健身球分類機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、江西農(nóng)業(yè)大學(xué)江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院工學(xué)院機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 課程題目：課程題目： 健身球檢測分類機(jī)健身球檢測分類機(jī) 專專 業(yè)：業(yè)： 機(jī)械制造及自動(dòng)化機(jī)械制造及自動(dòng)化 姓姓 名：名： 學(xué)學(xué) 號：號： 班班 級：級： 指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師： 康麗春康麗春 2目錄目錄1.設(shè)計(jì)要求.32:各機(jī)構(gòu)方案比較、選擇 .32.1 進(jìn)料機(jī)構(gòu).42.2:送料機(jī)構(gòu) .4方案 1：曲柄滑塊機(jī)構(gòu).4方案 2：凸輪滑塊機(jī)構(gòu).4方案 3：四桿機(jī)構(gòu).52.21:送料機(jī)構(gòu)方案分析、比較 .52.22：送料機(jī)構(gòu)方案確定.52.3 檢測機(jī)構(gòu)：.5方案 1：凸輪+滑道機(jī)構(gòu).5方案 2：槽輪+轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)+半圓形環(huán)狀管道 .62.

2、31：檢測機(jī)構(gòu)方案分析、比較.62.32：檢測機(jī)構(gòu)方案確定.72.4：接料機(jī)構(gòu)：.7方案 1：四分之一圓管.7方案 2： 機(jī)械手.72.41：接料機(jī)構(gòu)方案分析、比較.82.42：檢測機(jī)構(gòu)方案確定.82.5：最終機(jī)構(gòu)方案的組合：.83.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖.84.工作原理.95.傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算.105.1 減速裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算：.105.2 槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算：.125.3 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算：.135.4：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算.176.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖.187.致謝：.198.參考文獻(xiàn)：.203 1.設(shè)計(jì)要求 健身球自動(dòng)檢驗(yàn)分類機(jī)，將不同直徑尺寸的健身球（石料）按直徑分類。檢測后送入各自指定位置，整

3、個(gè)工作過程（包括進(jìn)料、送料、檢測、接料）自動(dòng)完成。 健身球直徑范圍為 4046mm，要求分類機(jī)將健身球按直徑的大小分為三類。1. 40第一類422. 42第二類443. 44第三類46方案選擇：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）：960 生產(chǎn)率/檢球速度（個(gè)/min）:20 工作情況分析工作情況分析4 2:各機(jī)構(gòu)方案比較、選擇2.1 進(jìn)料機(jī)構(gòu)2.2:送料機(jī)構(gòu)方案 1：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)方案 2：凸輪滑塊機(jī)構(gòu)5方案 3：四桿機(jī)構(gòu)2.21:送料機(jī)構(gòu)方案分析、比較方案 1: 機(jī)構(gòu)為低副面接觸使得接觸面單位面積所受壓力較小，接觸面便于潤滑，制造方便且精度高。能實(shí)現(xiàn)小球的逐個(gè)進(jìn)料，滑塊在運(yùn)動(dòng)的過程中，料斗里的球?qū)瑝K有

4、正向的壓力，故滑塊的速度不宜過快，否則滑塊的磨損較嚴(yán)重。方案 2：凸輪機(jī)構(gòu)可使從動(dòng)件得到精確的預(yù)期運(yùn)動(dòng)，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便，能實(shí)現(xiàn)小球精確的進(jìn)料，但凸輪的加工制造困難，成本高，行程不宜過大，而且為高副接觸易磨損。方案 3:能滿足工作要求，要實(shí)現(xiàn)小球的精確進(jìn)料需要嚴(yán)格的數(shù)學(xué)計(jì)算，桿件的形狀復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度大。.2.22：送料機(jī)構(gòu)方案確定 綜合各方因素考量后，確定為方案 162.3 檢測機(jī)構(gòu)：方案 1：凸輪+滑道機(jī)構(gòu) 方案 2：槽輪+轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)+半圓形環(huán)狀管道2.31：檢測機(jī)構(gòu)方案分析、比較方案 1： 該機(jī)構(gòu)比較簡潔，但是并不能滿足任務(wù)要求，因?yàn)榻∩砬虻闹睆较嗖畈淮螅瑱C(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生震動(dòng)，

5、容易使直徑稍大的球容易卡入小直徑的滑道，當(dāng)凸輪在推程工作的時(shí)候需要較大的推力，并且會使得小球和滑道的接觸表面嚴(yán)重受損，使得工作不可靠，最終會喪失分球機(jī)構(gòu)的精度。并且此機(jī)構(gòu)要求凸輪的從動(dòng)件行程較大，使得凸輪的外形尺寸變大，笨重，不緊湊。方案 2： 用槽輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)撥料轉(zhuǎn)盤，球在撥料轉(zhuǎn)盤停歇的時(shí)間里7實(shí)現(xiàn)找正位置、檢測、下落等過程，但是當(dāng)直徑較大的球在直徑較小的空上方時(shí)，因?yàn)榍虻闹睆较嗖畈淮?，球會卡在孔里，使得撥片無法推動(dòng)小球到下一個(gè)孔進(jìn)行檢測，則需要推出機(jī)構(gòu)將卡在空中的小球推出。2.32：檢測機(jī)構(gòu)方案確定 綜合考慮，選擇方案 2，在半圓形環(huán)狀滑道的下方用凸輪驅(qū)動(dòng)一頂出機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求。因?yàn)榍蛑?/p>

6、可能卡在直徑為 42 或44 的孔，故只需要在 42 和 44 孔下方加入球的頂出機(jī)構(gòu)即可，考慮到凸輪的設(shè)計(jì)制造比較復(fù)雜，同時(shí)兩頂出機(jī)構(gòu)要求的動(dòng)作完全同步，所以將兩個(gè)頂出機(jī)構(gòu)連在一個(gè)機(jī)架上，用一個(gè)凸輪驅(qū)動(dòng)。頂出裝置機(jī)構(gòu)簡圖2.4：接料機(jī)構(gòu)：方案 1：四分之一圓管8方案 2： 機(jī)械手2.41：接料機(jī)構(gòu)方案分析、比較方案 1：機(jī)構(gòu)簡單，能實(shí)現(xiàn)將小球的垂直方向的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成水平方向的運(yùn)動(dòng)，減少了小球接料時(shí)的沖擊，能與分檢機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)較好的銜接，不需要?jiǎng)恿Φ妮斎?，減少了原動(dòng)機(jī)的負(fù)荷。方案 2：雖然能實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求，但是機(jī)構(gòu)復(fù)雜，中間實(shí)現(xiàn)機(jī)械手開合的凸輪設(shè)計(jì)制造復(fù)雜。2.42：檢測機(jī)構(gòu)方案確定 綜合各方因素考量

7、后，確定為方案 22.5：最終機(jī)構(gòu)方案的組合：93.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖4.工作原理 工作初始狀態(tài)時(shí)，送料機(jī)構(gòu)的曲柄滑塊位移大小為 0，等待送料，頂出裝置的凸輪在近休程的初始位置，檢測機(jī)構(gòu)的槽輪機(jī)構(gòu)的撥盤置于空行程的開始位置。當(dāng)啟動(dòng)電源時(shí)，送料機(jī)構(gòu)在一秒鐘后將球推出，然后經(jīng)過 2s 空回程到原初始位置，小球經(jīng)過大概 0.5s 的時(shí)間，進(jìn)入撥料轉(zhuǎn)盤，因撥料轉(zhuǎn)盤和槽輪機(jī)構(gòu)是固連的，所以在啟動(dòng)電源后的 2.25s 時(shí)間內(nèi)都是禁止的，能夠保證小球準(zhǔn)確進(jìn)入撥料轉(zhuǎn)盤，在接通電源 1.25s 后，頂出裝置開始動(dòng)作，并在 1s 鐘之內(nèi)將頂塊推置檢測裝置的直徑為 42，和直徑為 44 的檢測小孔下，將非對應(yīng)檢測小孔直

8、徑的小球頂出，并保持此位置 0.125s，以保證下一步，撥料轉(zhuǎn)盤能順利推動(dòng)小球。小球剛被頂出時(shí)，槽輪機(jī)構(gòu)的撥盤經(jīng)過2.25s 空行程后開始進(jìn)入槽輪嚙合，帶動(dòng)撥料轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng) 90 度，并且經(jīng)過 0.125s 順利將小球撥離未成功檢測的小孔，此時(shí)頂出機(jī)構(gòu)經(jīng)過0.625s 空回程回到初始位置，撥料轉(zhuǎn)盤再經(jīng) 0.625s 將小球送入下一10個(gè)檢測孔進(jìn)行檢測，經(jīng)過最大孔的轉(zhuǎn)料撥盤回轉(zhuǎn) 90 度后進(jìn)入接料的位置，此時(shí)撥料轉(zhuǎn)盤共耗時(shí) 3s，頂出機(jī)構(gòu)也共耗時(shí) 3s，送料機(jī)構(gòu)也耗時(shí) 3s，并且所有機(jī)構(gòu)回到原初始位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的工作。5.傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 減速裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算： 因電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/m

9、in）：960 生產(chǎn)率/檢球速度（個(gè)/min）:20健身球的分檢裝置中槽輪機(jī)構(gòu)中撥盤每轉(zhuǎn)一周檢測出 1 個(gè)球，而生產(chǎn)率為 20 個(gè)每分鐘，所以撥盤的轉(zhuǎn)速為 20r/min。由運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖可知，因要關(guān)聯(lián)到送料機(jī)構(gòu)及頂出機(jī)構(gòu)的同步工作，所以此三機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速均為 20r/min故減速器的減速比為 i=960/20=48 因傳動(dòng)比不是很大，選擇使用定軸輪系，三級減速。查找相關(guān)資料后，設(shè)計(jì)出的傳動(dòng)簡圖為：11各齒輪的齒數(shù)為：Z1=20； Z2=60 ；Z3=20 ；Z4=80 ；Z5=20；Z6=80各級減速機(jī)構(gòu)的減速比：31212iii43434iii45656iii4856341216iiii 實(shí)現(xiàn)了整

10、個(gè)減速裝置的減速比為 48 的要求，為了制造的方便以及齒輪能正確嚙合，查找相關(guān)國標(biāo)，該減速裝置所用到的齒輪模數(shù)均為m=2齒輪 1 和齒輪 2 的傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算如下：兩輪均設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)齒輪：模數(shù) m=2；壓力角；齒寬 b=20020齒輪 1齒輪 2分度圓直徑4022011 mzd12026022 mzd齒頂高221mhhaa齒根高5 . 2225. 01mchhaf齒頂圓直徑44211aahdd124222aahdd齒根圓直徑35211ffdd135222ffdd12基圓直徑59.37cos11ddb76.112cos22ddb中心距802112dda重合度.(1)2211costantantant

11、anmrrbb .(2) 011131.3213cosabrra.(3) 022224.5802cosabrra聯(lián)立（1） （2） （3）得出67. 15.2 槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算： 要滿足設(shè)計(jì)動(dòng)力傳動(dòng)要求，所需的槽輪機(jī)構(gòu)為四槽外槽輪機(jī)構(gòu)，槽輪的四槽均勻分布，撥盤的轉(zhuǎn)速 N1=20r/min，所以撥盤的轉(zhuǎn)動(dòng)周期 T1=3s,槽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期 T=12s槽輪的分度轉(zhuǎn)位時(shí)間 tf=1/43=0.75s,停歇的時(shí)間 td=3-0.75=2.25因?yàn)椴圯喌乃牟劬鶆蚍植?，兩槽之間的夾角為 90，取撥盤與槽輪餓中心距 L=100mm,撥桿圓銷半徑 r1=8mm,槽輪在槽口處厚度 b=5mm 由幾何關(guān)系可知：圓

12、銷中心的軌跡半徑 R=Lsin45=70.71mm槽輪的外圓半徑 R2=45sin45sin88LL=71.15mm槽輪槽的深度 h=R-(L-R)+r=49.42mm13撥盤的半徑 R3=R-r-b=57.71mm槽輪機(jī)構(gòu)原理圖為：5.3 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算： 考慮到工作時(shí)頂出機(jī)構(gòu)為輕載，凸輪的工況及裝配時(shí)的尺寸要求。決定采用平頂從動(dòng)件 ，因凸輪與平底的接觸面易于形成油膜，潤滑效果較好。在不計(jì)摩擦?xí)r凸輪對從動(dòng)件的作用力始終垂直于從件的平底，故受力平衡傳動(dòng)效率高，且壓力角為零。參考運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，及考慮凸輪的工況后得出以下參數(shù)：凸輪的推程為 h=25.7 凸輪的推程和回程均采用柔性沖擊的余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)

13、律： 14cos12hs凸輪的基圓半徑為：r=70推程角o120遠(yuǎn)休程角015s回程角075近休程角150s平頂從動(dòng)件實(shí)際輪廓曲線解析式為：)sin()cos(ddssrX)cos()sin(ddssrY將以上參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng) CREO1.0 編輯后得出凸輪實(shí)際輪廓曲線。如下：（a）圖所示為凸輪實(shí)際輪廓曲線,圖（b）為凸輪實(shí)際輪廓線和從動(dòng)件的初始位置。 （a） （b）將其輪廓曲線進(jìn)行曲率分析后得出：15最小曲率半徑為：4320.21min最大曲率半徑為：3608.144max分析結(jié)果下圖所示：經(jīng) CREO1.0 對凸輪平頂從動(dòng)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析后得出的，位移曲線圖、速度曲線圖、及加速度曲線圖、

14、分別如下所示：16175.4：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為進(jìn)料機(jī)構(gòu)，參考運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖可得出，當(dāng)檢測機(jī)構(gòu)每隔 3S 中檢測一個(gè)小球后，送料機(jī)構(gòu)也必須每隔 3S 中送進(jìn)一個(gè)小球。為了減少小球在滑道的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，采用具有急回特性的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，其工進(jìn)為快行程。其各參數(shù)需滿足：beaabbaLabba2cos222其中極位夾角為 ，偏心距為 e3，曲柄為 a，連桿為 b，行程為 L綜合考慮后決定工進(jìn)時(shí)間為 1s，慢行程為 2s。為保證小球能準(zhǔn)確推出參考機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖可得 L=68所以工進(jìn)時(shí)曲柄轉(zhuǎn)角為 120，回程轉(zhuǎn)角為 240，得極位夾角060故其急回特性26018060180180180000

15、000K經(jīng)計(jì)算取曲柄 a=30,連桿 b=43.86，偏心距 e=13 能夠滿足上述機(jī)構(gòu)要求。18校核行程的位移曲線圖如下6.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖1920217.致謝： 整個(gè)課程檢驗(yàn)了我們平時(shí)學(xué)習(xí)的效果，同樣也融入了學(xué)以致用的原則，開始拿到課程設(shè)計(jì)題目根本不知道如何下手，周圍的同學(xué)、朋友給了我不少幫助，自己才逐漸弄清方向！做課程設(shè)計(jì)的這一段時(shí)間，讓我明白合作的重要性，大家集思廣益對一個(gè)問題總能給出多種解決的辦法，從中進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮Y選與整合從而得出最優(yōu)解，在這個(gè)過程里我們又將所學(xué)到的知識強(qiáng)化了！ 能夠完成這份課程設(shè)計(jì)，我要衷心的感謝我們小組的每一位成員，還有王一達(dá)同學(xué)給了我許多很好的設(shè)計(jì)理念，雖然這份課程設(shè)計(jì)還存在這樣或那樣的問題，但是當(dāng)我們就一個(gè)問題需要解決的時(shí)候，不管問題有多么的繁瑣，我們小組的每一位成員都