健身球检验分类机课程设计报告机械原理

目录参考文 献............................................................. ......................................................29第一章功能与设计要求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 mm≤第一类≤ф42 mm 2.ф42 mm<第二类≤ф44 mm 3.ф44 mm<第三类≤ф46 mm工作原理 健身球检验分类机是由进料机构、送料机构、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使健身球能 持续定量的进入工作台相对应的小槽内，根据效率要求，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、46mm 的小槽，根据小球能通过而打球不能通过的原理， 使健身球直径为 40mm 至 42mm 的可以通过第一个孔，使健身球直径为 42mm 至 44mm 的可以通过第二个孔，使健身球直径为 44mm 至 46mm 的可 以通过第三个孔，从而通过孔的大小实现对健身球的检验以及分类；接 料装置是在运用接球通道将掉下来的球通过滚槽进入指定的装置，把球按分类装好。

功能分解 为了实现将健身球自动分类的总功能，可将总功能分解为如下分功能：1. 健身球定量进球功能； 2. 健身球定量送球及定位功能； 3. 健身球大小检验功能； 4. 接球功能。

其功能逻辑图如下：定量进球健定量送球身球检验分类机的工精确检验健身球作系统接球装置 功能原理的工艺过程分解持定量健身球，以直线、间 歇的进球。

直线往复的运动。

运用曲柄 滑块机构使健身球能持续 的进入工作台相对应的小 健槽身内球，使间工歇作得能掉持下续来稳，定尺进寸 最行的。

直接掉进第一个孔，稍 大得都卡在那里。

运用滑块或偏心轮，把健 身球推到第 2 个孔，然后 再把最大的推到最大的 孔运。

用接球通道将分类掉下 来球通过，然后再用接球 仪器将球接住。

1.定量进球功能：用曲柄滑块机构实现有规律的往复运动，控制进球 速度，当滑块往回运动到进料口时，健身球自动进球，然后滑块向右运动 时进料口停止进球，从而使健身球按规律定量进球。

其原理如图所示。

图 2.定量送球功能：用曲柄滑块机构实现有规律的往复运动，当滑块向 右运动时，将球推入推入送料口，使球进入规定的位置，实现定量送球。

其原理图如图所示。

3.检验健身球大小功能：通过孔径的大小，控制进球类型，40mm 至 42mm 的球从第一个孔通过，42mm 至 44mm 的球从第二个孔通过从而达到健 身球分类的目的。

其原理图如图所示。

4.接料功能：健身球通过不同大小的孔分类后，通过规定的通道，将 球送入到指定的接料装置内，从而把分类好的健身球按规定装好。

其原理 图如图所示。

图第二章机械系统的选择与比较电动机的选取发动机是是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、汽油机、液压机、气动马达等。

电机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易。

而健身球检验分类机属于工业批量生产中的应用，考虑实际场景，一般工厂用电 220V 以上，原动机易选用 220v 交流电动机，为减少噪音一般不用气动机，从整个设计方案考虑，要达到高产率且减少减速过程机构，宜采用转速较低的电动机。

根据要求，我们这里采用的是转速为 720r/min的电机。

传动机构的选择与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。

它们的特点如下表所示：特点寿命应用齿轮传 承载能力和速度范围大；传动比恒定，可 取 决 于 齿 轮 材 金属切削机床、动 获得较大传动比，外廓尺寸小，工作可靠， 料 的 接 触 和 弯 汽车、起重运输效率高。

制造和安装精度要求高，精度低 曲 疲 劳 强 度 以 机械、冶金矿山时，运转有噪音；无过载保护作用及抗胶合与抗 机械以及仪器磨损能力等结构紧凑，单级传动能得到很大的传动 制造精确，润滑 金 属 切 削 机 床蜗杆传 动比；传动平稳，无噪音；可制成自锁机构； 良 好 ， 寿 命 较 （ 特 别 是 分 度传动比大、滑动速度低时效率低；中、高 长；低速传动， 机构）、起重机、速传动需用昂贵的减磨材料；制造精度要 磨损显着冶金矿山机械、求高，刀具费用贵。

焊接转胎等轴间距范围大，工作平稳，噪音小，能缓 带轮直径大，带 金属切削机床、和冲击，吸收振动；摩擦型带传动有过载 的寿命长。

普通 锻压机床、输送保护作用；结构简单，成本低，安装要求 V 带 3500-5000h 机、通风机、农带传动 不高；外廓尺寸较大；摩擦型带有滑动，业机械和纺织不能用于分度链；由于带的摩擦起电，不机械宜用于易燃易爆的地方；轴和轴承上的作用力很大，带的寿命较短轴间距范围大；传动比恒定；链条组成件 与 制 造 质 量 有 农业机械、石油间形成油膜能吸振，工作可靠；作用在轴 关机械、矿山机上的荷载小；运转的瞬时速度不均匀，高 5000-15000h 链传动速时不如带传动平稳；链条工作时，特别械、运输机械和 起重机械等是因磨损产生伸长以后，容易引起共振，因而需增设张紧和减振装置图由上述几种主要的传动装置相互比较可知，齿轮传动、带传动用于减速，故选用带传动和齿轮传动,齿轮传动效率高，工作可靠、传动精确。

执行机构的选取与比较1.送料机构⑴对心凸轮机构图 ⑵曲柄滑块机构图 以上两种传动机构各有特色，两者都同样能完成工作任务，但前者 若采用摆线或五次多项式运动规律，则可避免冲击，并且结构简单，便于 设计，杆件少，功能损失少，但不便于加工。

后者有急回特性，可实现快 进慢退，有利于实现运动的配合，其易于加工，容易设计，综合考虑决定 选用后者，即曲柄滑块机构。

2 检料机构 ⑴方案一：采用不同孔径大小的通道使球分类图 ⑵方案二：采用凸轮的运动控制孔径的大小从而使球分类图 上诉两种检验机构都能完成我们要达到的功能任务。

前者设计机构简 单，运动形式少，占地面积较小。

后者则设计机构复杂，运动形式多，运 动不易配合，接料装置不好设计。

故选用方案一，即采用不同孔径通道大 小使球分类。

3.按类接球装置 如下图所示：图 构件的运动形式1；送料夹持器无间歇往复移动，可选用凸轮机构，连杆机构，组合机 构（如凸轮机构+连杆机构）等；2；定位间歇往复移动，同样可选用凸轮机构，连杆机构，组合机构（如 凸轮机构+连杆机构）等。

机械系统运动转换功能图 根据执行构件的运动形式，绘制出机械系统的转换功能图图 用形态学矩阵法创建机械运动的运动方案根据机械系统运动转换功能图（图）可构成形态学矩阵（表）。

由表所 示的形态学矩阵可求出健身球检验分类机系统运动方案数为N=2×2×2×2×2=32由给定的条件、各机构的相容性、空间布置、类似产品的借鉴和设计等， 我们可以从中选出较为实际可行的方案。

表中用线连的是选择的最优方 案。

功能元12减速 1 减速 2 减速 3带传动 带传动 带传动齿轮传动 齿轮传动 齿轮传动送料机构无 间歇往复移动 推杆的间歇 往复移动凸轮机构连杆机构凸轮机构连杆机构图 第三章 尺寸设计电动机 健身球检验分类机的动力源采用转速为 min/720r 的交流电动机。

减速装置 本次设计采用的如下图所示的减速器，由传送带和齿轮系构成的减速 装置。

其中一对齿轮比是有限的，由于本装置需要较大的传动比，故采用 轮系来实现。

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，固采用轮系是来实现。

减速机构 电动机图 皮带传动图 如图所示为皮带减速机构，带轮 1 连接原动件转速为 n0 =720 r / 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 r1 50mm ， 皮带 2 的半径为 r1 150 mm ，根据皮带传动原理有：nr1 = n0 (1) 皮带 1 与皮带 2 的转速与半径成反比：齿轮系传动nr1 = r2 (2) nr 2 r1如图所示，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：由上式可得：nz1 nr2 nz2z1nnzz31z2 nz2(3) nz4z3nz3 z4nz4 = n0r1z1z3 (4) r2 z2 z4直齿锥齿轮如图所示，直齿轮 4 与直齿锥齿轮 5、凸轮 10（后图）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 7 同轴连接，根据齿轮传动原理有：由凸轮 10 与直齿锥齿轮同轴传动有：nz5 = nz4 (5) nz6 = nz5 (6)n8 = nz6 (7)根据提供的原动件转速为 n0 720 r / min 的交流电动机与课程设计要求，在 n0 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，可以得到凸轮 12 的转速为：n8n7 10r/min10π 30π 3rad/s同时，齿轮 4 与齿轮 7 是同轴传动，故nz4n7π 3rad/s则n0720r/min720π 3024πrad/s根据公式(4)可以得出：nz 4r1z1z3 r2 z2 z4n024r1z1z3 r2 z2 z4πrad/s因此由上两式可以得出:r1z1z3 1 r2 z2 z4 72 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故我们得出:r1z1z3 1 1 1 1 r2 z2 z4 3 4 6 72r2 3r1 , z2 4z1 , z4 6z3645图直齿锥齿轮传动各齿轮参数如下表：模数(mm)齿轮 12齿轮 22齿轮 32齿轮 42直齿锥 5、6、7、 38检料机构压力角 (°)齿数(个)直径 (mm)202040208016020204020120 240202575表分锥角 (°)/ / / /90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 46mm ，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：a 15根据课题设计要求可设置相应尺寸大小如下表:料道直径（mm）料道 1 42料道 2 44料道 3 46设置滑块轨道有关尺寸为： h1 103 .172 mm h2 50.55mm h 3 52.622mm h4 5mm送料机构C B A1.曲柄滑块设计 根据平常作图经验，我们设定曲柄滑块机构的行程速比系数 K=，则极位夹 角为 30 度，这将有助于我们计算，再将 A 与滑块中心所在平面的距离定 为 120，滑块最大行程定位为 200，运用这些初始数据我们就可以通过作 图法来设计能满足要求的机构。