目录一、设计题目及任务1.1设计题目及原始数据1.2设计方案提示1.3设计任务二、设计要求 (4)2.1功能要求 (4)2.2工作原理 (4)2.3工艺流程图 (4)三、机械系统的选择及比较 (5)3.1电动机的选择及比较 (5)3.2传动机构的选择及比较 (5)3.3执行机构的选择及比较 (7)四、健身球检验分类工作原理及工艺动作流程图 (12)4.1健身球检验分类机工作流程 (12)4.2机械系统运动方案简图 (13)4.3健身球检验分类机的基本组成 (13)五、机器基本组成应用及尺寸设计 (13)5.1电动机 (13)5.2减速器 (13)5.3传动装置 (14)5.4凸轮推杆滑块 (17)5.5检验装置与接料装置 (19)5.6进料机构设计 (20)5.7各机构的运动循环图 (21)六、偏置曲柄滑块的运动分析 (22)6.1构件的基本尺寸 (22)6.2连杆机构的运动分析流程图 (23)6.3编写程序 (24)七、方案分析与评价 (29)7.1优点 (29)7.2缺点 (29)7.3改进 (29)八、总结 (30)九、参考文献 (31)附录一 (32)附录二 (33)附录三 (36)附录四 (37)一、设计题目及任务1.1设计题目及原始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。

技术要求见下表：表1 技术要求参数1.2设计方案提示健身球自动检验分类机是创造性较强的一个题目，可以有多种运动方案实现。

一般的思路在于：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。

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.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。

二、设计要求2.1功能要求具体设计要求如下：健身球检验分类机能够实现进球、送球、检测球、接球的一体化功能。

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。

健身球直径围为ф40～ф46mm，要求分类机将健身球按直径的大小分为三类。

1. ф40 mm≤第一类≤ф42 mm2. ф42 mm <第二类≤ф44 mm3. ф44 mm <第三类≤ф46 mm2.2工作原理健身球检验分类机的工作原理是由进料机构、送料机构、检验机构、接料机构以及电动机组成。

进料机构是持定量的健身球，以直线、间歇的运动过程进球；送料机构是在往复直线运动过程中，运用曲柄滑块或者凸轮推杆是健身球能持续定量的进入工作台相对应的小槽，让健身球每6秒钟进入一个，使工作持续稳定进行；检验机构是由上往下直径分别为42mm、44mm、47mm小槽，根据小球能通过而大球不能通过的原理，健身球先通过直径为40-42mm的第一个孔，如果不能滚入，则通过直径为42-44mm的第二个孔和直径为44—46mm的第三个孔，依次类推，直至用检验机构来完成对所有球的检验和分离；接料机构是在运用接球通道将分类掉下来球通过滚槽进入指定的装置，然后再用接球仪器将球接住。

2.3工艺流程图三、机械系统的选择机械系统通常由一般由原动机、传动装置和工作机（有时又称执行机构）三部分组成如图２－１：图2—11—减速器2—联轴器3—电动机3.1电动机的选择本健身球检验分类机原动件采用转速为1400r/min的交流电动机。

3.2传动机构的选择及比较机械系统中的传动机构是把原动机输出的机械能传递给执行机构并实现能量的分配、转速的改变及运动形式的改变的中间装置。

传动机构最常见的有齿轮传动、带传动、蜗杆传动等。

但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。

蜗杆传动的传动比大，承载能力较齿轮低，常布置在传动系统的高速级，以获得较小的结构尺寸；同时，摩擦力大，发热大。

同时蜗杆传动在啮合处有相对滑动。

当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化，因而摩擦损失较大，效率低。

根据以上的分析比较，考虑减小噪声、振动等方面的要求的工作条件可以得到，在此采用带传动。

3.3执行机构的选择及比较3.3.1送料机构偏置曲柄滑块机构所采用的进料机构如图3—1所示。

当小球不断的从进料槽中进入时，运用偏置曲柄滑块机构，用滑块间歇的让球进入，以不至于无法控制球的进入，最终球顺着右边的壁做自由落体运动,落在指定位置。

，设计优点：有急回特性，球的正下方有一个微小的凹槽，使球下落在槽不会自行滑动，且滑块将球推出后，滑块的后半部分能够堵住进料口，不会使球往下落。

特点：机构比较简单，比较容易设计制造。

并且其具有急回特性，回程时间较少，更能提高健身球检验装置的效率。

1——进料槽2——对心滑块机构图3-1运动简图3.3.2 检料和接料机构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。

特点：衔接紧凑。

滑块1和滑块2之间实现统一一致。

效率高。

通过滑块2将健身球拖住，进行较正确，较精确地分类。

控制性好。

同时也能够将送料机构里的滑块与检测机构里的滑块统一起来运动。

图3-2运动简图1——检料机构2——接料机构综上考虑，在设计健身球检验装置的同时，我们还需要进行46个/min效率和整个装置的自然衔接的实现。

因而，检料机构需要较强的灵活性和很好的间歇循环。

同时，还需要进行送料机构和检料机构的衔接。

所以，我们选择了如图作为检料和接料机构。

四、健身球检验分类机工作原理及工艺动作流程图4.1健身球检验分类机工作流程图4-1 检验分类机工作流程图4.2机械系统运动方案简图（大图见附录四）图4—2健身球检验分类机运动方案简图1,2——皮带轮3,4,5,6——直齿轮7，11——凸轮8,9,10——锥齿轮12——连杆13——推杆14——滑轮15——料槽五、机器基本组成应用与尺寸设计5.1电动机本健身球检验分类机原动件采用转速为min1400r的交流电动机。

/5.2减速器图5-1 减速装置本分类装置采用图5-1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。

5.3传动装置皮带传送图5-2皮带减速机构如图5-2所示为皮带减速机构，根据传动比的需要，本机构采用平带传动，够使机械的效率保持在在0.98--0.98之间，且寿命比V 带长。

其基本原理是带轮1连接原动件转速为min /9600r n 的交流电动机，皮带2连接齿轮系中的齿轮3，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：1n =0n (1)皮带1与皮带2的转速与半径成反比：21n n =12r r (2) 齿轮系传动：如图5-3所示，带轮2与齿轮3同轴传动，齿轮3与齿轮4啮合传动，齿轮4与齿轮5同轴传动，齿轮5与齿轮6啮合传动，齿轮6与直齿锥同轴连接，根据齿轮系传动原理有：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧====566554344332z z n n n n z z n n n n (3) 由上式可得：6n =6425310z z r z z r n (4) 直齿锥齿轮：图5-4 锥齿轮啮合简图如图5-4所示，直齿轮6与直齿锥齿轮8、凸轮7（见图3-9）同轴传动，直齿锥齿轮8与直齿锥齿轮9垂直啮合，直齿锥齿轮10与凸轮11同轴连接（见附图），根据齿轮传动原理有：6n =8n (5) 8n =9n (6)9n =10n =11n （7） 由凸轮7与直齿锥齿轮同轴传动有：7n =6n (8)根据提供的原动件转速为min /9600r n =的交流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10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（3.3.3），可以得到凸轮7的转速为：s rad r n /33010min /107ππ=== 同时，齿轮4与齿轮7是同轴传动，故s rad n n /376π==则s rad r n /3230960min /9600ππ=== 根据公式(4)可以得出：s rad z z r zz r n z z r z z r n /3264253106425316π==因此由上两式可以得出:961642531=z z r z z r 根据1比96的比例关系，我们选取适当的皮带轮半径和齿轮齿数961618121642531=⨯⨯=z z r z z r 故我们得出:122r r =,348z z =,566z 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2、表3：表2 皮带轮参数带轮1 带轮2 皮带轮直径（mm）100 200表3 各齿轮参数模数(mm) 压力角(°) 齿数(个)直径(mm)分锥角(°)齿轮3 2 20 20 40 /齿轮4 2 20 160 320 /齿轮5 2 20 20 40 /齿轮6 2 20 120 240 /直齿锥8,9,10,112 20 80 160 90 一对齿轮与一对直齿锥齿轮啮合如图5-5所示：图5-5直齿轮、锥齿轮啮合简图5.4 凸轮机构5.4.1凸轮机构如图5-6所示，齿轮6与凸轮7同轴传动，凸轮7与杆13、滑块2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11的转速相同，设计滑块1将待测球推入检测装置的同时，滑块2在h1的高度接入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，检料装置的尺寸设计（见表4）。

图5-6 检料装置运动图表4 检料装置料道尺寸料道1 料道2 料道3 料道直径（mm）42 44 47凸轮运动带动滑块2向上升，经过大孔（47mm）中孔（44mm）及两层隔板（2mm），最终到达小孔（42mm）端口处时进行休止，总升程h1=96.4mm；滑块接住球后进行回程，经过中孔（44mm ）及一层隔板（2mm ）到达中孔底端口处再次进行休止，此时滑块的运动位移为h2=49.7mm ； h3为隔板厚度，取2mm ，预留量为0.7mm ； 杆长自定义为120mm ，大于通道长。