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第 30 頁 目 錄 第一章 功能與設(shè)計要求 2 1.1功能要求 2 1.2工作原理 2 1.3功能分解 2 1.4功能原理的工藝過程分解 3 第二章 機械系統(tǒng)的選擇與比較 5 2.1電動機的選取 5 2.2傳動機構(gòu)的選取與比較 5 2.3執(zhí)行機構(gòu)的選取與比較 7 2.4構(gòu)件的運動形式 9 2.5機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖 9 2.6用形態(tài)學(xué)矩陣法創(chuàng)建機械系統(tǒng)運動方案 10 第三章 尺寸設(shè)計 11 3.1電動機 11 3.2減速裝置 11 3.3皮帶傳動 12 3.4齒輪系傳動 13 3.5直齒錐齒輪 13 3.6檢料機構(gòu) 15 3.7送料機構(gòu) 16 3.8凸輪機構(gòu) 18 第四章 方案分析與評價 20 4.1優(yōu)點 20 4.2缺點 20 4.3改進(jìn) 21 附錄 22 總結(jié) 28 參考文獻(xiàn)...................................................................................................................29 第一章 功能與設(shè)計要求 1.1功能要求 具體設(shè)計要求如下： 健身球檢驗分類機能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)球、送球、檢測球、接球的一體化功能。健身球自動檢驗分類機，將不同直徑尺寸的健身球（石料）按直徑分類。健身球直徑范圍為ф40～ф46mm，要求分類機將健身球按直徑的大小分為三類。 1.ф40 mm≤第一類≤ф42 mm 2.ф42 mm<第二類≤ф44 mm 3.ф44 mm<第三類≤ф46 mm 1.2工作原理 健身球檢驗分類機是由進(jìn)料機構(gòu)、送料機構(gòu)、接料機構(gòu)以及電動機組成。進(jìn)料機構(gòu)是持定量的健身球，以直線、間歇的運動過程進(jìn)球；送料機構(gòu)是在往復(fù)直線運動過程中，運用曲柄滑塊或者凸輪推桿使健身球能持續(xù)定量的進(jìn)入工作臺相對應(yīng)的小槽內(nèi)，根據(jù)效率要求，讓健身球每6秒鐘進(jìn)入一個，使工作持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行；檢驗機構(gòu)是由上往下直徑分別為42mm、44mm、46mm的小槽，根據(jù)小球能通過而打球不能通過的原理，使健身球直徑為40mm至42mm的可以通過第一個孔，使健身球直徑為42mm至44mm的可以通過第二個孔，使健身球直徑為44mm至46mm的可以通過第三個孔，從而通過孔的大小實現(xiàn)對健身球的檢驗以及分類；接料裝置是在運用接球通道將掉下來的球通過滾槽進(jìn)入指定的裝置，把球按分類裝好。 1.3功能分解 為了實現(xiàn)將健身球自動分類的總功能，可將總功能分解為如下分功能： 1. 健身球定量進(jìn)球功能； 2. 健身球定量送球及定位功能； 3. 健身球大小檢驗功能； 4. 接球功能。 其功能邏輯圖如下： 持定量健身球，以直線、間歇的進(jìn)球。 定量進(jìn)球 定量送球 直線往復(fù)的運動。運用曲柄滑塊機構(gòu)使健身球能持續(xù)的進(jìn)入工作臺相對應(yīng)的小槽內(nèi)，使工作能持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行。 健身球檢驗分類機的工作系統(tǒng) 健身球間歇得掉下來，尺寸最的直接掉進(jìn)第一個孔，稍大得都卡在那里。 精確檢驗健身球 運用滑塊或偏心輪，把健身球推到第2個孔，然后再把最大的推到最大的孔。 運用接球通道將分類掉下來球通過，然后再用接球儀器將球接住。 接球裝置 1.4功能原理的工藝過程分解 1.定量進(jìn)球功能：用曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)有規(guī)律的往復(fù)運動，控制進(jìn)球速度，當(dāng)滑塊往回運動到進(jìn)料口時，健身球自動進(jìn)球，然后滑塊向右運動時進(jìn)料口停止進(jìn)球，從而使健身球按規(guī)律定量進(jìn)球。其原理如圖1.4a所示。 圖1.4a 2.定量送球功能：用曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)有規(guī)律的往復(fù)運動，當(dāng)滑塊向右運動時，將球推入推入送料口，使球進(jìn)入規(guī)定的位置，實現(xiàn)定量送球。其原理圖如圖1.4a所示。 3.檢驗健身球大小功能：通過孔徑的大小，控制進(jìn)球類型，40mm至42mm的球從第一個孔通過，42mm至44mm的球從第二個孔通過從而達(dá)到健身球分類的目的。其原理圖如圖1.4b所示。 4.接料功能：健身球通過不同大小的孔分類后，通過規(guī)定的通道，將球送入到指定的接料裝置內(nèi)，從而把分類好的健身球按規(guī)定裝好。其原理圖如圖1.4b所示。 圖1.4b 第二章 機械系統(tǒng)的選擇與比較 2.1電動機的選取 發(fā)動機是是機器中運動和動力的來源，其種類很多，有電動機、汽油機、液壓機、氣動馬達(dá)等。電機結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、控制方便、維護(hù)容易。而健身球檢驗分類機屬于工業(yè)批量生產(chǎn)中的應(yīng)用，考慮實際場景，一般工廠用電220V以上，原動機易選用220v交流電動機，為減少噪音一般不用氣動機，從整個設(shè)計方案考慮，要達(dá)到高產(chǎn)率且減少減速過程機構(gòu)，宜采用轉(zhuǎn)速較低的電動機。根據(jù)要求，我們這里采用的是轉(zhuǎn)速為720r/min的電機。 2.2傳動機構(gòu)的選擇與比較 機械系統(tǒng)中的傳動機構(gòu)是把原動機輸出的機械能傳遞給執(zhí)行機構(gòu)并實現(xiàn)能量的分配、轉(zhuǎn)速的改變及運動形式的改變的中間裝置。傳動機構(gòu)最常見的有齒輪傳動、帶傳動、蝸桿傳動等。它們的特點如下表所示： 特點 壽命 應(yīng)用 齒輪傳動 承載能力和速度范圍大；傳動比恒定，可獲得較大傳動比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安裝精度要求高，精度低時，運轉(zhuǎn)有噪音；無過載保護(hù)作用 取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強度以及抗膠合與抗磨損能力 金屬切削機床、汽車、起重運輸機械、冶金礦山機械以及儀器等 蝸桿傳動 結(jié)構(gòu)緊湊，單級傳動能得到很大的傳動比；傳動平穩(wěn)，無噪音；可制成自鎖機構(gòu)；傳動比大、滑動速度低時效率低；中、高速傳動需用昂貴的減磨材料；制造精度要求高，刀具費用貴。 制造精確，潤滑良好，壽命較長；低速傳動，磨損顯著 金屬切削機床（特別是分度機構(gòu)）、起重機、冶金礦山機械、焊接轉(zhuǎn)胎等 帶傳動 軸間距范圍大，工作平穩(wěn)，噪音小，能緩和沖擊，吸收振動；摩擦型帶傳動有過載保護(hù)作用；結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安裝要求不高；外廓尺寸較大；摩擦型帶有滑動，不能用于分度鏈；由于帶的摩擦起電，不宜用于易燃易爆的地方；軸和軸承上的作用力很大，帶的壽命較短 帶輪直徑大，帶的壽命長。普通V帶3500-5000h 金屬切削機床、鍛壓機床、輸送機、通風(fēng)機、農(nóng)業(yè)機械和紡織機械 鏈傳動 軸間距范圍大；傳動比恒定；鏈條組成件間形成油膜能吸振，工作可靠；作用在軸上的荷載小；運轉(zhuǎn)的瞬時速度不均勻，高速時不如帶傳動平穩(wěn)；鏈條工作時，特別是因磨損產(chǎn)生伸長以后，容易引起共振，因而需增設(shè)張緊和減振裝置 與制造質(zhì)量有關(guān) 5000-15000h 農(nóng)業(yè)機械、石油機械、礦山機械、運輸機械和起重機械等 圖2.1 由上述幾種主要的傳動裝置相互比較可知，齒輪傳動、帶傳動用于減速，故選用帶傳動和齒輪傳動,齒輪傳動效率高，工作可靠、傳動精確。 2.3執(zhí)行機構(gòu)的選取與比較 1.送料機構(gòu) ⑴對心凸輪機構(gòu) 圖2.3a ⑵曲柄滑塊機構(gòu) 圖2.3b 以上兩種傳動機構(gòu)各有特色，兩者都同樣能完成工作任務(wù)，但前者若采用擺線或五次多項式運動規(guī)律，則可避免沖擊，并且結(jié)構(gòu)簡單，便于設(shè)計，桿件少，功能損失少，但不便于加工。后者有急回特性，可實現(xiàn)快進(jìn)慢退，有利于實現(xiàn)運動的配合，其易于加工，容易設(shè)計，綜合考慮決定選用后者，即曲柄滑塊機構(gòu)。 2檢料機構(gòu) ⑴方案一：采用不同孔徑大小的通道使球分類 圖2.3c ⑵方案二：采用凸輪的運動控制孔徑的大小從而使球分類 圖2.3d 上訴兩種檢驗機構(gòu)都能完成我們要達(dá)到的功能任務(wù)。前者設(shè)計機構(gòu)簡單，運動形式少，占地面積較小。后者則設(shè)計機構(gòu)復(fù)雜，運動形式多，運動不易配合，接料裝置不好設(shè)計。故選用方案一，即采用不同孔徑通道大小使球分類。 3.按類接球裝置 如下圖所示： 圖2.3e 2.4構(gòu)件的運動形式 1；送料夾持器無間歇往復(fù)移動，可選用凸輪機構(gòu)，連桿機構(gòu)，組合機構(gòu)（如凸輪機構(gòu)+連桿機構(gòu)）等； 2；定位間歇往復(fù)移動，同樣可選用凸輪機構(gòu)，連桿機構(gòu)，組合機構(gòu)（如凸輪機構(gòu)+連桿機構(gòu)）等。 2.5機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖 根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運動形式，繪制出機械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換功能圖 圖2.5 2.6用形態(tài)學(xué)矩陣法創(chuàng)建機械運動的運動方案 根據(jù)機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖（圖2.5）可構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣（表2.6）。由表2.6所示的形態(tài)學(xué)矩陣可求出健身球檢驗分類機系統(tǒng)運動方案數(shù)為 N=22222=32 由給定的條件、各機構(gòu)的相容性、空間布置、類似產(chǎn)品的借鑒和設(shè)計等，我們可以從中選出較為實際可行的方案。表2.6中用線連的是選擇的最優(yōu)方案。 功能元 1 2 減速1 帶傳動 齒輪傳動 減速2 帶傳動 齒輪傳動 減速3 帶傳動 齒輪傳動 送料機構(gòu)無間歇往復(fù)移動 凸輪機構(gòu) 連桿機構(gòu) 推桿的間歇往復(fù)移動 凸輪機構(gòu) 連桿機構(gòu) 圖2.6 第三章 尺寸設(shè)計 3.1電動機 健身球檢驗分類機的動力源采用轉(zhuǎn)速為min/720r的交流電動機。 3.2減速裝置 本次設(shè)計采用的如下圖所示的減速器，由傳送帶和齒輪系構(gòu)成的減速裝置。其中一對齒輪比是有限的，由于本裝置需要較大的傳動比，故采用輪系來實現(xiàn)。 此分類機采用如圖所示的減速器，由傳送帶和齒輪系構(gòu)成的減速裝置。其中一對齒輪的傳動比是有限的，由于本裝置需要較大的傳動比，固采用輪系是來實現(xiàn)。 圖3.2 3.3皮帶傳動 圖3.3 如圖所示為皮帶減速機構(gòu)，帶輪1連接原動件轉(zhuǎn)速為的交流電動機，皮帶2連接齒輪系中的齒輪1，皮帶1的半徑為，皮帶2的半徑為，根據(jù)皮帶傳動原理有： =(1) 皮帶1與皮帶2的轉(zhuǎn)速與半徑成反比： =(2) 3.4齒輪系傳動 如圖3.2所示，帶輪2與齒輪1同軸傳動，齒輪1與齒輪2嚙合傳動，齒輪2與齒輪3同軸傳動，齒輪3與齒輪4嚙合傳動，齒輪4與直齒錐同軸連接，根據(jù)齒輪系傳動原理有： (3) 由上式可得： =(4) 3.5直齒錐齒輪 如圖3.5a所示，直齒輪4與直齒錐齒輪5、凸輪10（后圖）同軸傳動，直齒錐齒輪5與直齒錐齒輪6垂直嚙合，直齒錐齒輪6與7同軸連接，根據(jù)齒輪傳動原理有： =(5) =(6) 由凸輪10與直齒錐齒輪同軸傳動有： =(7) 根據(jù)提供的原動件轉(zhuǎn)速為的交流電動機與課程設(shè)計要求，在的前提下，設(shè)計機器的生產(chǎn)率為10個/min,設(shè)計的凸輪滑塊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)凸輪轉(zhuǎn)動一圈完成一個健身球的檢測，可以得到凸輪12的轉(zhuǎn)速為： 同時，齒輪4與齒輪7是同軸傳動，故 則 根據(jù)公式(4)可以得出： 因此由上兩式可以得出: 根據(jù)1比72的比例關(guān)系，我們選取適當(dāng)?shù)钠л啺霃胶妄X輪齒數(shù) 故我們得出: ,, 圖3.5a直齒錐齒輪傳動 各齒輪參數(shù)如下表： 模數(shù)(mm) 壓力角() 齒數(shù)(個) 直徑(mm) 分錐角() 齒輪1 2 20 20 40 / 齒輪2 2 20 80 160 / 齒輪3 2 20 20 40 / 齒輪4 2 20 120 240 / 直齒錐5、6、7、8 3 20 25 75 90 表3.5b 3.6檢料機構(gòu) 在檢料箱體中，滑塊1的軌道中設(shè)有待測球出口料道1、料道2、料道3，料道順序為尺寸從小到大往下設(shè)置，小球先檢測，接著檢測中球，大球最后檢測，料道尺寸設(shè)計稍大于，為了使球能夠快速穩(wěn)定地經(jīng)過料道尺寸檢測，設(shè)計軌道與水平夾角為： 根據(jù)課題設(shè)計要求可設(shè)置相應(yīng)尺寸大小如下表: 料道1 料道2 料道3 料道直徑（mm） 42 44 46 設(shè)置滑塊軌道有關(guān)尺寸為： 3.7送料機構(gòu) 3.7a 1.曲柄滑塊設(shè)計 根據(jù)平常作圖經(jīng)驗，我們設(shè)定曲柄滑塊機構(gòu)的行程速比系數(shù)K=1.4，則極位夾角為30度，這將有助于我們計算，再將A與滑塊中心所在平面的距離定為120，滑塊最大行程定位為200，運用這些初始數(shù)據(jù)我們就可以通過作圖法來設(shè)計能滿足要求的機構(gòu)。 具體作圖步聚：1.在直角坐標(biāo)系下畫水平線，長度為200； 2.作中垂線，再過做直線交與.且使 與成60度夾角； 3.作下方作它的平行線，兩者相距e=120； 4.過作圓，使兩點都在圓上，此時圓與的 平行線交與一點，連接,; 5.過點以為半徑畫圓，此圓交與,量取、 的長度，=/2, =（+）/2，得到長 度AB=82.37mm，BC=234.05mm； 6.C1、C2為滑塊的兩極位，C1C2=200mm。 圖3.7b 2曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析 2.1位置分析 見附錄一（附圖1.1） 2.2速度分析 見附錄一（附圖1.2） 2.3加速度分析 見附錄一（附圖1.3） 3.8凸輪機構(gòu) 1.凸輪設(shè)計 接料機構(gòu)用的是凸輪機構(gòu)，凸輪與推桿通過滾子連接，其基圓半徑R為80mm，偏心距為30mm，滾子半徑為5mm。 數(shù)據(jù)計算；在設(shè)計檢料裝置中，我們預(yù)設(shè)第一個料道起始端與滑塊平面的距離、各料道間的間距都為，料道1、料道2、料道3的孔徑大小分別為，料道的傾角為，電機未動時凸輪位于基圓部分，當(dāng)機器運轉(zhuǎn)時凸輪進(jìn)入上升階段，凸輪在球進(jìn)入滑道1的時候推桿需要上升,此后凸輪休止，有運動循環(huán)圖可知此時的休止角，若球無進(jìn)入料道1、則繼續(xù)下落到達(dá)料道2，此時再讓推桿停止一段時間，使球有足夠時間進(jìn)入料道2，此時的休止角，若球無進(jìn)入料道2、則繼續(xù)下落到達(dá)料道3，此時再讓推桿停止一段時間，使球有足夠時間進(jìn)入料道，此時的休止角。 通過檢料機構(gòu)與推桿的以上相對位置關(guān)系，我們確定此凸輪共分6段，各段轉(zhuǎn)角與升程數(shù)據(jù)如下表： 轉(zhuǎn)角（度） 0--120 120--150 150--210 210--240 240--330 330--360 推桿升程（mm） 103.17 0 -50.55 0 -52.62 0 接料 上升 休止 回程 休止 回程 休止 2.凸輪機構(gòu)的運動分析 見附錄二 3.9各機構(gòu)的運動循環(huán)圖 第四章 方案分析與評價 4.1優(yōu)點 (1) 結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高； (2)設(shè)計中大多零件使用標(biāo)準(zhǔn)件，機器互換性好； (3)篩選過程中使球逐個進(jìn)入，避免了健身球之間的相互碰撞和卡球現(xiàn)象； (4)具有較為確定的傳動比； (5)零件制造加工簡單； (6)傳送帶靠摩擦力工作，傳動平穩(wěn)，能緩沖吸震，噪聲小。 4.2缺點 (1) 機械機構(gòu)簡單，故精確度不高； (2) 機器大量使用齒輪，會產(chǎn)生噪音，且造價造價成本高； (3) 進(jìn)料裝置的流動性差，可能因卡球而間斷進(jìn)料； (4) 由于是逐個進(jìn)球，以至于生產(chǎn)效率低； (5) 球?qū)瑝K在整個生過程中都有壓力，會使滑塊與導(dǎo)軌面產(chǎn)生很大摩擦力，阻礙進(jìn)球； (6) 滑塊在急進(jìn)行程中會與球發(fā)生碰撞，會使整個機器震蕩； (7) 不適用于高速場合。 4.3改進(jìn) (1) 在進(jìn)料裝置中使用振蕩器，降低健身球球互卡發(fā)生的概率，但要通過精確的調(diào)整解卡振蕩器的頻率，從而減小噪音； (2) 用鑄鐵材料做支座，消減機器震蕩； (2) 使用摩擦系數(shù)較小的導(dǎo)軌，提高篩選精度； (3) 在儲球裝置處增加以凸輪滾子構(gòu)件，使球間歇進(jìn)入送料導(dǎo)軌，進(jìn)而避免球?qū)瑝K產(chǎn)生壓力； (4) 在滑塊左段添加一彈性套頭，進(jìn)而避免滑塊對球的剛性沖擊。 附錄一 附圖1.1 附圖1.2 附圖1.3 附錄二 附圖2.1 附圖2.2 附圖2.3 附錄四 圖附4機械系統(tǒng)運動方案簡圖 附錄五 圖附5健身球分類機三維圖 總結(jié) 從開學(xué)就斷斷續(xù)續(xù)的的學(xué)習(xí)PROE，直到現(xiàn)在開始做課程設(shè)計，時間已經(jīng)過了很久，應(yīng)該說是時間很充足，RROE應(yīng)該掌握的熟練了的，但是在這幾天的運用中，卻發(fā)現(xiàn)存在很大問題，一切會弄的那部分僅僅只是簡單的畫圖而已，距離做課程設(shè)計的要求還很遠(yuǎn)，在這十多天的設(shè)計中，只得遇到具體問題再找對應(yīng)視屏邊學(xué)邊弄，很費時間很費精力，基本上每天都坐在電腦前很長時間嘗試，但是經(jīng)過這么長時間的掙扎，對這個工具軟件的很多功能和運用有了重新的認(rèn)識，這將對我們以后得工作產(chǎn)生很大幫助，不至于倒是啥都不懂，這次課程設(shè)計我是兩個人一組，但是之前由于缺少合作，沒有明確分工，以至于做的很多部分重復(fù)了，而有些部分卻兩個人都沒有作，這無疑會增加設(shè)計周期，在以后需要合作的事中，我將盡量先拿出整體方案，再做出具體分工，來最大化的利用有限時間。這次我們搞的是健身球分類機，運用到了凸輪及錐齒輪，這些零件需要通過作圖法畫出或者通過其他軟件導(dǎo)入，在做這個的時候又運用到漸開線方程什么的，這個需要自己去找，還有在嘗試過程中我們找了一大堆軟件希望將作出的如導(dǎo)入PROE，有些成功了有些失敗了，不過卻大概掌握了那類軟件的使用。這次課程設(shè)計快要結(jié)束了，但它產(chǎn)生的影響將會延續(xù)以后的工作。 參考文獻(xiàn) 機械原理課程設(shè)計手冊（第二版） 主編 牛明岐 王保民 余述凡 重慶大學(xué)出版社 機械原理 主編 孫桓陳 作模葛 文杰高 等教出版社 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 主編 華楚生 重慶大學(xué)出版 機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書 貴州大學(xué)機械工程學(xué)院 第 30 頁