健康知識：機械原理健身球檢驗分類機課程設計

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課程設計說明書 課程名稱： 設計題目： 健身球自動檢驗分類機的設計 專 業(yè)： 班級： 學生姓名: 學 號: 指導教師: 日 期： 目 錄 一、設計任務書…………………………………………………....…...…3 1.1功能要求及工藝動作分解提示…………………………………………..…..3 1.2 設計方案提示………………………………………………………………...3 二、健身球自動檢驗分類機方案設計…………...…………..………....…….3 2.1功能分解………………………………………………………………............4 2.2功能邏輯圖........................................................................................................4 2.3方案設想……………………………………………………………………....4 2.4原動機及傳動機構的選擇……………...………………………….................6 2.4.1原動機的選擇……………...…………………………..............................6 2.4.2傳動機構的選擇……………...…………………………..........................6 2.5執(zhí)行機構的選擇與比較...................................................................................7 2.5.1進料與送料................................................................................................8 2.5.2檢驗分類與按類存放...............................................................................10 三、機械系統(tǒng)運動方案的擬定與比較…………………...…………..............12 3.1根據(jù)工藝過程確定執(zhí)行構件的運動形式 ……………...………….............12 3.2繪制機械系統(tǒng)運動轉換功能圖 ……………...……………………….........12 3.3根據(jù)執(zhí)行構件的運動形式選擇機構………………...………………...........12 3.4用形態(tài)學矩陣法創(chuàng)建機械系統(tǒng)的運動方案…………….……….................13 四、機械系統(tǒng)工作運動循環(huán)圖……………………………...………...…........14 4.1根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖…………………..............14 五、機構的尺寸設計及運動分析…………………...………….....………….15 5.1凸輪機構的設計.............................................................................................15 5.2結果分析.........................................................................................................20 　 5.3減速裝置的尺寸設計.....................................................................................20 六、機構運動總體方案圖…………..…...…………………………..................24 　6.1運動方案簡圖.................................................................................................24 　 6.2健身球檢驗分類機工作原理.........................................................................25 6.2.1健身球檢驗分類機工作流程...........…………...…………………….....25 6.3健身球檢測分類機分析與評價………........................................................26 七、總結...................................................................................................26 八、主要參考資料...................................................................................27 一、設計任務書 （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（包括進料、送料、分類、按類存放）自動完成。 （2） 原始數(shù)據(jù)和設計要求 健身球直徑范圍為ф40～ф46mm，要求分類機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） 運動方案構思提示 健身球自動分類機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，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，然后由送料機構將其推出滾向中間接料口。以此類推。 2) 送料機構、接料機構、間歇機構可由曲柄滑塊機構、槽輪機構、凸輪機構等實現(xiàn)。 （4） 建議完成的設計工作量 1) 本題設計時間為兩周。 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動循環(huán)圖。 4) 構思系統(tǒng)運動方案(至少二個以上)，進行方案評價，選出較優(yōu)方案。 5) 對傳動機構和執(zhí)行機構進行運動尺寸設計。 6) 繪制系統(tǒng)機械運動方案簡圖。 7) 編寫設計說明書。 二、健身球自動檢驗分類機方案設計 2.1功能分解 1.進料功能 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方案設想 方案一 自動檢驗分類機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動裝置: 圖2.2 該方案將送料機構與檢料機構中的滑塊運動統(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料道1的口緣處，向下運動時對球進行檢測分類。但考慮到球在檢料機構通道中向下運動至靠近料道時，有可能球會卡在料道口而不能進行正常分類。以及檢料機構滑塊間歇時間不易控制，所以我們放棄這一方案，選用改進的方案二。 方案二 運動方案圖: 圖2.3 2.4原動機及傳動機構的選擇 2.4.1原動機的選擇 表一： 型號 電流 轉速 效率 功率因數(shù) 電壓 Y112-M4 8.8 1440r/min 84.5% 0.82 380v 2.4.2傳動機構的選擇 機械系統(tǒng)中的傳動機構是把原動機輸出的機械能傳遞給執(zhí)行機構并實現(xiàn)能量的分配、轉速的改變及運動形式的改變的中間裝置。傳動機構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，運轉有噪音；無過載保護作用 取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強度以及抗膠合與抗磨損能力 金屬切削機床、汽車、起重運輸機械、冶金礦山機械以及儀器等 蝸桿傳動 結構緊湊，單級傳動能得到很大的傳動比；傳動平穩(wěn)，無噪音；可制成自鎖機構；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 金屬切削機床（特別是分度機構）、起重機、冶金礦山機械、焊接轉胎等 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作用；結構簡單，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 金屬切削機床、鍛壓機床、輸送機、通風機、農(nóng)業(yè)機械和紡織機械 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??；運轉的瞬時速度不均勻，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，因而需增設張緊和減振裝置 與制造質量有關 5000-15000h 農(nóng)業(yè)機械、石油機械、礦山機械、運輸機械和起重機械等 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)行機構的選擇與比較 2.5.1進料與送料 （1） 進料機構 圖2.4 如上圖所示為漏斗狀進料機構，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，。我們取 α=35° 對于導管直徑d，為了保證良好的流動性d應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，造成導管的堵塞。 考慮到待測球在漏口堵塞情況，設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2來帶動偏心輪1轉動，由于偏心輪質心偏離轉動中心，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，很大程度的減小了健身球被卡住的幾率。 （2）送料機構 方案一、四連桿機構 圖2.6 方案二、對心凸輪滑塊機構 以上兩種方案各有特色，兩者都同樣能玩成工作任務，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動規(guī)律，則可避免沖擊，并且結構更為簡單，便于設計，桿件少，功能損失更少，能出色地完成認務，所以選用后者，即對心凸輪滑塊機構。 2.5.2檢驗分類與按類存放 （1） 檢驗分類機構 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，設計軌道與水平夾角為： β=10° 料道相應尺寸大小如表三： 料道1 料道2 料道3 料道直徑（mm） 　　44 　　46 　　48 設置滑塊軌道有關尺寸為： 　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，其能夠按照預想的路程進行檢料。 （2） 按類存放裝置 　　 如下圖所示： 圖2.10 三、機械系統(tǒng)運動方案的擬定與比較 3.1根據(jù)工藝過程確定執(zhí)行構件的運動形式 1. 送料功能的執(zhí)行構件是滑塊1，它作間歇往復直線運動； 2. 檢驗分類功能的執(zhí)行構件是滑塊2和滑塊3，它們都作間歇往復直線運動。 3.2繪制機械系統(tǒng)運動轉換功能圖 根據(jù)執(zhí)行構件的運動形式，繪制機械系統(tǒng)轉換功能圖： 3.3根據(jù)執(zhí)行構件的運動形式選擇機構 （1） 送料滑塊1的間歇往復移動，可選凸輪機構，連桿機構，凸輪+連桿機構等。 （2） 分類滑塊2的間歇往復運動，可選凸輪機構，連桿機構，凸輪+連桿機構等。 （3）分類滑塊3的間歇往復運動，可選凸輪機構，連桿機構，凸輪+連桿機構等。 3.4用形態(tài)學矩陣法創(chuàng)建機械系統(tǒng)的運動方案 根據(jù)機械系統(tǒng)運動轉換功能圖可構成形態(tài)學矩陣。由表所示的形態(tài)學矩陣可求出保健球自動檢驗分類機系統(tǒng)運動方案數(shù)為： N=3x3x3x3x3x3=729 可由給定的條件，各機構的相容性，各機構的空間布置，類似產(chǎn)品的借鑒和設計者的經(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計的最佳方案。 4、 機械系統(tǒng)工作運動循環(huán)圖 4.1根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖 　　 　　機械系統(tǒng)運動方案有３個執(zhí)行構件需要進行運動協(xié)調設計，它們是送料機構（滑塊１），檢驗分類機構（滑塊２和滑塊３），在運動循環(huán)圖中，分別用送料，分類Ⅰ，分類Ⅱ來表示。橫坐標表示分配軸的轉角，送料的縱坐標表示送料滑塊１的運動（由右向左為正），分類Ⅰ的縱坐標表示滑塊２的運動（由下向上為正），分類Ⅱ的縱坐標表示滑塊３的運動（由下向上為正）。 如下圖所示： 圖4.1 表四： 執(zhí)行階段 運動階段 運動時間(s) 分配轉角(°) 送料階段 送料 遠休 回程 近休 　　0.75s 　　0.5s 　　0.75s 　　 １s 　　　90° 　　　60° 　　　90° 　　　120° 分類Ⅰ階段 近休 升程 遠休 回程 　　 １s 　　0.75s 　　0.5s 　　0.75s 　　　120° 　　　90° 　　　60° 　　　90° 分類Ⅱ階段 送料 遠休 回程 近休 　　0.75s 　　0.5s 　 0.75s 　　 １s 　　　90° 　　　60° 　　　90° 　　　120° 五、機構的尺寸設計及運動分析 5.1凸輪機構的設計 （１） 送料凸輪和分類Ⅱ凸輪的設計 圖5.1 圖5.2 調試結果： （２） 分類Ⅰ凸輪的設計 圖5.3 圖5.4 5.2結果分析 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，我們取=30°，＇=70°。從上面的調試結果可知，升程<=30°，回程最大壓力角=70°，且無運動失真現(xiàn)象，故滿足設計要求。 5.3減速裝置的尺寸設計 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構，帶輪1連接原動件轉速為=1440r/min的交流電動機，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)提供的原動件轉速為=1440r/min的交流電動機與課程設計要求，在的前提下，設計機器的生產(chǎn)率為20個/min,設計的凸輪滑塊結構實現(xiàn)凸輪轉動一圈完成一個健身球的檢測，可以得到凸輪9的轉速為： 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的比例關系，我們選取適當?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)過比較設計皮帶傳動結構與齒輪系傳動結構的相應參數(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、機構運動總體方案圖 6.1運動方案簡圖： 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健身球檢驗分類機工作原理 　6.2.1健身球檢驗分類機工作流程 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軌中 電機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 由導軌進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頂出進入導軌 不同類型的健身球沿各自的軌道進入不同的收集箱中 6.3健身球檢測分類機分析與評價 （1）優(yōu)點 1)設計結構簡單，能耗低； 2)設計制造簡單； 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)由于機構簡單，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，同時使機械運轉的噪音加大； 3)不適用于高速分類。 （3）改進 1)可通過精確的調整解卡振蕩器的頻率，從而減小噪音； 2)使用摩擦系數(shù)較小的導軌，提高選擇精度。 七、總結 機械原理課程設計馬上就要結束了，雖然只有兩個星期的時間，但是在這次課程設計過程中我們學到了不少東西，得到了很好的鍛煉。它不僅使我們平時所學的一些理論知識運用到了實際，培養(yǎng)了我們運用所學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械機構的認識，學會了利用程序分析設計各類凸輪機構，用VB軟件對機構桿件的運動進行調試和分析，真正做到了學以致用，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，這次設計是個綜合性設計。在這次課程設計的過程中，我們真正體會到了設計工作的嚴謹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，我們才結合自己平時的理論基礎，一步一步地完成了這次課程設計。同時，這次設計更好地鍛煉了我們在處理問題時的團隊協(xié)調合作能力，培養(yǎng)了我們的團隊精神，對具體任務的分工協(xié)作精神。總之，在這次課程設計過程中，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，《機械原理課程設計手冊》，重慶大學出版社，2001.11。 - 30 - 生命在于運動！