健身球自动检验分类机.doc

目 录
一、 设计题目及任务
1.1设计题目及原始数据
1.2设计方案提醒
1.3设计任务
二、设计规定................................................................................................................4
2.1功能规定..........................................................................................................4
2.2工作原理..........................................................................................................4
2.3工艺流程图......................................................................................................4
三、机械系统选择及比较........................................................................................5
3.1电动机选择及比较......................................................................................5
3.2传动机构选择及比较................................................................................. 5
3.3执行机构选择及比较..................................................................................7
四、健身球检查分类工作原理及工艺动作流程图..................................................12
4.1健身球检查分类机工作流程........................................................................12
4.2机械系统运动方案简图................................................................................13
4.3健身球检查分类机基本构成....................................................................13
五、机器基本构成应用及尺寸设计..........................................................................13
5.1电动机............................................................................................................13
5.2减速器............................................................................................................13
5.3传动装置........................................................................................................14
5.4凸轮推杆滑块................................................................................................17
5.5检查装置与接料装置....................................................................................19
5.6进料机构设计................................................................................................20
5.7各机构运动循环图....................................................................................21
六、偏置曲柄滑块运动分析..................................................................................22
6.1构件基本尺寸............................................................................................22
6.2连杆机构运动分析流程图........................................................................23
6.3编写程序........................................................................................................24
七、 方案分析与评价..................................................................................................29
7.1长处................................................................................................................29
7.2缺陷................................................................................................................29
7.3改善................................................................................................................29
八、总结......................................................................................................................30
九、参照文献..............................................................................................................31
附录一..........................................................................................................................32
附录二..........................................................................................................................33
附录三..........................................................................................................................36
附录四..........................................................................................................................37

一、设计题目及任务
1.1设计题目及原始数据
设计健身球自动检查分类机，将不一样直径尺寸健身球（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）自动完毕。
健身球直径范围为ф40～ф46mm，规定分类机将健身球按直径大小分为三类：第一类： 40≤ф≤42 ； 第二类：42<ф≤44；第三类：44<ф≤46。

技术规定见下表：
表1 技术规定参数
方案号
每分钟检球个数m/（个）
电动机转速n/（r/min）
2-7
46
1400

1.2设计方案提醒
健身球自动检查分类机是发明性较强一种题目，可以有多种运动方案实现。一般思绪在于：
1.球尺寸控制可以靠三个不一样直径接料口实现。例如：第一种接料口直径为42mm，中间接料口直径为44mm，而第三个接料口直径稍不小于46mm。使直径不不小于（等于）42mm球直接落入第一种接料口，直径不小于42mm球先卡在第一种接料口，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。

1.3设计任务

1.健身球检查分类机一般至少包括凸轮机构，齿轮机构在内三种机构；
2.设计传动系统并确定其传动比分派，并在图纸上画出传动系统图；
3.图纸上画出健身球检查分类机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、凸轮廓线和从动件初始位置）；规定确定运动规律，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.编写设计计算阐明书；
7.可深入完毕：凸轮数控加工，健身球检查分类机计算机演示验证等。

二、设计规定
2.1功能规定
详细设计规定如下：
健身球检查分类机可以实现进球、送球、检测球、接球一体化功能。健身球自动检查分类机，将不一样直径尺寸健身球（石料）按直径分类。健身球直径范围为ф40～ф46mm，规定分类机将健身球按直径大小分为三类。
1. ф40 mm≤第一类≤ф42 mm
2. ф42 mm <第二类≤ф44 mm
3. ф44 mm <第三类≤ф46 mm
2.2工作原理
健身球检查分类机工作原理是由进料机构、送料机构、检查机构、接料机构以及电动机构成。
进料机构是持定量健身球，以直线、间歇运动过程进球；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是健身球能持续定量进入工作台相对应小槽内，让健身球每6秒钟进入一种，使工作持续稳定进行；检查机构是由上往下直径分别为42mm、44mm、47mm小槽，根据小球能通过而大球不能通过原理，健身球先通过直径为40-42mm第一种孔，假如不能滚入，则通过直径为42-44mm第二个孔和直径为44—46mm第三个孔，依次类推，直至用检查机构来完毕对所有球检查和分离；接料机构是在运用接球通道将分类掉下来球通过滚槽进入指定装置，然后再用接球仪器将球接住。
2.3工艺流程图
健身球检查分类机工作系统
进料机构
持定量健身球，以直线、间歇进球

运用曲柄滑块或者凸轮推杆是健身球能持续定量进入工作台相对应小槽内，让健身球每6秒钟进入一种，使工作持续稳定进行

接料机构
检查机构
健身球间歇得掉下来，尺寸不一样球将通过不一样小槽精确检查，直至完毕检查
送料机构
运用接球通道将分类掉下来球通过滚槽进入指定装置

三、机械系统选择
机械系统一般由一般由原动机、传动装置和工作机（有时又称执行机构）三部分构成如图２－１：

图2—1
1—减速器 2—联轴器 3—电动机
3.1电动机选择
本健身球检查分类机原动件采用转速为1400r/min交流电动机。
3.2传动机构选择及比较
机械系统中传动机构是把原动机输出机械能传递给执行机构并实现能量分派、转速变化及运动形式变化中间装置。传动机构最常见有齿轮传动、带传动、蜗杆传动等。
不过齿轮传动制造及安装精度规定高，价格较贵，且不适宜用于传动距离过大场所。蜗杆传动传动比大，承载能力较齿轮低，常布置在传动系统高速级，以获得较小构造尺寸；同步，摩擦力大，发热大。同步蜗杆传动在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重摩擦与磨损，从而引起过度发热，使润滑状况恶化，因而摩擦损失较大，效率低。
根据以上分析比较，考虑减小噪声、振动等方面规定工作条件可以得到，在此采用带传动。
3.3执行机构选择及比较
3.3.1送料机构
偏置曲柄滑块机构
所采用进料机构如图3—1所示。当小球不停从进料槽中进入时，运用偏置曲柄滑块机构，用滑块间歇让球进入，以不至于无法控制球进入，最终球顺着右边壁做自由落体运动,落在指定位置。，
设计长处：有急回特性，球正下方有一种微小凹槽，使球下落在槽内不会自行滑动，且滑块将球推出后，滑块后半部分可以堵住进料口，不会使球往下落。特点：机构比较简朴，比较轻易设计制造。并且其具有急回特性，回程时间较少，更能提高健身球检查装置效率。

1——进料槽 2——对心滑块机构
图3-1运动简图

3.3.2 检料和接料机构
在上滑块将球抵出同步下滑块上边缘也恰好抵达料道1口缘处，向下运动时对球进行检测分类。特点：衔接紧凑。滑块1和滑块2之间实现统一一致。效率高。通过滑块2将健身球拖住，进行较对，较精确地分类。控制性好。同步也可以将送料机构里滑块与检测机构里滑块统一起来运动。

图3-2运动简图
1——检料机构 2——接料机构
综上考虑，在设计健身球检查装置同步，我们还需要进行46个/min效率和整个装置自然衔接实现。因而，检料机构需要较强灵活性和很好间歇循环。同步，还需要进行送料机构和检料机构衔接。因此，我们选择了如图作为检料和接料机构。

四、 健身球检查分类机工作原理及工艺动作流程图
将待测健身球放入料槽中
4.1健身球检查分类机工作流程

通过导管将料槽中小球引入带凹槽导轨中

电机通过变速器带动滑块1推进健身球

健身球在滑块1推进作用下由导轨进入检料装置口

健身球由滑块2引入检料装置，并跟随滑块2缓慢向下移动，进入各自合适轨道中

不一样类型健身球沿各自轨道进入不一样搜集箱中

图4-1 检查分类机工作流程图

4.2机械系统运动方案简图（大图见附录四）

图4—2健身球检查分类机运动方案简图
1,2——皮带轮 3,4,5,6——直齿轮 7，11——凸轮 8,9,10——锥齿轮
12——连杆 13——推杆 14——滑轮 15——料槽

五、机器基本构成应用与尺寸设计
5.1电动机
本健身球检查分类机原动件采用转速为交流电动机。
5.2减速器

图5-1 减速装置
本分类装置采用图5-1所示减速器，由传送带和齿轮系构成减速装置。其中一对齿轮传动比是有限，由于本装置需要较大传动比，固采用轮系来实现。
5.3传动装置
皮带传送
图5-2皮带减速机构
如图5-2所示为皮带减速机构，根据传动比需要，本机构采用平带传动，够使机械效率保持在在0.98--0.98之间，且寿命比V带长。其基本原理是带轮1连接原动件转速为交流电动机，皮带2连接齿轮系中齿轮3，皮带1半径为，皮带2半径为，根据皮带传动原理有：
= (1)
皮带1与皮带2转速与半径成反比：
= (2)
齿轮系传动：
如图5-3所示，带轮2与齿轮3同轴传动，齿轮3与齿轮4啮合传动，齿轮4与齿轮5同轴传动，齿轮5与齿轮6啮合传动，齿轮6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)
直齿锥齿轮：

图5-4 锥齿轮啮合简图
如图5-4所示，直齿轮6与直齿锥齿轮8、凸轮7（见图3-9）同轴传动，直齿锥齿轮8与直齿锥齿轮9垂直啮合，直齿锥齿轮10与凸轮11同轴连接（见附图），根据齿轮传动原理有：
= (5)
= (6)
== （7）
由凸轮7与直齿锥齿轮同轴传动有：
= (8)
根据提供原动件转速为交流电动机与课程设计规定，在前提下，设计机器生产率为10个/min,设计凸轮滑块构造实现凸轮转动一圈完毕一种健身球检测（3.3.3），可以得到凸轮7转速为：

同步，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96比例关系，我们选用合适皮带轮半径和齿轮齿数

故我们得出:
,,
考虑到齿轮大小与传动合理性，通过比较设计皮带传动构造与齿轮系传动构造对应参数如表2、表3：
表2 皮带轮参数

带轮1
带轮2
皮带轮直径（mm）
100
200
表3 各齿轮参数

模数(mm)
压力角(°)
齿数(个)
直径(mm)
分锥角(°)
齿轮3
2
20
20
40
/
齿轮4
2
20
160
320
/
齿轮5
2
20
20
40
/
齿轮6
2
20
120
240
/
直齿锥8,9,10,11
2
20
80
160
90
一对齿轮与一对直齿锥齿轮啮合如图5-5所示：

图5-5直齿轮、锥齿轮啮合简图

5.4 凸轮机构
5.4.1凸轮机构
如图5-6所示，齿轮6与凸轮7同轴传动，凸轮7与杆13、滑块2形成凸轮滑块传动机构。凸轮尺寸设计基于该机构从动件运动规律，由于凸轮7与凸轮11转速相似，设计滑块1将待测球推入检测装置同步，滑块2在高度接入待测球进入对应尺寸料道，建立滑块1与滑块2同步运动机制，检料装置尺寸设计（见表4）。

图5-6 检料装置运动图
表4 检料装置料道尺寸

料道1
料道2
料道3
料道直径（mm）
42
44
47

凸轮运动带动滑块2向上升，通过大孔（47mm）中孔（44mm）及两层隔板（2mm），最终抵达小孔（42mm）端口处时进行休止，总升程h1=96.4mm；
滑块接住球后进行回程，通过中孔（44mm）及一层隔板（2mm）抵达中孔底端口处再次进行休止，此时滑块运动位移为h2=49.7mm；
h3为隔板厚度，取2mm，预留量为0.7mm；
杆长自定义为120mm，不小于通道长。

根据凸轮运动规律，可以得到如下数据：
设置滑块轨道有关尺寸为：

杆长为

5.4.2凸轮设计
凸轮基圆半径，角速度ω，设计该凸轮轮廓曲线。由齿轮4与凸轮7同轴传动有： ω=
设计该凸轮基圆半径，偏距e：
e=30mm
滚子半径 Rt=10mm

凸轮各参数如图5-7所示(见附表一)
其动画演示如图5-9所示（见附录二）
根据凸轮各参数以及运动循环和推程、回程规律，可得凸轮运动分段如图5-10（见附表二）
5.5检查装置与接料装置

图5-11 检料装置图
在检料箱体中，滑块2轨道中设有待测球出口料道1、料道2、料道3，料道次序为尺寸从小到大往下设置，小球先检测，接着检测中球，大球最终检测，料道尺寸设计稍不小于，为了使球可以迅速稳定地通过料道尺寸检测，设计轨道与水平夹角为：
=
5.6进料机构设计
5.6.1偏置曲柄滑块

图5-12 进料机构简图
如图5-12所示，曲柄与直齿锥齿轮11同轴传动，直齿11与凸轮7具有相似转速。A到C垂直距离为150mm，滑块行程为C1C2=240mm，A点铰链固定后，AC1=188mm,AC2=384,根据公式得

AB=(AC2-AC1)/2=97.86mm BC=(AC2+AC1)/2=286.2mm
行程速比系数为K=1.4，根据公式得

极位夹角为θ=180度x（K-1）/(K+1)=30度。

5.6.2料槽装置

图5-13 料槽装置简图
如图5—13所示为料槽构造，其中槽体高度可根据待测球数量适度调整。其中槽壁倾斜角度对槽体和健身球受力状况有较大影响。假如角度过大，则健身球整体向下压力局限性，影响了传递持续性；假如角度过小，则球之间互相压力增大，健身球流动性下降。因此，。
5.7各机构运动循环图

图5-14运动循环图
当滑块1将健身球刚好推入检料机构时，凸轮通过一种推程将滑块2推至料道1位置，接住健身球。然后，在这个位置进行0.5s休止，使合适健身球可以进入料道1.不符合健身球跟随滑块向下进行1s回程运动，在料道再进行一种0.5s休止，使合适小球进入下一种料道。凸轮继续回程1.5s，使最大小球进入最终一种料道。在完毕0.5s休止后，小球滚入料道，然后完毕整个过程后，凸轮将送滑块进入下一种循环。
六、偏置曲柄滑块运动分析
6.1 构件基本尺寸

图6-1

运动分析示例曲线图如图6-4（见附表三）

七、 方案分析与评价
7.1 长处
(1)设计构造简朴，能耗低；
(2)设计制造简朴；
(3)减小了健身球之间互相碰撞；
(4)传送带靠摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小。
7.2 缺陷
(1)由于机械机构简朴，故精确度不高；
(2)不合用于高速分类。
（3）进料装置上也许产生互卡。
7.3改善
(1)可使用振荡器，减小进料装置互卡，但要通过精确调整解卡振荡器频率，从而减小噪音；
(2)使用摩擦系数较小导轨，提高选择精度。

八、总结
通过一种周课程设计是我深刻地体会到初次设计艰苦。课程设计每一天，我从实践过程中学到了某些理论无法学到技能,领会到了处理专业技能问题技巧,更深切体会到人与人之间那种互相协调合作重要性，最重要还是自己对某些问题见解产生了良性变化。认识到在后来工作学习中，动手能力是尤其重要，只有那样才能会有更大收获。作为一名机械专业学生，掌握一门或几门制图软件同样是必不可少，在本次课程设计中，我学会了使用AutoCAD 、PRO-E等三维制图软件。用CAD制图以便简洁，易修改，速度快，我们设计，平面图都是用CAD做出来。此外我们还用了凸轮设计软件和VB编程，这些对我们来说都是陌生，我们在这过程中一边学习，一边应用。这也是我作本次课程设计第二大收获。
机械学作为一门老式基础学科，内容丰富，波及面广。在新历史条件下，机械学与电子电气、液压等多种学科，联络更为紧密，它综合性更强。因此我们要学尚有诸多，在后来要多关注这些方面知识。通过这次设计，使我欲望最强就是要先学好画图。
最终真诚得感谢戴老师在寒冷气候中过来真诚地指导我们，让我们学到某些操作知识，培养我们自己动手能力！

九、参照文献
【1】孙恒，陈作模，葛文杰 . 机械原理【M】. 7版，高等教育出版社，.
【2】牛呤岐，王保民，王振甫 . 机械原理课程设计手册，重庆大学出版社.
【3】吴建蓉.工程力学与机械设计设计基础.北京：电子工业出版社，.
【4】裘建新.机械原理课程设计指导书. 5版.北京：高等教育出版社，.
【5】陆凤仪. 机械原理课程设计. 北京：机械工业出版社，.
【6】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
【7】陈秀宁.机械设计课程设计.浙江：浙江大学出版社.1995
【8】王知行,刘延荣 主编《机械原理》.北京:高等教育出版社,

附录一

凸轮类型

凸轮参数

附录二

凸轮动画演示

凸轮运动分段图

成果计算

凸轮每点状态

附表三

图6-4运动分析示例截图

附表四