《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 (1)1.1设计题目 (1)1.2设计任务 (1)第2章机械运动方案的设计及分析决策 (2)2.1方案设计及分析 (2)2.2工作原理 (3)2.3工作流程 (4)第3章机构尺度综合 (5)3.1机构尺寸设计 (5)3.2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、检测、接料）自动完成。

健身球直径范围为ф40～ф46mm，要求分类机将健身球按直径的大小分为三类。

1. ф40≤第一类≤ф422. ф42<第二类≤ф443. ф44<第三类≤ф46其他技术要求见表1：表1 健身球分类机设计数据1.2 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min /1440r 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min /14400r n 的电动机，皮带2连接齿轮系中的齿轮1，皮带1的半径为1r ，皮带2的半径为2r ，根据皮带传动原理有：1r n =0n (1)皮带1与皮带2的转速与半径成反比：21r r n n =12r r (2) （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：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧====433423211221z z n n n n z z n nn n z z z z z z r z (3)由上式可得：4nz =4223110z z r z z r n (4) （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：5z n =4z n (5)6z n =5z n (6)由凸轮8与直齿锥齿轮同轴传动有：8n =6z n (7)根据提供的原动件转速为min /14400r n =的电动机与课程设计要求，在0n 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：s rad r n n /3π230π20min /2078==== 同时，齿轮4与齿轮7是同轴传动，故s rad n n z /3π274== 则s rad r n /π4830π1440min /14400=== 根据公式(4)可以得出：s rad z z r zz r n z z r z z r n z /π4842231104223114==因此由上两式可以得出:721422311=z z r z z r 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721313181422311=⨯⨯=z z r z z r 故我们得出:128r r =,123z z =,343z z =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 皮带轮参数表2 各齿轮参数—— 模数 （mm ） 压力角（°） 齿数（个） 直径 （mm ） 分锥角 （°） 齿轮1 5 20 20 100 / 齿轮2 5 20 60 300 / 齿轮3 5 20 20 100 / 齿轮4 5 20 60 300 / 锥齿轮5,6 5 20 40 200 90齿轮1，2的几何尺寸计算基圆齿距pb 1.25（3）凸轮推杆滑块与料槽、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8h的高度接入的转速相同，设计滑块2将待测球推入检测装置的同时，滑块1在1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/mm h 3h 2t/st 4t 3t 2t 10图9 滑块1运动规律图h/mm h 3h 2t/st 4t 3t 2t 10滑块2运动规律图基圆半径0r ，角速度ω，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：ω=30π4z n =3π2s rad / 设计该凸轮的基圆半径0r 与1t 到4t ：mm r 1000= s t 0.3751= s t 0.752= s t 1.1253= s t 1.54= s t 2.6255= s t 36=则凸轮1和凸轮2进程运动图如图10所示：87654321s/mm s 3s 236031590450图10 凸轮1进程运动图87654321s/mm s 3s 23603159045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。

87654321图11 凸轮1廓线设计图87654321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，大球最后检测，料道尺寸设计稍大于mm 46，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：α=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：mm h 1251= mm h 3.642= mm h 103= mm h 204=3.2 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h可根据待测球数量适度调整。

其中槽壁的倾斜角度α对槽体和健身球的受力情况有较大的影响。

如果α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α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°＜α＜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2mm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1s 与进程2s 要求相等，即：21s s另外，在滑块2的前端，我们认为可以留有在mm 10~0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。