《机械原理》课程设计说明书健身球检验分类机院部：机电工程学院班级：12机械卓越班姓名：王晨一学号：21206072541指导教师：钱外声目录一、设计任务书 (3)1.1设计题目及数据1.2设计方案1.3设计任务1.4工作原理以及工艺动作流程图(a)与功能逻辑图(b)二、执行构件及其运动设计 (5)2.1进料与送料机构2.2检验分类与按类存放机构2.3执行构件的运动循环图（运动协调性）设计2.4机构选型及组合2.4.1根据工艺过程确定执行构件的运动形式2.4.2根据执行构件的运动形式选择机构2.5方案评价及优选2.6方案结果分析2.7减速装置的尺寸设计2.7.1齿轮系传动2.7.2皮带传送2.7.3直齿锥齿轮三、机械系统的运动简图及相关性能分析和方案评价 (16)3.1运动方案简图3.2健身球分类机优、缺点3.3健身球分类机的改进3.4方案整体评价四、参考文献 (18)一、设计任务书1.1设计题目及数据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：第一类：40≤ф≤42 ；第二类：42<ф≤44；第三类：44<ф≤46。
其他技术要求见下表：健身球分类机设计数据表1.2设计方案1.球的尺寸控制可以靠三个不同直径的接料口实现。
例如：第一个接料口直径为42mm，中间接料口直径为44mm，而第三个接料口直径稍大于46mm。
使直径小于（等于）42mm的球直接落入第一个接料口，直径大于42mm的球先卡在第一个接料口，然后由送料机构将其推出滚向中间接料口。
以此类推。
2.球的尺寸控制还可由凸轮机构实现。
3.此外，需要设计送料机构、接料机构、间歇机构等。
可由曲柄滑块机构、槽轮机构等实现。
1.3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，并在图纸上画出传动系统图；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。
5.设计计算其中一对齿轮机构；6.编写设计计算说明书；1.4工作原理以及工艺动作流程图(a)与功能逻辑图(b)(a)(b)二、执行构件及其运动设计2.1进料与送料机构（1）进料机构如上图所示为漏斗形状的进料机构，槽体上安装有一个振荡器,槽体高度h，可根据待测球数量适度调整。
槽壁的倾斜角度为α，其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，︒45<30α。
我们取α=35°<︒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，设置了如下图所示的振荡器装置：为了防止料槽中，健身球堵塞，本装置使用了如上图所示的解卡振荡器。
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。
把解卡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。
（2）送料机构方案一、四连杆机构方案二、对心凸轮滑块机构以上两种方案都同样能完成工作任务，但前者有急回特性，有冲击，而后者若采用摆线或五次多项式运动规律，则可避免冲击，并且结构更为简单，便于设计，杆件少，功能损失更少。
所以我们选用后者，即对心凸轮滑块机构。
2.2检验分类与按类存放机构（1）检验分类机构方案一：方案二：理论上，两种方案都可以实现健身球自动检验分类的功能，但实际上方案一在料道1处，直径在φ42及以上的健身球会卡住，而无法实现分类，故选方案二。
在方案二的检料箱体中，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依次设置，小球先检测，接着检测中球，大球直接滚出，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：β=10°料道相应尺寸大小如下表：料道1 料道2 料道3 料道直径（mm ） 424446设置滑块轨道有关尺寸为：其中，1h 是滑块１的行程， mmh h h 60321===444=h mm 425=h mm另外，在滑块2的前端，留有在mm 5的距离，考虑到健身球的形状以及其重力作用的因素，其能够按照预想的路程进行检料。
（2）按类存放装置 如下图所示：2.3执行构件的运动循环图（运动协调性）设计2.4机构选型及组合2.4.1根据工艺过程确定执行构件的运动形式送料功能的执行构件是滑块1，它作间歇往复直线运动；检验分类功能的执行构件是滑块2和滑块3，它们都作间歇往复直线运动。
2.4.2根据执行构件的运动形式选择机构（1）送料滑块1的间歇往复移动，可选凸轮机构，连杆机构，凸轮+连杆机构等。
（2）分类滑块2的间歇往复运动，可选凸轮机构，连杆机构，凸轮+连杆机构等。
（3）分类滑块3的间歇往复运动，可选凸轮机构，连杆机构，凸轮+连杆机构等。
2.5方案评价及优选如上表格所示的粗黑体的功能综合，即为设计的最佳方案。
2.6方案结果分析根据实践经验，在推程时，许用压力角[]α的值对于移动从动件，[]'α=30°～38°。
在回程时，对于力封闭的凸轮，这时使从动件运动的是封闭力，不存在自锁的问题，故可采用较大的压力角，通常取[]'α=70°～80°。
并且，最大压力角[]αα<max ，因此，我们可以取[]α=30°，[]α＇=70°。
从上面的调试结果可知，升程︒≈29max α<[]α=30°，回程最大压力角<'max α[]'α=70°，且没有运动失真的现象，故满足设计的要求。
2.7减速装置的尺寸设计本分类装置采用上图所示的减速器，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。
2.7.1齿轮系传动带轮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：42231104z z r z z r n n z =(4)2.7.2皮带传送如图所示为皮带减速机构，带轮1连接原动件转速为n =1440r/min 的交流电动机，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：21rr n n =12r r (2)2.7.3直齿锥齿轮直齿轮4与直齿锥齿轮5、凸轮7、凸轮8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9同轴连接，根据齿轮传动原理有：5z n =4z n (5)6z n =5z n (6)由凸轮9与直齿锥齿轮同轴传动有：69z n n = (7)根据提供的原动件转速为0n =1440r/min 的交流电动机与课程设计要求，在n 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9的转速为：srad r n n n /323020min /20987ππ=====同时，齿轮4与凸轮7和凸轮8是同轴传动，故s rad n n n z /32874π===则s rad r n /48301440min /14400ππ===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 /4842231104223114π==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下：表：皮带轮参数带轮1 带轮2 皮带轮半径（mm ） 30240表： 各齿轮参数模数(mm)压力角(°)齿数(个)直径(mm)分锥角(°)齿轮13202060/齿轮232060180/齿轮33202060/齿轮432060180/直齿锥3204012090 5，6三、机械系统的运动简图及相关性能分析和方案评价3.1运动方案简图注：1,2,3,4—直齿轮5，6—锥齿轮7，8，9—凸轮10—弹簧11—推杆12—振荡器13—进料槽14—料槽15，16—推杆17，18，19—收集箱3.2健身球分类机优、缺点（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相卡住的机率；（4）传送带靠摩擦力工作，传动平稳，噪声小。
（1）由于机构简单，故精确度不高；（2）振荡器的使用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）不适用于高速分类。
3.3健身球分类机的改进（1）可通过精确的调整解卡振荡器的频率，从而减小噪音；（2）使用摩擦系数较小的导轨，提高选择精度。
3.4方案整体评价运动精确性:由于齿轮设计和凸轮设计都是按照检球速度20个/分来设计,因此凸轮和锥齿轮的转动速度都是20转/分。
运动平稳性:由于从电机到减速器采用带传动，齿轮的尺寸适中且工作速度适中,因此传动比较平稳。
结构紧凑性：通过一个电动机实现送料机构、变速机构、分料机构的工艺动作，且外形尺寸比较合理，结构较紧凑。
但健身球也可能发生被卡而不能滚下斜坡。
四、参考文献1.《机械原理课程设计手册》主编：牛鸣岐王保民王振甫重庆大学出版社20012.《机械原理》主编：王知行刘延荣高等教育出版社20003.《机械设计课程设计》主编：陈秀宁浙江大学出版社19954.《机械原理》第七版主编：孙恒陈作模高等教育出版社20065.《机械原理课程设计指导书》主编：裘建新高等教育出版社20056.《机械设计》主编：徐锦康机械工业出版社7.《机械原理与设计课程设计》主编：王三民机械工业出版社20048.《机械原理课程设计手册》主编：邹慧君高等教育出版社1998。