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1、机械原理课程设计计算说明书设计题目：健身球检验分类机院系 :工学院专业：机制班级：1301班设 计 者：揭宗浩学号：20131168指导老师：林金龙日期：2015年 6 月 16 日目录第 1 章 设计任务11.1 设计题目11.2 设计任务1第 2 章 机械运动方案的设计及分析决策22.1 方案设计及分析22.2 工作原理32.3 工作流程4第 3 章 机构尺度综合53.1 机构尺寸设计53.2 进料机构设计11设计小结14参考书目15第 1 章设计任务1.1 设计题目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
2、测、接料）自动完成。健身球直径范围为 40 46mm，要求分类机将健身球按直径的大小分为三类。1. 40第一类 422. 42第二类 443. 44第三类 46其他技术要求见表1：表 1健身球分类机设计数据电动机转速生产率（检球速度）方案号r/min个 /minA144020B96010C720151.2 设计任务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
3、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。表 2学生编号123456789电动机转速ABCABCABC生产率ABCBCACAB第 2 章 机械运动方案的设计与分析决策2.1 方案设计方案一 :此检验分类机的主要用途就是将不同直径大小的健身球分成三类， 同时我们还得考虑到健身球是石料所做， 故我们在检验分类的同时应注意到避免健身球损坏。我们提出了如下图的装置运动。图 1 运动简图经分析，认为此方案接料
4、装置的速度不易于控制， 故放弃此方案， 寻找便于控制的检料装置。方案二 :图 2 运动简图经分析，认为此方案接料装置过于繁琐，故放弃此方案， 寻找结构简单的检料装置。方案三图 3 运动简图该方案的正好弥补了方案一、 二的不足，在上滑块将球抵出的同时下滑块上边缘也正好抵达料道 1 的口缘处，向下运动时对球进行检测分类。2.1工作原理健身球检验分类机工作原理：图 4 运动方案简图1,2,3,4直齿轮5 ，6锥齿轮7 ，8凸轮9 弹簧10 震荡器11 料槽 12 ，13带轮14 ，15推杆1 、优点：(1) 设计结构简单，能耗低；(2) 设计制造简单；(3) 使用解卡振荡器，很大程度上减小健身球互卡
5、的几率；(4) 传送带靠摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小。2 、缺点：(1) 由于机械机构简单，故精确度不高；(2) 振荡器的时候加剧了健身球之间的相互碰撞，同时使机械运转的噪音加大；3 、改进(1) 可 通 过 精 确 的 调 整 振 荡 器 的 频 率 ， 从 而 减 小 噪 音 ；(2) 使用摩擦系数较小的导轨，提高选择精度。2.2 工作流程将待测健身球放入料槽中通过导管将料槽中的小球在震荡器的作用下引入带凹槽的导轨中电机通过变速器带动凸轮滑块2 推动健身球健身球在滑块 2 推动的作用下由导轨进入检料装置口健身球由滑块 1 引入检料装置， 并跟随滑块 1 缓慢向下移动，进入各自的
6、合适的轨道中不不同同类类型型的的健健身身球球沿沿各各自自的的轨轨道道进进入入不不同同的的收收集集箱箱中中第 3 章 机构尺度综合3.1 机构尺寸设计（ 1） 电动机：健身球检验分类机原动件采用转速为1440r / min 的电动机。（ 2） 减速器：减速机构电动机图 5减速机构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， 固采用轮系来实现。（2.1 ）皮带传送：图 6 皮带加速机构如图所示为皮带减速机构， 带轮 1 连接原动件转速为 n01440r / min 的电动机，皮带 2 连接齿轮系中的齿轮1，皮带 1 的半
7、径为 r1 ，皮带 2 的半径为 r2 ，根据皮带传动原理有：nr 1 = n0(1)皮带 1 与皮带 2 的转速与半径成反比：nr1= r2(2)nr 2r1（2.2 ）齿轮系传动：如图 5 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：nz1nr 2nz2z1nz1z2nz3nz2(3)nz4z3nz3z4由上式可得：nz4 = n0 r1z1z3(4)r2 z2 z4（ 2.3 ） 直齿锥齿轮：654图 7直尺锥齿轮传动如图 7 所示，直齿轮4 与直
8、齿锥齿轮5、凸轮 7（见图 4）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 与凸轮 8 同轴连接（见图 4），根据齿轮传动原理有：nz5 = nz4(5)nz6 = nz5(6)由凸轮 8 与直齿锥齿轮同轴传动有：n8 =nz6(7)根据提供的原动件转速为n01440 r / min 的电动机与课程设计要求，在n0 的前提下，设计机器的生产率为20 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8 的转速为：n8 n720r / min20 2rad / s303同时，齿轮 4 与齿轮 7 是同轴传动，故nz 4n72rad / s3
9、则n0 1440r / min1440 48rad / s30根据公式 (4) 可以得出：nz4r1 z1z3 n048 r1 z1z3 rad / sr2 z2 z4r2 z2 z4因此由上两式可以得出 :r1z1 z31r2 z2 z472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r1z1z31111r2 z2 z483372故我们得出 :r28r1 , z23z1 , z43z3考虑到齿轮大小与传动的合理性， 经过比较设计皮带传动结构与齿轮系传动结构的相应参数如表1、表 2：表 1皮带轮参数带轮 1带轮 2皮带轮半径（ mm）100800表 2各齿轮参数模数 （
10、mm）压力角（）齿数（个）直径（ mm）分锥角（）齿轮 152020100/齿轮 252060300/齿轮 352020100/齿轮 452060300/锥齿轮 5,65204020090齿轮 1，2 的几何尺寸计算基本参数Z1=20 ，Z2=60,m=5 ， a=20，名称符号计算公式分度圆直径dd1=100 ，d2=300齿顶高ha5齿根高hf6.25齿顶高直径dada1=110， da2=310齿根高直径dfdf1=87.5 ， df2=287.5基圆半径dbdb1=93.9， db2=281.7齿距p15.7齿厚s7.85中心距a200基圆齿距pb1.25（ 3） 凸轮推杆滑块与料槽、
11、检料装置凸轮推杆滑块图 8 检料装置运动图如图 8 所示，齿轮 4 与凸轮 7 同轴传动，凸轮7 与杆 1、滑块 1 形成凸轮滑块传动机构。凸轮尺寸的设计基于该机构从动件的运动规律，由于凸轮 7 与凸轮 8 的转速相同，设计滑块 2 将待测球推入检测装置的同时， 滑块 1 在 h1 的高度接入待测球进入相应尺寸料道， 建立滑块 1 与滑块 2 的同步运动机制， 为了使符合尺寸的球更好地进入料道 2，滑块 1 在料道 2 下端作短暂停歇。根据检料装置的尺寸设计（见表 3），可建立滑块 1 与滑块 2 的运动规律图：滑块 1、2 的运动规律如图 9 所示：h/ mmh3h20t 1t 2t 3 t
12、 4t/s图 9滑块 1 运动规律图h/ mmh3h20t 1t 2t 3t 4t/s滑块 2 运动规律图基圆半径 r0 ，角速度 ，从动件的运动规律如图11，设计该凸轮轮廓曲线。由齿轮 4 与凸轮 7 同轴传动有： = nz 4= 2rad / s303设计该凸轮的基圆半径r0 与 t1 到 t 4 ：r0100mmt10.375st20.75st31.125st41.5st52.625st63s则凸轮 1 和凸轮 2 进程运动图如图 10 所示：s/ mm4 5 6 7 8s33s22104590315 360图 10凸轮 1 进程运动图s/ mm7 8s34 5 63s 22104590
13、315 360凸轮 2 进程运动图按对心平板直动从动件盘形凸轮作出廓线理论廓线。按对心平板直动从动件盘形凸轮作出廓线理论廓线。12345678图 11凸轮 1 廓线设计图12345678凸轮 2 廓线设计图凸轮 7 与杆 1、滑块 1 构成凸轮滑块传动机构，在凸轮 7 的带动下，滑块 1 由于杆 1 的约束做图 9 所示的运动，设计滑块 1 为金属滑块，在重力的作用下，保证凸轮回程的同时滑块与杆一同下降，回到起点。（ 4）检料装置与收集箱图 12 检料装置图在检料箱体中，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
14、球最后检测，料道尺寸设计稍大于 46 mm，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：= 30根据课题设计要求可设置相应尺寸大小如表4：表 3检料装置料道尺寸料道 1料道 2料道 3料道直径（ mm）424447设置滑块轨道有关尺寸为：h1 125mmh264.3mm h310mm h420mm3.2 进料机构设计：(1) 进料机构为使送料机构能够顺利而方便的送料， 进料口每次只能下一个原料球， 并且在进料机构外壁加装了振荡装置，使小球能顺利落下。震荡器图 13进料装置图 14进料装置 送料凸轮（2) 料槽装置图 15 料槽装置简图如图 15 所示为料槽结构，其中槽体的高度
15、h 可根据待测球数量适度调整。其中槽壁的倾斜角度对槽体和健身球的受力情况有较大的影响。如果角度过大，则健身球整体向下的压力不足，影响了传递的连续性；如果角度过小，则球之间互相压力增大，健身球流动性下降。所以，30 45。对于导管直径 d ，为了保证良好的流动性 d 应该大于最大球的直径，并保证1 2mm的盈余空间；但也不宜过大，过大尺寸的直径d 容易造成球体之间的相互摩擦力增加，造成导管的堵塞。考虑到待测球在漏口堵塞情况，设置了如图16 的振荡器装置图 16 振荡器简图为了防止料槽中，健身球堵塞，本装置使用了如图 16 所示的振荡器。本振荡器使用电动机 2 来带动偏心轮 1 转动，由于偏心轮质
16、心偏离转动中心， 因此产生振动的效果。 把振荡器安装于料槽壁上带动料槽振动， 使料槽中健身球的流动性得到加强，很大程度的减小了健身球被卡住的几率。（ 4）进料推杆滑块与检料推杆滑块的协调为了能够保证进料机构在将健身球送出的同时， 检料正好接住健身球， 我们就将进料推杆滑块与检料推杆滑块的进程协调统一起来，如下示意图所示：图 17 进料推杆滑块与检料推杆滑块协调进程示意图如图中所示意，进程s1 与进程 s2 要求相等，即：s1s2另外，在滑块 2 的前端，我们认为可以留有在 0 10mm 范围内的距离差距，因为考虑到健身球的形状以及其重力作用，其能够按照预想的路程进行检料。为了避免因运动而逐渐产
17、生更大的误差， 我们预先设计两各凸轮滑块的初始位置分别在料道 1 下口缘和右平面最左端，即 A、 B 两处。设计小结机械原理课程设计马上就要结束了，虽然只有两个星期的时间，但是在这次课程设计过程中我们学到了不少东西，得到了很好的锻炼。 它不仅使我们平时所学的一些理论知识运用到了实际，培养了我们运用所学的基本理论和方法去发现、分析和解决工程实际问题的能力，而且，还使我们加深了对各类机械机构的认识，学会了利用程序分析设计各类凸轮机构，真正做到了学以致用， 并且提高了我们对 CAD 画图，Word 文档排版编辑的能力以及诸多方面的能力，这次设计是个综合性设计。 在这次课程设计的过程中， 我们真正体会到了设计工作的严谨性和自己很多方面知识的不足。在这次课程设计过程中， 我们受益匪浅。 我们相信通过越来越多的实践体验，我们一定能更好地掌握机械专业各方面的知识。参考书目1孙桓，陈作模，葛文杰编著，机械原理，北京高等教育出版社，2006.5。2裘建新编著，机械原理课程设计，北京高等教育出版社，2010.7。