吉林大学设计计算说明书设计题目健身球自动检验分类机设计汽车工程学院车辆工程专业421201班设计者张思涛学号 42120126指导教师______________2014 年 12 月 20 日设 计 计 算 说 明 书 主 要 设 计 计 算 过 程 主要结果1、设计过程1.1工作原理及已知条件该机的功能是将直径大小不等的健身球（mm 46~40=φ），经过送球机构间歇地把球送至尺寸检测工位，由检测机构将三种尺寸的球一个不漏地分别检测出来，最后经分类接球机构将三种尺寸的球分别装入各自的存放处，完成一个自动检测运动循环。
健身球自动检验分类机应有以下几个工艺动作：①送料②检测③接料健身球自动检验分类机的电动机转速为1400r/min ，捡球速度为每分钟52个，分检健身球的三种尺寸为：①小球mm mm 4240≤<φ②中球mm mm 4442≤<φ③大球mm mm 4644≤<φ 要求送料滑块的行程H>50mm ，此分检机应为纯机械式的1.2设计任务①按工艺动作要求拟定总体机械运动方案简图和直线式运动循环图②按三种工艺动作要求对送料结构、检测机构、接料机构进行选型、并排出功能、工艺动作及执行机构框图③按给定的电动机转速和执行机构的运动参数算出总的传动比，然后拟定机械传动系统方案④在A2图纸上画出机械运动方案简图和直线运动循环图⑤对送料机构进行尺寸设计计算设计计算说明书主要设计计算过程主要结果⑥编写设计说明书一份2、机械系统的选择2.1原动机的选择健身球自动检验分类机的原动机应使用220V交流电动机，并且其转速可调节并设定在1400r/min2.2传动机构的选择根据要求，该传动机构的减速器装置中第一级减速用皮带，第二、三级减速用齿轮，通过该装置将电动机转速降下来。
由于该装置需要较大的传动比，故采用轮系来实现减速。
在传递运动中，因检测机构和送料机构的两传动轴互相垂直，又因在检测过程中需要送料与检测同步，故在此采用一堆传动比为1的直齿圆锥齿轮。
传动机构简图如下：设计计算说明书2.3执行机构的选择送料机构：曲柄滑块机构该送料机构仅采用了曲柄滑块机构，较凸轮机构省去了弹簧，并且具有急回特性，故选用此机构简单方便也可达到推送小球目的。
检测机构：机械运动方案简图：设计计算说明书主要设计计算过程主要结果将滑块的上表面制成斜面与检测通道倾斜角度一致，通道入口处倒圆角防止卡球。
用凸轮机构实现休止通道检测并采用放大机构减小升程从而减小压力角。
2.4机械运动方案简图的拟定健身球自动检验分类机的功能、工艺动作及执行机构框图。
设计计算说明书机械系统的运动循环图：转角0° 40° 100° 140° 200 240° 360° 检测机构休止 升程 休止 升程 休止 回程 送料机构 回程 推程 3、各主要机构的运动、动力分析与设计 3.1检测机构——凸轮机构的设计为了达到题目要求，凸轮机构的转速为52r/min,斜通道与水平面夹角为30°,为使滑块每次运动到休止经历的位移相等，设计三个斜通道壁厚从上至下分别为8mm 、6mm 、4mm ，则滑块每次位移均为50mm ，滑块在竖直轨道内的总升程为： mm h 205.17330cos )464446428(=︒÷+++++=' 放大机构的比例为1:4，故滚子从动件的升程为：mm h h 3.434/='=取偏心距e=10mm,许用压力角[α]=30°。
从动件运动规律可选用余弦加速度运动规律，取推程角︒=600δ,共两段；回程角0δ'=120°,共一段；休止角s δ=40°,共三段。
)]cos(1[40δδπ-=h s )]cos(1[20δδπ'+=h s )sin(400δδπδπδh d ds = )0(0δδ≤≤ )sin(200δδπδπδ''-=h d ds )0(0δδ'≤≤)cos(4020222δδπδπδh d s d = )cos(2020222δδπδπδ''-=h d s d主要设计计算过程主要结果设计计算说明书主要设计计算过程主要结果1）对于推程，代入数据得： δδ3sin 475.32=d ds)3cos 1(825.10δ-=s 所以由压力角公式： 220/tan er s e d ds -+-=δα经试验，当mm r 500=时，δδα3cos 825.10815.59103sin 475.32tan --=令0tan ='α得： ︒<︒=60593.27δ 故，当︒=593.27δ时， ︒=<︒=30][81.20max αα 满足题目要求2）对于回程，带入数据得： δδ23sin 475.32-=d ds)23cos 1(65.21δ-=s 所以由压力角公式： 220/tan er s e d ds -+-=δα经试验，当mm r 500=时， δδα23cos 65.2165.701023sin 475.32tan +--=令0tan ='α得： ︒<︒=12075.51δ 故，当︒=593.27δ时， ︒=<︒=30][29max αα 满足题目要求综上，凸轮基圆半径可以取mm r 500=设 计 计 算 说 明 书凸轮机构设计图：h e r r 0r ][α max α 43.310105030°29°设 计 计 算 说 明 书3.2送料机构——曲柄滑块机构的设计（1）确定滑块行程mm H 50=，偏心距mm e 20=，极位夹角︒=20θ，行程比系数3.125.1180180<=-︒+︒=θθK ，许用压力角︒=55][α最大压力角在B '处在△B OB ''中，B O OB B B OB B O L L LL L ''''''⋅-+=︒220cos 222 ,H L B B =''e L L L S B B OB B O B OB ⋅=⋅⋅︒=''''''2120sin 21△ 解得：mm L OA 23= mm L AB 59= 最大压力角：︒=+=+=79.46592320arcsin arcsinmax AB OA L L e α 满足条件：︒=<55][max αα设计计算说明书主要设计计算过程主要结果（2）由速度瞬心法可以得出滑块速度1413P P v ⋅=ω故只需量取距离即可得出速度大小由Adams 仿真得到速度——转角图像如下设计计算说明书主要设计计算过程主要结果3.3减速机构——齿轮传动 （1）总传动比计算已知健身球检验分类机每分钟检球52个，电动机转速1400r/min ，则： m in /52541112r n n n n ==== m in /14001r n = 总传动比： 92.2612112,1==n n i 皮带轮和齿轮设计： 92.26131231421512,1=⨯⨯=z z z z r r i 取： 3215=r r 则齿轮传动比大于8，应选用图示两级传动， 根据要求：齿轮传动比5~3≤齿i ，后前i i >， 则： 15.3134131414,3≈==z z i 79.21953131212,13≈==z z i 且： 12,1314,313.1i i = 则实际传动比：39.261953134131312314215=⨯⨯=⨯⨯=z z z z r r i 实际 %97.1%10092.2626.92-26.39%100=⨯=⨯-=理论理论实际传动比误差i i i<2% ,符合设计要求设 计 计 算 说 明 书主 要 设 计 计 算 过 程主要结果皮带轮及各齿轮设计结果：皮带轮2 皮带轮15 皮带轮半径 50150模数(m/mm)齿数(z/个)分度圆直径(d/min) 压力角(α/°)齿轮3 3 26 78 20 齿轮14 3 82 246 20 齿轮13 3 38 114 20 齿轮123106 318 20 锥齿轮4、5 3 206020（2）变位齿轮的设计取减速器中的一对减速齿轮：齿轮3（标号1）和齿轮14（标号2）其中：m=3mm , 261=z ,822=z ,︒=20α 正常齿制：1*=ha ， 25.0*=c 对于齿轮3：最小变位系数 529.0172617)(min 1min *min -=-=-=z z z ha x 对于齿轮4：最小变位系数 824.3178217)(min 1min *min -=-=-=z z z ha x设 计 计 算 说 明 书标准中心距： mm z z m a 1622)(21=+=标准压力角： ︒=20α 取实际中心距： mm a 165=' 由中心距与啮合角的关系：αα''=cos cos a a 由无侧隙啮合方程： αααinv z z x x inv +⋅++='tan )(22121)tan (ααα-=inv 所以： 058.1)(tan 22121=+-'=+z z inv inv x x ααα由3134114,3>=i ，查《选择变位系数界限图》可得： 均满足： min x x >中心距变动系数： 13162165=-=-'=m a a y 齿顶高变动系数： 058.021=-+=y x x σ则齿顶高： m x ha ha )(*σ-+=齿根高： m x c ha hf )(**-+=齿全高： hf ha h +=分度圆直径： mz d =︒='69.22α530.01=x528.02=xmmha 42.41=mmha 41.42=mm hf 16.21=mmhf 17.22=mmh 58.61=mmh 58.62=mm d 781=mm d 2462=齿顶圆直径： ha d da 2+=齿根圆直径： hf d df 2-=基圆直径： αcos d d b = 分度圆齿厚： απtan 22xm ms += 分度圆齿槽宽： απtan 22xm me -=齿距： m p π=节圆直径： α'='cos /b d d齿顶圆压力角： a br r arccos =α由重合度计算公式： )]tan (tan )tan (tan [212211ααααπεα'-+'-=a a z z 42.0tan ='α 故满足2.1>αε的设计要求mmda 84.861=mmda 82.2542=mmdf 68.731=mmdf 67.2412=mmd b 30.731=mmd b 16.2312=mm s 87.51=mm s 87.52=mm e 55.31= mm e 56.32=mm p 42.91= mm p 42.92=mmd 45.791='mm d 55.2502='64.0tan 1=a α46.0tan 2=a α43.1=αε4.设计感想通过本次机械原理课程设计，我综合运用了机械原理课程所学知识，在健身球自动检验分类机设计中综合使用了曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮机构，对这些机构的设计有了更加深刻的印象，同时也弥补了机械原理课程中知识离散的缺陷，形成了作为一个设计者应有的设计思路，基本掌握了设计方法。