使直徑小于（等于）42mm的球直接落入第一個接料口，直徑大于42mm的球先卡在第一個接料口，然后由送料機(jī)構(gòu)將其推出滾向中間接料口。以此類推。 2) 送料機(jī)構(gòu)、接料機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)可由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等實現(xiàn)。 （4） 建議完成的設(shè)計工作量 1) 本題設(shè)計時間為兩周。 2) 根據(jù)功能要求，確定工作原理和繪制系統(tǒng)功能圖。 3) 按工藝動作過程擬定運(yùn)動循環(huán)圖。 4) 構(gòu)思系統(tǒng)運(yùn)動方案(至少二個以上)，進(jìn)行方案評價，選出較優(yōu)方案。 5) 對傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動尺寸設(shè)計。 6) 繪制系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動方案簡圖。 7) 編寫設(shè)計說明書。 二、健身球自動檢驗分類機(jī)方案設(shè)計 2.1功能分解 1.進(jìn)料功能 2.送料功能 3.自動分類功能 4.按類存放功能 2.2功能邏輯圖 圖2.1 2.3方案設(shè)想 方案一 自動檢驗分類機(jī)的主要用途就是將不同直徑大小的健身球分成三類，我們提出了如下圖的運(yùn)動裝置: 圖2.2 該方案將送料機(jī)構(gòu)與檢料機(jī)構(gòu)中的滑塊運(yùn)動統(tǒng)一起來，在上滑塊將球推出的同時下滑塊上邊緣也正好抵達(dá)料道1的口緣處，向下運(yùn)動時對球進(jìn)行檢測分類。但考慮到球在檢料機(jī)構(gòu)通道中向下運(yùn)動至靠近料道時，有可能球會卡在料道口而不能進(jìn)行正常分類。以及檢料機(jī)構(gòu)滑塊間歇時間不易控制，所以我們放棄這一方案，選用改進(jìn)的方案二。 方案二 運(yùn)動方案圖: 圖2.3 2.4原動機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)的選擇 2.4.1原動機(jī)的選擇 表一： 型號 電流 轉(zhuǎn)速 效率 功率因數(shù) 電壓 Y112-M4 8.8 1440r/min 84.5% 0.82 380v 2.4.2傳動機(jī)構(gòu)的選擇 機(jī)械系統(tǒng)中的傳動機(jī)構(gòu)是把原動機(jī)輸出的機(jī)械能傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)并實現(xiàn)能量的分配、轉(zhuǎn)速的改變及運(yùn)動形式的改變的中間裝置。傳動機(jī)構(gòu)最常見的有齒輪傳動、帶傳動、蝸桿傳動等。他們的特點如表2： 表二： 特點 壽命 應(yīng)用 齒輪傳動 承載能力和速度范圍大；傳動比恒定，可獲得較大傳動比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安裝精度要求高，精度低時，運(yùn)轉(zhuǎn)有噪音；無過載保護(hù)作用 取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度以及抗膠合與抗磨損能力 金屬切削機(jī)床、汽車、起重運(yùn)輸機(jī)械、冶金礦山機(jī)械以及儀器等 蝸桿傳動 結(jié)構(gòu)緊湊，單級傳動能得到很大的傳動比；傳動平穩(wěn)，無噪音；可制成自鎖機(jī)構(gòu)；傳動比大、滑動速度低時效率低；中、高速傳動需用昂貴的減磨材料；制造精度要求高，刀具費(fèi)用貴。 制造精確，潤滑良好，壽命較長；低速傳動，磨損顯著 金屬切削機(jī)床（特別是分度機(jī)構(gòu)）、起重機(jī)、冶金礦山機(jī)械、焊接轉(zhuǎn)胎等 帶傳動 軸間距范圍大，工作平穩(wěn)，噪音小，能緩和沖擊，吸收振動；摩擦型帶傳動有過載保護(hù)作用；結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安裝要求不高；外廓尺寸較大；摩擦型帶有滑動，不能用于分度鏈；由于帶的摩擦起電，不宜用于易燃易爆的地方；軸和軸承上的作用力很大，帶的壽命較短 帶輪直徑大，帶的壽命長。普通V帶 3500-5000h 金屬切削機(jī)床、鍛壓機(jī)床、輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和紡織機(jī)械 鏈傳動 軸間距范圍大；傳動比恒定；鏈條組成件間形成油膜能吸振，工作可靠；作用在軸上的荷載?。贿\(yùn)轉(zhuǎn)的瞬時速度不均勻，高速時不如帶傳動平穩(wěn)；鏈條工作時，特別是因磨損產(chǎn)生伸長以后，容易引起共振，因而需增設(shè)張緊和減振裝置 與制造質(zhì)量有關(guān) 5000-15000h 農(nóng)業(yè)機(jī)械、石油機(jī)械、礦山機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械和起重機(jī)械等 由上訴幾種主要的傳動裝置相互比較可知，齒輪傳動、帶傳動用于減速，故選用帶傳動和齒輪傳動, 齒輪傳動效率高，工作可靠、傳動精確。 2.5執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇與比較 2.5.1進(jìn)料與送料 （1） 進(jìn)料機(jī)構(gòu) 圖2.4 如上圖所示為漏斗狀進(jìn)料機(jī)構(gòu)，槽體上安裝有一個振蕩器,槽體高度h，可根據(jù)待測球數(shù)量適度調(diào)整。槽壁的傾斜角度為α，其對槽體和健身球的受力情況有較大的影響。如果α角度過大，則健身球整體向下的壓力不足，影響了傳遞的連續(xù)性；如果α角度過小，則球之間互相壓力增大，健身球流動性下降。所以，。我們?nèi)?α=35° 對于導(dǎo)管直徑d，為了保證良好的流動性d應(yīng)該大于最大球的直徑，并保證的盈余空間；但也不宜過大，過大尺寸的直徑d容易造成球體之間的相互摩擦力增加，造成導(dǎo)管的堵塞。 考慮到待測球在漏口堵塞情況，設(shè)置了如下圖所示的振蕩器裝置： 　　為了防止料槽中，健身球堵塞，本裝置使用了如上圖所示的解卡振蕩器。本振蕩器使用電動機(jī)2來帶動偏心輪1轉(zhuǎn)動，由于偏心輪質(zhì)心偏離轉(zhuǎn)動中心，因此產(chǎn)生振動的效果。把解卡振蕩器安裝于料槽壁上帶動料槽振動，使料槽中健身球的流動性得到加強(qiáng)，很大程度的減小了健身球被卡住的幾率。 （2）送料機(jī)構(gòu) 方案一、四連桿機(jī)構(gòu) 圖2.6 方案二、對心凸輪滑塊機(jī)構(gòu) 以上兩種方案各有特色，兩者都同樣能玩成工作任務(wù)，但前者有急回特性，有沖擊，而后者若采用擺線或五次多項式運(yùn)動規(guī)律，則可避免沖擊，并且結(jié)構(gòu)更為簡單，便于設(shè)計，桿件少，功能損失更少，能出色地完成認(rèn)務(wù)，所以選用后者，即對心凸輪滑塊機(jī)構(gòu)。 2.5.2檢驗分類與按類存放 （1） 檢驗分類機(jī)構(gòu) 方案一： 圖2.8 　　方案二： 　　　 圖2.9 從理論上來講，以上兩種方案都可以實現(xiàn)健身球自動檢驗分類的功能，但是，前面我們已經(jīng)提到，實際上方案一在料道1處，直徑在φ44及以上的健身球會卡住，而無法實現(xiàn)分類，故選方案二。 　　 在方案二的檢料箱體中，設(shè)有待測球出口料道1、料道2、料道3，料道順序為尺寸從小到大依次設(shè)置，小球先檢測，接著檢測中球，大球直接滾出，為了使球能夠快速穩(wěn)定地經(jīng)過料道尺寸檢測，設(shè)計軌道與水平夾角為： β=10° 料道相應(yīng)尺寸大小如表三： 料道1 料道2 料道3 料道直徑（mm） 　　44 　　46 　　48 設(shè)置滑塊軌道有關(guān)尺寸為： 　其中，是滑塊１的行程，　　　　　　　 　mm　mm 另外，在滑塊2的前端，留有在的距離，因為考慮到健身球的形狀以及其重力作用，其能夠按照預(yù)想的路程進(jìn)行檢料。 （2） 按類存放裝置 　　 如下圖所示： 圖2.10 三、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案的擬定與比較 3.1根據(jù)工藝過程確定執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式 1. 送料功能的執(zhí)行構(gòu)件是滑塊1，它作間歇往復(fù)直線運(yùn)動； 2. 檢驗分類功能的執(zhí)行構(gòu)件是滑塊2和滑塊3，它們都作間歇往復(fù)直線運(yùn)動。 3.2繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動轉(zhuǎn)換功能圖 根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式，繪制機(jī)械系統(tǒng)轉(zhuǎn)換功能圖： 3.3根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式選擇機(jī)構(gòu) （1） 送料滑塊1的間歇往復(fù)移動，可選凸輪機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)，凸輪+連桿機(jī)構(gòu)等。 （2） 分類滑塊2的間歇往復(fù)運(yùn)動，可選凸輪機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)，凸輪+連桿機(jī)構(gòu)等。 （3）分類滑塊3的間歇往復(fù)運(yùn)動，可選凸輪機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)，凸輪+連桿機(jī)構(gòu)等。 3.4用形態(tài)學(xué)矩陣法創(chuàng)建機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動方案 根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動轉(zhuǎn)換功能圖可構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣。由表所示的形態(tài)學(xué)矩陣可求出保健球自動檢驗分類機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動方案數(shù)為： N=3x3x3x3x3x3=729 可由給定的條件，各機(jī)構(gòu)的相容性，各機(jī)構(gòu)的空間布置，類似產(chǎn)品的借鑒和設(shè)計者的經(jīng)驗等，從中選出若干個較為實際可行的方案，然后從選出的若干個方案中用評價方法選出最優(yōu)方案。 圖3.2 圖示實線連接的即為設(shè)計的最佳方案。 4、 機(jī)械系統(tǒng)工作運(yùn)動循環(huán)圖 4.1根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖 　　 　　機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案有３個執(zhí)行構(gòu)件需要進(jìn)行運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計，它們是送料機(jī)構(gòu)（滑塊１），檢驗分類機(jī)構(gòu)（滑塊２和滑塊３），在運(yùn)動循環(huán)圖中，分別用送料，分類Ⅰ，分類Ⅱ來表示。橫坐標(biāo)表示分配軸的轉(zhuǎn)角，送料的縱坐標(biāo)表示送料滑塊１的運(yùn)動（由右向左為正），分類Ⅰ的縱坐標(biāo)表示滑塊２的運(yùn)動（由下向上為正），分類Ⅱ的縱坐標(biāo)表示滑塊３的運(yùn)動（由下向上為正）。 如下圖所示： 圖4.1 表四： 執(zhí)行階段 運(yùn)動階段 運(yùn)動時間(s) 分配轉(zhuǎn)角(°) 送料階段 送料 遠(yuǎn)休 回程 近休 　　0.75s 　　0.5s 　　0.75s 　　 １s 　　　90° 　　　60° 　　　90° 　　　120° 分類Ⅰ階段 近休 升程 遠(yuǎn)休 回程 　　 １s 　　0.75s 　　0.5s 　　0.75s 　　　120° 　　　90° 　　　60° 　　　90° 分類Ⅱ階段 送料 遠(yuǎn)休 回程 近休 　　0.75s 　　0.5s 　 0.75s 　　 １s 　　　90° 　　　60° 　　　90° 　　　120° 五、機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計及運(yùn)動分析 5.1凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計 （１） 送料凸輪和分類Ⅱ凸輪的設(shè)計 圖5.1 圖5.2 調(diào)試結(jié)果： （２） 分類Ⅰ凸輪的設(shè)計 圖5.3 圖5.4 5.2結(jié)果分析 根據(jù)實踐經(jīng)驗，在推程時，許用壓力角的值對于移動從動件，=30°～38°。在回程時，對于力封閉的凸輪，由于這時使從動件運(yùn)動的是封閉力，不存在自鎖的問題，故可采用較大的壓力角，通常取=70°～80°。并且，最大壓力角因此，我們?nèi)?30°，＇=70°。從上面的調(diào)試結(jié)果可知，升程<=30°，回程最大壓力角=70°，且無運(yùn)動失真現(xiàn)象，故滿足設(shè)計要求。 5.3減速裝置的尺寸設(shè)計 圖5.5 本分類裝置采用上圖所示的減速器，由傳送帶和齒輪系構(gòu)成的減速裝置。其中一對齒輪的傳動比是有限的，由于本裝置需要較大的傳動比，固采用輪系來實現(xiàn)。 （１）皮帶傳送： 圖5.6 如圖所示為皮帶減速機(jī)構(gòu)，帶輪1連接原動件轉(zhuǎn)速為=1440r/min的交流電動機(jī)，皮帶2連接齒輪系中的齒輪1，皮帶1的半徑為，皮帶2的半徑為，根據(jù)皮帶傳動原理有： = (1) 皮帶1與皮帶2的轉(zhuǎn)速與半徑成反比： = (2) （２）齒輪系傳動： 如圖5.5所示，帶輪2與齒輪1同軸傳動，齒輪1與齒輪2嚙合傳動，齒輪2與齒輪3同軸傳動，齒輪3與齒輪4嚙合傳動，齒輪4與直齒錐同軸連接，根據(jù)齒輪系傳動原理有： (3) 由上式可得： 　　　　　　　　　　　　　　　 (4) （３）直齒錐齒輪： 圖5.7 如圖5.5 所示，直齒輪4與直齒錐齒輪5、凸輪7、凸輪8同軸傳動，直齒錐齒輪5與直齒錐齒輪6垂直嚙合，直齒錐齒輪6與凸輪9同軸連接，根據(jù)齒輪傳動原理有： = (5) = (6) 由凸輪9與直齒錐齒輪同軸傳動有： (7) 根據(jù)提供的原動件轉(zhuǎn)速為=1440r/min的交流電動機(jī)與課程設(shè)計要求，在的前提下，設(shè)計機(jī)器的生產(chǎn)率為20個/min,設(shè)計的凸輪滑塊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)凸輪轉(zhuǎn)動一圈完成一個健身球的檢測，可以得到凸輪9的轉(zhuǎn)速為： 同時，齒輪4與凸輪7和凸輪8是同軸傳動，故 則 　　　　　　　　　　 根據(jù)公式(4)可以得出： 因此由上兩式可以得出: 根據(jù)1比72的比例關(guān)系，我們選取適當(dāng)?shù)钠л啺霃胶妄X輪齒數(shù) 故我們得出: ,, 考慮到齒輪大小與傳動的合理性，經(jīng)過比較設(shè)計皮帶傳動結(jié)構(gòu)與齒輪系傳動結(jié)構(gòu)的相應(yīng)參數(shù)如下： 表五：皮帶輪參數(shù) 帶輪1 帶輪2 皮帶輪半徑（mm） 30 240 表六： 各齒輪參數(shù) 模數(shù)(mm) 壓力角(°) 齒數(shù)(個) 直徑(mm) 分錐角(°) 齒輪1 3 20 20 60 / 齒輪2 3 20 60 180 / 齒輪3 3 20 20 60 / 齒輪4 3 20 60 180 / 直齒錐5，6 3 20 40 120 90 六、機(jī)構(gòu)運(yùn)動總體方案圖 6.1運(yùn)動方案簡圖： 注：1,2,3,4—直齒輪 5，6—錐齒輪 7，8，9—凸輪 　10—彈簧 11—推桿　　　　　 12—振蕩器　13—進(jìn)料槽 14—料槽15，16—推桿　17，18，19—收集箱 6.2健身球檢驗分類機(jī)工作原理 　6.2.1健身球檢驗分類機(jī)工作流程 將待測健身球放入料槽中 料槽中的小球在 振蕩器的作用下滾入帶凹槽的導(dǎo)軌中 電機(jī)通過變速器帶動凸輪滑塊9推動健身球 健身球在滑塊1推動的作用下 由導(dǎo)軌進(jìn)入第一個檢料裝置口 直徑大于42mm的健身球被滑塊2頂出由導(dǎo)軌滾入第二個檢料裝置口 直徑大于44mm的健身球被滑塊3頂出進(jìn)入導(dǎo)軌 不同類型的健身球沿各自的軌道進(jìn)入不同的收集箱中 6.3健身球檢測分類機(jī)分析與評價 （1）優(yōu)點 1)設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，能耗低； 2)設(shè)計制造簡單； 3)使用解卡振蕩器，很大程度上減小健身球互卡的幾率； 4)傳送帶靠摩擦力工作，傳動平穩(wěn)，噪聲小。 （2）缺點 1)由于機(jī)構(gòu)簡單，故精確度不高； 2)振蕩器的使用加劇了健身球之間的相互碰撞，同時使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的噪音加大； 3)不適用于高速分類。 （3）改進(jìn) 1)可通過精確的調(diào)整解卡振蕩器的頻率，從而減小噪音； 2)使用摩擦系數(shù)較小的導(dǎo)軌，提高選擇精度。 七、總結(jié) 機(jī)械原理課程設(shè)計馬上就要結(jié)束了，雖然只有兩個星期的時間，但是在這次課程設(shè)計過程中我們學(xué)到了不少東西，得到了很好的鍛煉。它不僅使我們平時所學(xué)的一些理論知識運(yùn)用到了實際，培養(yǎng)了我們運(yùn)用所學(xué)的基本理論和方法去發(fā)現(xiàn)、分析和解決工程實際問題的能力，而且，還使我們加深了對各類機(jī)械機(jī)構(gòu)的認(rèn)識，學(xué)會了利用程序分析設(shè)計各類凸輪機(jī)構(gòu)，用VB軟件對機(jī)構(gòu)桿件的運(yùn)動進(jìn)行調(diào)試和分析，真正做到了學(xué)以致用，并且提高了我們對CAD畫圖，Word文檔排版編輯的能力以及諸多方面的能力，這次設(shè)計是個綜合性設(shè)計。在這次課程設(shè)計的過程中，我們真正體會到了設(shè)計工作的嚴(yán)謹(jǐn)性和自己很多方面知識的不足。剛開始，我們根本無從下手，好在有老師的耐心講解和指導(dǎo)，我們才結(jié)合自己平時的理論基礎(chǔ)，一步一步地完成了這次課程設(shè)計。同時，這次設(shè)計更好地鍛煉了我們在處理問題時的團(tuán)隊協(xié)調(diào)合作能力，培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊精神，對具體任務(wù)的分工協(xié)作精神?？傊?，在這次課程設(shè)計過程中，我們受益匪淺。我們相信通過越來越多的實踐體驗，我們一定能更好地掌握機(jī)械專業(yè)各方面的知識。 八、主要參考資料 1、孫桓，陳作模，葛文杰編著，《機(jī)械原理》，北京高等教育出版社，2006.5。 2、牛鳴岐，王保民，王振甫編著，《機(jī)械原理課程設(shè)計手冊》，重慶大學(xué)出版社，2001.11。 - 30 - 生命在于運(yùn)動！