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江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院 機械原理課程設(shè)計 課程題目 健身球檢測分類機 專 業(yè) 機械制造及自動化 姓 名 學(xué) 號 班 級 指導(dǎo)老師 康麗春 目錄 1 設(shè)計要求 3 2 各機構(gòu)方案比較 選擇 3 2 1 進料機構(gòu) 4 2 2 送料機構(gòu) 4 方案 1 曲柄滑塊機構(gòu) 4 方案 2 凸輪滑塊機構(gòu) 4 方案 3 四桿機構(gòu) 5 2 21 送料機構(gòu)方案分析 比較 5 2 22 送料機構(gòu)方案確定 5 2 3 檢測機構(gòu) 5 方案 1 凸輪 滑道機構(gòu) 5 方案 2 槽輪 轉(zhuǎn)盤機構(gòu) 半圓形環(huán)狀管道 6 2 31 檢測機構(gòu)方案分析 比較 6 2 32 檢測機構(gòu)方案確定 7 2 4 接料機構(gòu) 7 方案 1 四分之一圓管 7 方案 2 機械手 7 2 41 接料機構(gòu)方案分析 比較 8 2 42 檢測機構(gòu)方案確定 8 2 5 最終機構(gòu)方案的組合 8 3 機構(gòu)運動循環(huán)圖 8 4 工作原理 9 5 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 10 5 1 減速裝置的設(shè)計計算 10 5 2 槽輪機構(gòu)的設(shè)計計算 12 5 3 凸輪機構(gòu)的設(shè)計計算 13 5 4 曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計計算 17 6 機構(gòu)運動簡圖 18 7 致謝 19 8 參考文獻 20 1 設(shè)計要求 健身球自動檢驗分類機 將不同直徑尺寸的健身球 石料 按直 徑分類 檢測后送入各自指定位置 整個工作過程 包括進料 送 料 檢測 接料 自動完成 健身球直徑范圍為 40 46mm 要求分類機將健身球按直徑 的大小分為三類 1 40 第一類 42 2 42 第二類 44 3 44 第三類 46 方案選擇 電動機轉(zhuǎn)速 r min 960 生產(chǎn)率 檢球速度 個 min 20 工作情況分析 2 各機構(gòu)方案比較 選擇 2 1 進料機構(gòu) 2 2 送料機構(gòu) 方案 1 曲柄滑塊機構(gòu) 方案 2 凸輪滑塊機構(gòu) 方案 3 四桿機構(gòu) 2 21 送料機構(gòu)方案分析 比較 方案 1 機構(gòu)為低副面接觸使得接觸面單位面積所受壓力較小 接觸 面便于潤滑 制造方便且精度高 能實現(xiàn)小球的逐個進料 滑塊在 運動的過程中 料斗里的球?qū)瑝K有正向的壓力 故滑塊的速度不 宜過快 否則滑塊的磨損較嚴重 方案 2 凸輪機構(gòu)可使從動件得到精確的預(yù)期運動 且結(jié)構(gòu)簡單 緊湊 設(shè)計方便 能實現(xiàn)小球精確的進料 但凸輪的加工制造困難 成本高 行程不宜過大 而且為高副接觸易磨損 方案 3 能滿足工作要求 要實現(xiàn)小球的精確進料需要嚴格的數(shù)學(xué)計 算 桿件的形狀復(fù)雜 設(shè)計難度大 2 22 送料機構(gòu)方案確定 綜合各方因素考量后 確定為方案 1 2 3 檢測機構(gòu) 方案 1 凸輪 滑道機構(gòu) 方案 2 槽輪 轉(zhuǎn)盤機構(gòu) 半圓形環(huán)狀管道 2 31 檢測機構(gòu)方案分析 比較 方案 1 該機構(gòu)比較簡潔 但是并不能滿足任務(wù)要求 因為健身 球的直徑相差不大 機器運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生震動 容易使直徑稍大 的球容易卡入小直徑的滑道 當(dāng)凸輪在推程工作的時候需要較大的 推力 并且會使得小球和滑道的接觸表面嚴重受損 使得工作不可 靠 最終會喪失分球機構(gòu)的精度 并且此機構(gòu)要求凸輪的從動件行 程較大 使得凸輪的外形尺寸變大 笨重 不緊湊 方案 2 用槽輪機構(gòu)帶動撥料轉(zhuǎn)盤 球在撥料轉(zhuǎn)盤停歇的時間里 實現(xiàn)找正位置 檢測 下落等過程 但是當(dāng)直徑較大的球在直徑較 小的空上方時 因為球的直徑相差不大 球會卡在孔里 使得撥片 無法推動小球到下一個孔進行檢測 則需要推出機構(gòu)將卡在空中的 小球推出 2 32 檢測機構(gòu)方案確定 綜合考慮 選擇方案 2 在半圓形環(huán)狀滑道的下方用凸輪驅(qū)動 一頂出機構(gòu) 以實現(xiàn)任務(wù)要求 因為球只可能卡在直徑為 42 或 44 的孔 故只需要在 42 和 44 孔下方加入球的頂出機構(gòu)即可 考慮到凸輪的設(shè)計制造比較復(fù)雜 同時兩頂出機構(gòu)要求的動作完全 同步 所以將兩個頂出機構(gòu)連在一個機架上 用一個凸輪驅(qū)動 頂出裝置機構(gòu)簡圖 2 4 接料機構(gòu) 方案 1 四分之一圓管 方案 2 機械手 2 41 接料機構(gòu)方案分析 比較 方案 1 機構(gòu)簡單 能實現(xiàn)將小球的垂直方向的運動轉(zhuǎn)換成水平方 向的運動 減少了小球接料時的沖擊 能與分檢機構(gòu)實現(xiàn)較好的銜 接 不需要動力的輸入 減少了原動機的負荷 方案 2 雖然能實現(xiàn)任務(wù)要求 但是機構(gòu)復(fù)雜 中間實現(xiàn)機械手開 合的凸輪設(shè)計制造復(fù)雜 2 42 檢測機構(gòu)方案確定 綜合各方因素考量后 確定為方案 2 2 5 最終機構(gòu)方案的組合 3 機構(gòu)運動循環(huán)圖 4 工作原理 工作初始狀態(tài)時 送料機構(gòu)的曲柄滑塊位移大小為 0 等待送 料 頂出裝置的凸輪在近休程的初始位置 檢測機構(gòu)的槽輪機構(gòu)的 撥盤置于空行程的開始位置 當(dāng)啟動電源時 送料機構(gòu)在一秒鐘后 將球推出 然后經(jīng)過 2s 空回程到原初始位置 小球經(jīng)過大概 0 5s 的 時間 進入撥料轉(zhuǎn)盤 因撥料轉(zhuǎn)盤和槽輪機構(gòu)是固連的 所以在啟 動電源后的 2 25s 時間內(nèi)都是禁止的 能夠保證小球準確進入撥料轉(zhuǎn) 盤 在接通電源 1 25s 后 頂出裝置開始動作 并在 1s 鐘之內(nèi)將頂 塊推置檢測裝置的直徑為 42 和直徑為 44 的檢測小孔下 將非對應(yīng) 檢測小孔直徑的小球頂出 并保持此位置 0 125s 以保證下一步 撥料轉(zhuǎn)盤能順利推動小球 小球剛被頂出時 槽輪機構(gòu)的撥盤經(jīng)過 2 25s 空行程后開始進入槽輪嚙合 帶動撥料轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動 90 度 并且 經(jīng)過 0 125s 順利將小球撥離未成功檢測的小孔 此時頂出機構(gòu)經(jīng)過 0 625s 空回程回到初始位置 撥料轉(zhuǎn)盤再經(jīng) 0 625s 將小球送入下一 個檢測孔進行檢測 經(jīng)過最大孔的轉(zhuǎn)料撥盤回轉(zhuǎn) 90 度后進入接料的 位置 此時撥料轉(zhuǎn)盤共耗時 3s 頂出機構(gòu)也共耗時 3s 送料機構(gòu)也 耗時 3s 并且所有機構(gòu)回到原初始位置 準備進行下一個循環(huán)的工 作 5 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 5 1 減速裝置的設(shè)計計算 因電動機轉(zhuǎn)速 r min 960 生產(chǎn)率 檢球速度 個 min 20 健身球的分檢裝置中槽輪機構(gòu)中撥盤每轉(zhuǎn)一周檢測出 1 個球 而生 產(chǎn)率為 20 個每分鐘 所以撥盤的轉(zhuǎn)速為 20r min 由運動循環(huán)圖可知 因要關(guān)聯(lián)到送料機構(gòu)及頂出機構(gòu)的同步工作 所以此三機構(gòu)的轉(zhuǎn)速均為 20r min 故減速器的減速比為 i 960 20 48 因傳動比不是很大 選擇使用定軸輪系 三級減速 查找相關(guān)資料 后 設(shè)計出的傳動簡圖為 各齒輪的齒數(shù)為 Z1 20 Z2 60 Z3 20 Z4 80 Z5 20 Z6 80 各級減速機構(gòu)的減速比 3121 ii 434 ii4565 ii 85634126 ii 實現(xiàn)了整個減速裝置的減速比為 48 的要求 為了制造的方便以及齒 輪能正確嚙合 查找相關(guān)國標 該減速裝置所用到的齒輪模數(shù)均為 m 2 齒輪 1 和齒輪 2 的傳動設(shè)計計算如下 兩輪均設(shè)計為標準齒輪 模數(shù) m 2 壓力角 齒寬 b 2002 齒輪 1 齒輪 2 分度圓直 徑 40201 mzd 1206022 mzd 齒頂高 1haa 齒根高 5 225 0 mchaf 齒頂圓直 徑 421aad 1422aahd 齒根圓直 徑 3511 ff 3522 ff 基圓直徑 59 37cos1 db 76 12cos2 db 中心距 80211 a 重合度 1 2 11costantatnta mrrbb 2 0113 21cos abr 3 0224 58 ab 聯(lián)立 1 2 3 得出 67 1 5 2 槽輪機構(gòu)的設(shè)計計算 要滿足設(shè)計動力傳動要求 所需的槽輪機構(gòu)為四槽外槽輪機構(gòu) 槽輪的四槽均勻分布 撥盤的轉(zhuǎn)速 N1 20r min 所以撥盤的轉(zhuǎn)動周 期 T1 3s 槽輪的轉(zhuǎn)動周期 T 12s 槽輪的分度轉(zhuǎn)位時間 tf 1 4 3 0 75s 停歇的時間 td 3 0 75 2 25 因為槽輪的四槽均勻分布 兩槽之間的夾角為 90 取撥盤與槽輪餓中心距 L 100mm 撥桿圓銷半徑 r1 8mm 槽輪在槽口 處厚度 b 5mm 由幾何關(guān)系可知 圓銷中心的軌跡半徑 R L sin45 70 71mm 槽輪的外圓半徑 R2 45sini8L 71 15mm 槽輪槽的深度 h R L R r 49 42mm 撥盤的半徑 R3 R r b 57 71mm 槽輪機構(gòu)原理圖為 5 3 凸輪機構(gòu)的設(shè)計計算 考慮到工作時頂出機構(gòu)為輕載 凸輪的工況及裝配時的尺寸要 求 決定采用平頂從動件 因凸輪與平底的接觸面易于形成油膜 潤滑效果較好 在不計摩擦?xí)r凸輪對從動件的作用力始終垂直于從 件的平底 故受力平衡傳動效率高 且壓力角為零 參考運動循環(huán)圖 及考慮凸輪的工況后得出以下參數(shù) 凸輪的推程為 h 25 7 凸輪的推程和回程均采用柔性沖擊的余弦運動規(guī)律 cos12hs 凸輪的基圓半徑為 r 70 推程角 o120 遠休程角 015 s 回程角 0 75 近休程角5 s 平頂從動件實際輪廓曲線解析式為 sin cos drX co in Y 將以上參數(shù)輸入計算機 經(jīng) CREO1 0 編輯后得出凸輪實際輪廓曲線 如下 a 圖所示為凸輪實際輪廓曲線 圖 b 為凸輪實際輪廓線 和從動件的初始位置 a b 將其輪廓曲線進行曲率分析后得出 最小曲率半徑為 4320 1min 最大曲率半徑為 68ax 分析結(jié)果下圖所示 經(jīng) CREO1 0 對凸輪平頂從動件進行運動學(xué)分析后得出的 位移曲線 圖 速度曲線圖 及加速度曲線圖 分別如下所示 5 4 曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計計算 曲柄滑塊機構(gòu)作為進料機構(gòu) 參考運動循環(huán)圖可得出 當(dāng)檢測 機構(gòu)每隔 3S 中檢測一個小球后 送料機構(gòu)也必須每隔 3S 中送進一 個小球 為了減少小球在滑道的運動時間 采用具有急回特性的曲柄滑塊機 構(gòu) 其工進為快行程 其各參數(shù)需滿足 bea aL 2cos2 其中極位夾角為 偏心距為 e3 曲柄為 a 連桿為 b 行程為 L 綜合考慮后決定工進時間為 1s 慢行程為 2s 為保證小球能準確推 出參考機構(gòu)運動簡圖可得 L 68 所以工進時曲柄轉(zhuǎn)角為 120 回程轉(zhuǎn)角為 240 得極位夾角 06 故其急回特性 260180 K 經(jīng)計算取曲柄 a 30 連桿 b 43 86 偏心距 e 13 能夠滿足上述機構(gòu)要 求 校核行程的位移曲線圖如下 6 機構(gòu)運動簡圖 7 致謝 整個課程檢驗了我們平時學(xué)習(xí)的效果 同樣也融入了學(xué)以致用 的原則 開始拿到課程設(shè)計題目根本不知道如何下手 周圍的同學(xué) 朋友給了我不少幫助 自己才逐漸弄清方向 做課程設(shè)計的這一段 時間 讓我明白合作的重要性 大家集思廣益對一個問題總能給出 多種解決的辦法 從中進行適當(dāng)?shù)暮Y選與整合從而得出最優(yōu)解 在 這個過程里我們又將所學(xué)到的知識強化了 能夠完成這份課程設(shè)計 我要衷心的感謝我們小組的每一位成 員 還有王一達同學(xué)給了我許多很好的設(shè)計理念 雖然這份課程設(shè) 計還存在這樣或那樣的問題 但是當(dāng)我們就一個問題需要解決的時 候 不管問題有多么的繁瑣 我們小組的每一位成員都想盡辦法取 解決它 都從各個方面提出自己解決問題的辦法 常常為了一個問 題的數(shù)據(jù)計算而熬夜 當(dāng)對設(shè)計方案進行優(yōu)化時 我們都盡可能的 考慮到每一個工作的細節(jié) 讓設(shè)計和方案盡可能的完美 8 參考文獻 1 呂庸厚 沈愛紅 組合機構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)新 機械工業(yè)出版社 2008 2 鄒慧君 殷鴻梁 間歇運動機構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)新 機械工業(yè)出版 社 2008 3 華大年 華志宏 連桿機構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)新 機械工業(yè)出版社 2008 4 鄒慧君 機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)新 機械工業(yè)出版社 2008