健身球分类机课程设计

江西农业大学
工学院
《机械原理课程设计》课程题目：健身球检测分类机专业：机械制造及自动化姓名：
学号：
班级：
指导老师：康丽春
目录
1.设计要求................................................... 错误!未定义书签。

2:各机构方案比较、选择....................................... 错误!未定义书签。

进料机构................................................... 错误!未定义书签。

:送料机构.................................................. 错误!未定义书签。

方案1：曲柄滑块机构................................... 错误!未定义书签。

方案2：凸轮滑块机构................................... 错误!未定义书签。

方案3：四杆机构....................................... 错误!未定义书签。

:送料机构方案分析、比较.................................. 错误!未定义书签。

：送料机构方案确定....................................... 错误!未定义书签。

检测机构：................................................. 错误!未定义书签。

方案1：凸轮+滑道机构.................................. 错误!未定义书签。

方案2：槽轮+转盘机构+半圆形环状管道................... 错误!未定义书签。

：检测机构方案分析、比较................................. 错误!未定义书签。

：检测机构方案确定....................................... 错误!未定义书签。

：接料机构：............................................... 错误!未定义书签。

方案1：四分之一圆管................................... 错误!未定义书签。

方案2：机械手....................................... 错误!未定义书签。

：接料机构方案分析、比较................................. 错误!未定义书签。

：检测机构方案确定....................................... 错误!未定义书签。

：最终机构方案的组合：..................................... 错误!未定义书签。

3.机构运动循环图............................................. 错误!未定义书签。

4.工作原理................................................... 错误!未定义书签。

5.传动系统的设计计算......................................... 错误!未定义书签。

减速装置的设计计算：....................................... 错误!未定义书签。

槽轮机构的设计计算：....................................... 错误!未定义书签。

凸轮机构的设计计算：....................................... 错误!未定义书签。

：曲柄滑块机构的设计计算................................... 错误!未定义书签。

6.机构运动简图............................................... 错误!未定义书签。

7.致谢：..................................................... 错误!未定义书签。

8.参考文献：................................................. 错误!未定义书签。

1.设计要求
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≤ф42
2. ф42<第二类≤ф44
3. ф44<第三类≤ф46
方案选择：电动机转速（r/min）：960 生产率/检球速度（个/min）:20
工作情况分析
2:各机构方案比较、选择进料机构
:送料机构
方案1：曲柄滑块机构
方案2：凸轮滑块机构
方案3：四杆机构
:送料机构方案分析、比较
方案1: 机构为低副面接触使得接触面单位面积所受压力较小，接触面便于润滑，制造方便且精度高。

能实现小球的逐个进料，滑块在运动的过程中，料斗里的球对滑块有正向的压力，故滑块的速度不宜过快，否则滑块的磨损较严重。

方案2：凸轮机构可使从动件得到精确的预期运动，且结构简单、紧凑、设计方便，能实现小球精确的进料，但凸轮的加工制造困难，成本高，行程不宜过大，而且为高副接触易磨损。

方案3:能满足工作要求，要实现小球的精确进料需要严格的数学计算，杆件的形状复杂，设计难度大。

.
：送料机构方案确定
综合各方因素考量后，确定为方案1
检测机构：
方案1：凸轮+滑道机构
方案2：槽轮+转盘机构+半圆形环状管道
：检测机构方案分析、比较
方案1：该机构比较简洁，但是并不能满足任务要求，因为健身球的直径相差不大，机器运转过程中会产生震动，容易使直径稍大的球容易卡入小直径的滑道，当凸轮在推程工作的时候需要较大的推力，并且会使得小球和滑道的接触表面严重受损，使得工作不可靠，最终会丧失分球机构的精度。

并且此机构要求凸轮的从动件行程较大，使得凸轮的外形尺寸变大，笨重，不紧凑。

方案2：用槽轮机构带动拨料转盘，球在拨料转盘停歇的时间里实
现找正位置、检测、下落等过程，但是当直径较大的球在直径较小的空上方时，因为球的直径相差不大，球会卡在孔里，使得拨片无法推动小球到下一个孔进行检测，则需要推出机构将卡在空中的小球推出。

：检测机构方案确定
综合考虑，选择方案2，在半圆形环状滑道的下方用凸轮驱动一顶出机构，以实现任务要求。

因为球只可能卡在直径为Φ42或Φ44的孔，故只需要在Φ42和Φ44孔下方加入球的顶出机构即可，考虑到凸轮的设计制造比较复杂，同时两顶出机构要求的动作完全同步，所以将两个顶出机构连在一个机架上，用一个凸轮驱动。

顶出装置机构简图
：接料机构：
方案1：四分之一圆管
方案2：机械手
：接料机构方案分析、比较
方案1：机构简单，能实现将小球的垂直方向的运动转换成水平方向的运动，减少了小球接料时的冲击，能与分检机构实现较好的衔接，不需要动力的输入，减少了原动机的负荷。

方案2：虽然能实现任务要求，但是机构复杂，中间实现机械手开合的凸轮设计制造复杂。

：检测机构方案确定
综合各方因素考量后，确定为方案2
：最终机构方案的组合：
3.机构运动循环图
4.工作原理
工作初始状态时，送料机构的曲柄滑块位移大小为0，等待送料，顶出装置的凸轮在近休程的初始位置，检测机构的槽轮机构的拨盘置于空行程的开始位置。

当启动电源时，送料机构在一秒钟后将球推出，然后经过2s空回程到原初始位置，小球经过大概的时间，进入拨料转盘，因拨料转盘和槽轮机构是固连的，所以在启动电源后的时间内都是禁止的，能够保证小球准确进入拨料转盘，在接通电源后，顶出装置开始动作，并在1s钟之内将顶块推置检测装置的直径为42，和直径为44的检测小孔下，将非对应检测小孔直径的小球顶出，并保持此位置，以保证下一步，拨料转盘能顺利推动小球。

小球刚被顶出时，槽轮机构的拨盘经过空行程后开始进入槽轮啮合，带动拨料转盘转动90度，并且经过顺利将小球拨离未成功检测的小孔，此时顶出机构经过空回程回到初始位置，拨料转盘再经将小球送入下一个检测孔进行检测，经过最大孔的转料拨盘回转90度后进入接料的位置，
此时拨料转盘共耗时3s，顶出机构也共耗时3s，送料机构也耗时3s，并且所有机构回到原初始位置，准备进行下一个循环的工作。

5.传动系统的设计计算
减速装置的设计计算：
因电动机转速（r/min）：960 生产率/检球速度（个/min）:20健身球的分检装置中槽轮机构中拨盘每转一周检测出1个球，而生产率为20个每分钟，所以拨盘的转速为20r/min。

由运动循环图可知，因要关联到送料机构及顶出机构的同步工作，所以此三机构的转速均为20r/min
故减速器的减速比为i=960/20=48
因传动比不是很大，选择使用定轴轮系，三级减速。

查找相关资料后，设计出的传动简图为：
各齿轮的齿数为：Z1=20； Z2=60 ；Z3=20 ；Z4=80 ；Z5=20；Z6=80
各级减速机构的减速比：
31212==i i i 43434==i i i 45
656==i i i 48
56341216=⨯⨯=i i i i 实现了整个减速装置的减速比为48的要求，为了制造的方便以及齿轮能正确啮合，查找相关国标，该减速装置所用到的齿轮模数均为m=2
齿轮1和齿轮2的传动设计计算如下：
两轮均设计为标准齿轮：模数m=2；压力角020=α；齿宽b=20
槽轮机构的设计计算：
要满足设计动力传动要求，所需的槽轮机构为四槽外槽轮机构，槽轮的四槽均匀分布，拨盘的转速N1=20r/min ，所以拨盘的转动周期T1=3s,槽轮的转动周期T=12s
槽轮的分度转位时间tf=1/4×3=,停歇的时间td==
因为槽轮的四槽均匀分布，两槽之间的夹角为90°，
取拨盘与槽轮饿中心距L=100mm,拨杆圆销半径r1=8mm,槽轮在槽口处厚度b=5mm
由几何关系可知：圆销中心的轨迹半径R=L ×sin45°=70.71mm 槽轮的外圆半径R2=45sin 45sin 88L L •+⨯=71.15mm
槽轮槽的深度h=R-(L-R)+r=49.42mm
拨盘的半径R3=R-r-b=57.71mm
槽轮机构原理图为：
凸轮机构的设计计算：
考虑到工作时顶出机构为轻载，凸轮的工况及装配时的尺寸要求。

决定采用平顶从动件，因凸轮与平底的接触面易于形成油膜，润滑效果较好。

在不计摩擦时凸轮对从动件的作用力始终垂直于从件的平底，故受力平衡传动效率高，且压力角为零。

参考运动循环图，及考虑凸轮的工况后得出以下参数：
凸轮的推程为h=
凸轮的推程和回程均采用柔性冲击的余弦运动规律：
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=ϕφπcos 12h s
凸轮的基圆半径为：r=70
推程角o 120=φ远休程角015=s φ回程角0'75=φ近休程角
150'=s φ
平顶从动件实际轮廓曲线解析式为：
())sin()cos(ηϕϕηηϕd ds s r X -+=
())cos()sin(ηϕϕηηϕd ds s r Y ++=
将以上参数输入计算机，经编辑后得出凸轮实际轮廓曲线。

如下：（a ）图所示为凸轮实际轮廓曲线,图（b ）为凸轮实际轮廓线和从动件的初始位置。

（a ） （b ）
将其轮廓曲线进行曲率分析后得出：
最小曲率半径为：
4320
.
21
min
=
ϕ
最大曲率半径为：
3608
.
144
max
=
ϕ
分析结果下图所示：
经对凸轮平顶从动件进行运动学分析后得出的，位移曲线图、速度曲线图、及加速度曲线图、分别如下所示：
：曲柄滑块机构的设计计算
曲柄滑块机构作为进料机构，参考运动循环图可得出，当检测机构每隔3S 中检测一个小球后，送料机构也必须每隔3S 中送进一个小球。

为了减少小球在滑道的运动时间，采用具有急回特性的曲柄滑块机构，其工进为快行程。

其各参数需满足：
b e a ≤+
()()()()
a b b a L a b b a -+--++=2cos 2
22θ 其中极位夹角为θ，偏心距为e3，曲柄为a ，连杆为b ，行程为L 综合考虑后决定工进时间为1s ，慢行程为2s 。

为保证小球能准确推出参考机构运动简图可得L=68
所以工进时曲柄转角为120，回程转角为240，得极位夹角0
60=θ 故其急回特性26018060180180180000
000=-+=-+=θθK 经计算取曲柄a=30,连杆b=，偏心距e=13能够满足上述机构要求。

校核行程的位移曲线图如下
6.机构运动简图
7.致谢：
整个课程检验了我们平时学习的效果，同样也融入了学以致用的原则，开始拿到课程设计题目根本不知道如何下手，周围的同学、朋友给了我不少帮助，自己才逐渐弄清方向！做课程设计的这一段时间，让我明白合作的重要性，大家集思广益对一个问题总能给出多种解决的办法，从中进行适当的筛选与整合从而得出最优解，在这个过程里我们又将所学到的知识强化了！
能够完成这份课程设计，我要衷心的感谢我们小组的每一位成员，还有王一达同学给了我许多很好的设计理念，虽然这份课程设计还存在这样或那样的问题，但是当我们就一个问题需要解决的时候，不管问题有多么的繁琐，我们小组的每一位成员都想尽办法取解决它，都从各个方面提出自己解决问题的办法，常常为了一个问题的数据计算而熬夜，当对设计方案进行优化时，我们都尽可能的考虑到每一个工作的细节，让设计和方案尽可能的完美！
8.参考文献：
[1] 吕庸厚、沈爱红. 组合机构设计与应用创新. 机械工业出版社，2008
[2] 邹慧君、殷鸿梁. 间歇运动机构设计与应用创新. 机械工业出版社，2008
[3] 华大年、华志宏. 连杆机构设计与应用创新. 机械工业出版社，2008
[4] 邹慧君.机构系统设计与应用创新. 机械工业出版社，2008。