健身球檢驗分類機

1、 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 機械原理課程設計 題目 :健身球檢驗分類機學 院:工學院姓 名:學 號:專 業(yè):機械設計制造及其自動化 年 級:指導教師:林金龍二 0一二 年 六 月目錄1 設計任務書 . . - 2 - 1.1 設計題目:健身球檢驗分類機 . . - 2 - 1.2 初始條件 . . - 2 - 1.3 設計任務 . . - 2 -1.4 設計提示 . . - 3 -2 主運動機構的初步設計與選擇 . . - 3 - 2.1 傳動機構 . . - 3 - 2.1.1 原動機的選擇 . . - 3 - 2.1.2 一級傳動的選擇 . . - 3

2、 - 2.1.3 減速器的設計 . . - 4 - 2.2 執(zhí)行機構 . . - 5 - 2.2.1 進料機構的設計 . . - 5 - 2.2.2 送料機構的設計 . . - 7 - 2.2.3 檢測機構的設計 . . - 10 - 2.2.4 接料機構的設計 . . - 13 -2.3 總體方案的綜合擬定 . . - 13 -3 系統(tǒng)設計與數(shù)據(jù)處理 . . - 15 - 3.1 各機構配合關系 . . - 15 - 3.2 重要機構參數(shù)計算 . . - 15 - 3.2.1 凸輪機構的計算 . . - 15 - 3.2.2 凸輪壓力角的校核 . . - 16 -3.2.2 曲柄滑塊機構的計

3、算 . . - 18 -4 最終系統(tǒng)運動方案 . . - 19 -5 參考文獻 . - 20 -6 心得體會 . - 20 -1 設計任務書1.1設計題目:健身球檢驗分類機所設計健身球自動檢驗分類機, 是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。1.2 初始條件健身球直徑范圍為 4046mm ,要求分類機將健身球按直徑的大小分為三類。1. 40第一類 422. 42第二類 443. 44第三類 46其他技術要求見表 1:表 1 健身球分類機設計數(shù)據(jù) 1.3 設計任務(1 健身球檢驗分類機一般至少包括凸輪機構,齒輪機構

4、和連桿機構在內的三種機 構。 至少設計出三種能 現(xiàn)該分類機運動形式要求的機構, 繪制所選機構的機構 示意圖 (繪制在說明書上 , 比較其優(yōu)缺點并最終選出一個自己認為最合適的機 構進行機構綜合設計,繪制出其機構運動簡圖。(2 設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。(3 圖紙上畫出健身球檢驗分類機的機構運動方案簡圖。(4 圖紙上畫凸輪機構設計圖 (包括位移曲線、 凸輪廓線和從動件的初始位置 ; 要 求確定運動規(guī)律,選擇基圓半徑,校核最大壓力角與最小曲率半徑,確定凸輪 廓線。(5 設計計算其中一對齒輪機構。(6 同一小組內,每人至少有一種與別人不一樣的機構設計方案。(7 以上所要求繪制的圖形均繪制在一張一

5、號圖紙上。(8 編寫設計計算說明書(3頁以上 。1.4 設計提示健身球自動檢驗分類機是創(chuàng)造性比較強的一個題目,可以有多種運動方案實現(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 ,第三個接料口直徑稍大于 46mm 。使直徑小于等于 42mm 的求直接落入第一個接料口,直接大于 42mm 的球先卡在第一個接料口,然后由 送料機構將其推出滾向中間接料口。以此類推。(2球的尺寸控制還可由凸輪機構實現(xiàn)。(3此外,需要設計送料機構、接料機構、間歇機構等?？捎汕瑝K機構、草 輪機構等實現(xiàn)。2 主運動機構的初步設

6、計與選擇2.1 傳動機構2.1.1 原動機的選擇設計一臺機器首先要根據(jù)機器的工作要求設計出合理的傳動機構。依據(jù)本題的要 求對健身球進行檢驗分類,其執(zhí)行機構大多是工作在輕載低速場合,所以選擇功率適 中轉速較低的電動機比較適合,對于本題提供的電動機數(shù)據(jù)我選擇了 C 組電機,其轉 速較低生產率適中,由上表可知,其轉速為 720r/min ,生產率為 15個 /min。由此可 以確定機器的執(zhí)行機構的周期為 T=60/15=4s/個,即其轉速為 15r/min,進而傳動機構 (減速器的傳動比為 i=720/15=48。2.1.2 一級傳動的選擇根據(jù)機械原理所學內容及查閱資料,我了解到三種適合作為一級傳動

7、構件的性能及特點如下。齒輪傳動的制造及安裝精度要求高, 價格較貴, 且不宜用于傳動距離過大的場合。 蝸桿傳動的傳動比大,承載能力較齒輪低,常布置在傳動系統(tǒng)的高速級,以獲得 較小的結構尺寸;同時,摩擦力大,發(fā)熱大。同時蝸桿傳動在嚙合處有相對滑動。當 滑動速度很大, 工作條件不夠良好時, 會產生較嚴重的摩擦與磨損, 從而引起過分發(fā) 熱,使?jié)櫥闆r惡化, 因而摩擦損失較大,效率低。帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、傳動距離遠,選價低廉以及緩沖吸振等特點, 在近代機械中被廣泛應用, 當原動機驅動主動輪時, 由于帶與帶輪間的摩擦 (或嚙合 , 便拖動從動輪一起轉動, 并傳遞一定動力,考慮到傳動比偏大 , 考

8、慮減小噪聲、振動 等方面的要求時,最好選用帶傳動。根據(jù)以上的分析比較,再結合本機器的工作條件可以得到,在此宜采用帶傳動。 帶傳動機構的運動簡圖如下: 圖 2-1 帶傳動查閱資料得知 V 帶傳動比推薦值取24, 這里取 V 帶輪傳動比為 3。2.1.3 減速器的設計傳動機構的主要部分即為減速器。由于帶傳動幾經具有 i=3的傳動比,而減速器 的輸出連接的是執(zhí)行機構的主軸,此主軸的后續(xù)傳動部分仍可安置一定傳動比,因此 設計減速器的傳動比為 8。 如是減速器的輸出軸的轉速為 n=720/(3*8=30r/min。 而根- 5 - 據(jù)資料說明一般減速箱中傳動比的分配公式: 設 ,推出 , , 這里取 ,

9、 , , 。根據(jù)以上齒數(shù)驗算 i=8.018,符合。減速器齒輪連接簡圖如下: 圖 2-2 齒輪連接2.2 執(zhí)行機構2.2.1 進料機構的設計要對健身球進行檢驗首先要接收送來的健身球,這就需要一個進料機構。依據(jù)健 身球的形體特征我首先設計兩種進料機構。方案 A1 如下圖所示: 圖 2-3 振動式管狀進料機構由于從外部送來的健身球有時會比較多,所以設計漏斗式接料斗以便在球較多時 暫時存儲。另一方面的球在進料的過程中還很可能會出現(xiàn)卡在接料斗下端的情況,因 此設計振動式的進球管,它可以有效的撥動料斗里的小球以便不間斷的進球。由于進 球管的作用還防止了小球在出球口處自動滾走的情況。除此之外此種機構還具有

10、對球 的磨損小,方便與其他機構配合等優(yōu)點。對于此機構的震動規(guī)律的控制機構,除圖中 所示的凸輪機構外,還可以選擇曲柄滑塊機構。方案 A2 如下圖所示:- 6 -圖 2-4 槽式斜面進球機構由槽輪控制推槽時動時停的間歇運動, 可 以有效得間隔每個球,并控制球下落的 速度為 15個 /min。 同時由于下段為斜面, 即可省略送料機構。 但是此機構沒有防止球 卡在管口的功能,推槽對球的磨損也會比較大,且斜面對每個球下落的時間并不能精 確控制,會對選擇機構的配合造成不好的影響。2.2.2 送料機構的設計健身球由進料機構送入后,需要一個往復移動的送料機構推動健身球落入將健身 球分類的機構之中。方案 B1

11、如下圖所示:- 7 - 圖 2-5 送料 B1利用幾何鎖合的凸輪機構推動推桿規(guī)律性的送球。凸輪機構可以準確控制推桿的 運動規(guī)律,但凸輪機構的制造難度大。方案 B2 如下圖所示: 圖 2-6 送料 B2利用對心曲柄滑塊推球送料, 結構簡單, 制造成本低, 但運動規(guī)律相對難以掌握。 方案 B3 如下圖所示:- 8 - 圖 2-7 送料 B3利用帶有弧形推板的帶傳動機構實現(xiàn)推球進料, 該結構簡單, 制造安裝都很簡單, 但運動規(guī)律單一,無法通過機構的構形來實現(xiàn)對運動規(guī)律的控制。方案 B4 如下圖所示 :圖 2-8 送料 B3利用兩個不完全齒輪來推動齒條作往復移動實現(xiàn)推球送料, 該機構同方案 B3有類

12、之處,無法根據(jù)需要靈活控制齒條的推球的動作規(guī)律。- 9 -2.2.3 檢測機構的設計方案 C1 如圖所示: 圖 2-9 檢測 C1設計一個斷面為梯形的傾斜軌道,在軌道的底部從上往下連續(xù)的開出寬度為 42mm 、 44mm 、 46mm 的出球口,當球從軌道上滑下時,由于直徑的不同它們會分布在不 同的高度上并自動在不同的出球口滑落進入接球機構。 例如, 直徑 43mm 的球由于直徑 大于寬度 42會順利滾過第一層球口, 進入第二層球口時由于重力作用會自動從出球口 落下進入接球機構,如此便進行了分類。此機構的優(yōu)點是利用了球的重力作用合理選 用斜軌道無需對小球進行控制便能自動分類。缺點是小球有可能會

13、卡在軌道里。 方案 C2 如圖所示: 圖 2-10檢測機構 C2 俯視圖設計一個圓盤式檢測機構, 將一個圓盤分為四部分, 分別作為進球機構, 42mm 檢測通道, 44mm 檢測通道, 46mm 檢測通道,且每個通達都有一個推球板,共四個 推球板,一起固結在中心軸上,中心軸有由圓盤下面安裝的棘輪機構驅動。當小 球進入后推板在棘輪的帶動下轉動,將小球推進第一個檢測通道,若小球的直徑 小于檢測通道的寬度則小球將從通道掉進接球機構,進行完分類,若小球直徑大 于通道寬度則推板將再次推動小球進入下一個通道。 此機構與方案 C1有相似之處, 但由于有動力驅動,可以防止球卡在通道的情況。推板的驅動機構棘輪如

14、下圖所 示。 圖2-11 檢測機構 C2 棘輪方案 C3圖 2-12 檢測機構 C3通過圖書館資料的搜集和查閱,特別是受到機械原理創(chuàng)新設計 (2008年6月 華中科技大學第三章機構運動功能的啟示,設計出一種碰撞式的檢測機 構如上圖所示。小球通過料斗的過渡以一定速度進入通道,若小球的直徑比滾道 口的口高小,則該小球將順利通過滾道口,進入右側的接料筒。若小球的直徑比 滾道的口高大,在該速度下小球撞擊滾道口碰撞裝置。碰撞裝置的偏移使得隔檔 片彈開,讓小球由下方的通道滾入接料筒。為了表示方便,這里的裝置圖只畫出 了分兩類健身球的情況。將健身球分為三類的情況,也可相似得出,只需將左側 的接料筒得到的健身

15、再滑出經過一次類似的裝置即可。此機構也沒有動力驅動, 所以要求從一定的高度滑下,因此機構占用空間較大,且隨機性較大,無法保證 裝置能夠持續(xù)穩(wěn)定準確的完成健身球的分類工作。另外機構需要較高的精密度, 制造安裝相對麻煩。2.2.4 接料機構的設計對于接料機構,主要是要平穩(wěn)的接住小球,減小對小球的損傷。根據(jù)這方面 的要求,設計方案如下。方案 D1 如圖所示: 圖 2-13 接料 D1設計如上圖的接料機構,讓小球從一個傾斜的滑道上平穩(wěn)滑下,以防止小球 下落時因沖擊而受到損傷。然后進入一個底部裝有減震彈簧的接料箱,由于彈簧 的作用將箱底托起,可以減小小球的下落高度并且有緩沖作用,也是為避免撞擊 對小球的

16、損傷,當小球數(shù)量增多時,由于重量增加彈簧收縮量增大箱底自然下沉, 又可以增大箱子的容量。2.3 總體方案的綜合擬定在以上傳動機構和執(zhí)行機構所提出的各種方案中,它們有各自的優(yōu)缺點,要 設計出一臺性能優(yōu)良的機器,需要對以上各種方案進行評價最后綜合出一個最優(yōu) 的系統(tǒng)總方案。針對每個方案在:功能目標完成情況,系統(tǒng)方案的可靠性 ,系統(tǒng) 方案的實用性 , 系統(tǒng)的工作效率 , 系統(tǒng)機械傳動的精度 , 系統(tǒng)方案的經濟成本, 系統(tǒng)的復雜程度 ,工作原理的先進性等方面的綜合考慮。最終提出系統(tǒng)總方案如下:表 1 系統(tǒng)方案的選擇綜合之后的系統(tǒng)總圖如下: 圖 2-14 系統(tǒng)總圖圖中從減速器到進球和送球機構都采用傳動比

17、i=2齒輪傳動。從減速器到連 接棘輪的曲柄搖桿機構的距離較遠且轉動平面互相垂直,因此先用帶傳動,而后 采用軸角為 90圓錐齒輪嚙合傳動,傳動比為 1。在接料機構中由于三個接球機構 分布較集中全部畫出比較混亂,因此圖中只畫出了其中一個。 3 系統(tǒng)設計與數(shù)據(jù)處理3.1 各機構配合關系根據(jù)體統(tǒng)總圖整個機器系統(tǒng)四個動作的自動完成所需的協(xié)調配合關系如下:表 2 動作關系 3.2 重要機構參數(shù)計算3.2.1 凸輪機構的計算系統(tǒng)中凸輪機構設計的一個重要目的是推動進球口上下運動, 防止小球卡在 料斗里。因此凸輪的運動規(guī)律需要有一定的柔性沖擊比較好,同時考慮到要與對 心曲柄滑塊機構配合,因此選擇推程和回程皆為簡

18、諧運動規(guī)律且無近休程。綜合 考慮運動關系與配合關系確定凸輪從動件位移曲線圖如下: 如上圖所示,設計出凸輪的行程為 50mm ,推程角和回程角均為 100, 遠休止角為 160,無近休程。推程和回程均為簡諧運動規(guī)律。結合與凸輪相 連接的其它構件尺寸并從凸輪傳動性能考慮,擬定凸輪基圓半徑為 60mm 。由 從動件位移曲線圖及基圓半徑做出凸輪輪廓圖如下: 圖 3-1 凸輪輪廓3.2.2 凸輪壓力角的校核根據(jù)以上凸輪的輪廓曲線,及載重場合。確定凸輪宜采用尖底從動件。 通過查閱資料了解到尖底從動件凸輪機構的壓力角許用值 =30. 如下圖所 示。 s e r e t s ss e OP +-=+=2200

19、d /d tan m m 由以上公式可以計算出凸輪的最小壓力角, 但過程復雜, 在通過對以上公式的變形以后用圖解法校核。 有上面的公式及凸輪運動規(guī)律的 由此作出圖形如下: 由圖可知,基圓恰好已經包圍 L1,L2,L3三條直線所夾得陰影部分,說 明最大壓力角符合要求。且基圓半徑接近最小的基圓半徑。3.2.2 曲柄滑塊機構的計算 圖 3-2 滑塊位移圖像設計滑塊的位移量為 150mm ,所以曲柄的長度為 75mm 。3.2.3 齒輪的計算在系統(tǒng)中所有齒輪包括圓錐齒輪的模數(shù)取為 2.5。由于每對嚙合此輪的 傳動比及齒數(shù)在上文中均以確定出來了, 此處我選擇系統(tǒng)總圖中 Z3齒輪的尺 寸計算 , 并計算 Z3和 Z4的嚙合尺寸,其他齒輪不一一計算。齒數(shù) Z3=19由 d=mz得分度圓直徑 d=47.5mm由 =m 得齒頂高 =2.5mm由 =(+m 得齒根高 =3.125mm齒頂圓直徑 =52.5mm齒根圓直徑 =41.25mm齒距 p= m 7.854mmZ3和 Z4嚙合的尺寸計算,設兩齒輪均為標準齒輪并為標準安裝,嚙合 角等于壓力角為 20,所以嚙合中