健身球自动分类机设计说明书

成都理工大学

机械基础训练I设计说明书

设计题目： 健身球检验分类机

学生姓名： 龙腾、秦琦、张娜、马永薪 专 业： 机械工程 学 号： 指导教师： 刘念聪

日 期：20 年 月 日

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机械基础训练I成绩考核表

下表由指导教师按实际情况进行填写：

考核内容 设计方案 说明书 创新与发挥情况 工作态度 所占比例 60％ 20％ 10％ 10％ 得分 指导教师 评语 成绩与等 级对应表 优 良 中等 及格 不及格 59分以下 90－100 80－ 70－79 60－69

总评成绩：

指导教师签名： 201 年 月 日

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目

录

第一章 设计题目 ......................................................................................................................... 4 设计题目 ....................................................................................................................................... 4

背景及意义 ........................................................................................................................... 4 第二章 机械系统的方案拟定 ..................................................................................................... 5

工作原理确定 ....................................................................................................................... 5

功能分解 ....................................................................................................................... 5 功能逻辑图 ................................................................................................................... 5 执行构件及其运动设计 ....................................................................................................... 5

进料与送料 ................................................................................................................... 5 方案评价及优选 ................................................................................................................... 8

根据工艺过程确定执行构件的运动形式 ................................................................... 8 2.5 执行机构方案汇总 ................................................................................................ 9 原动机的选择 ..................................................................................................................... 14 执行构件的运动协调性（运动循环图）设计 ................................................................. 14 第三章 相关机构的尺度综合 ................................................................................................... 15

曲柄滑块的设计 ................................................................................................................. 15

送料曲柄滑块机构和分类曲柄滑块的设计 ............................................................. 15 结果分析 ............................................................................................................................. 17 减速装置的尺寸设计 ......................................................................................................... 17

皮带传送 ..................................................................................................................... 19 齿轮系传动 ................................................................................................................. 19 直齿锥齿轮 ................................................................................................................. 21

第四章 机械系统的运动简图绘制及相关性能分析或说明 ................................................... 22

运动方案简图 ..................................................................................................................... 22 健身球检验分类机工作原理 ............................................................................................. 22

健身球检验分类机工作流程 ..................................................................................... 22 健身球检测分类机分析与评价 ......................................................................................... 23

4.健身球分类机优点 .................................................................................................. 23 健身球分类机缺点 ..................................................................................................... 23 健身球分类机的改进 ................................................................................................. 24

参考文献 ..................................................................................................................................... 24

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第一章 设计题目 设计题目

1、健身球自动分类机总功能要求 将不同直径的健身球按直径分类存放。 2、工作原理及工艺动作分解提示

健身球自动分类机的功能是将不同直径的健身球按直径分类，并送到各指定位置，整个工作过程（包括进料、送料、分类、按类存放）自动完成。

3、原始数据和设计要求

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：第一类： 40≤ф≤42 ； 第二类：42<ф≤44；第三类：44<ф≤46。生产率（分类速度）20个/min。

背景及意义

由于人工分类不同直径的健身球比较麻烦，考虑到工作人员测量直径十分不方便，为了将不同直径的健身球按直径分类存放，我们设计这个健身球自动分类机，能够自动将不同直径的球分类存放，很大程度上提高了工作人员的效率。

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第二章 机械系统的方案拟定

工作原理确定 功能分解

2.1.2功能逻辑图

健身球自动检验分类

执行构件及其运动设计 进料与送料

（1）进料机构

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如上图所示为漏斗形状的进料机构，,槽体高度h，可根据待测球数量适度调整。槽壁的倾斜角度为α，其对槽体和健身球的受力情况有较大的影响。如果α角度过大，则健身球整体向下的压力不足，影响了传递的连续性；如果α角度过小，则球之间互相压力增大，健身球流动性下降。所以，3045。我们取 α=35°

对于导管直径d，为了保证良好的流动性d应该大于最大球的直径，并保证1~2mm的盈余空间；但也不宜过大，过大尺寸的直径d容易造成球体之间的相互摩擦力增加，造成导管的堵塞。

（2）送料机构 方案一、四连杆机构

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方案二、对心凸轮滑块机构

以上两种方案都同样能完成工作任务，但是由于凸轮机构推程较大会导致基圆半径过大，所以我们选择了四杆机构中的曲柄滑块机构如图所

示：

（3）按类存放装置

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如下图所示：

（4）按类存放功能在设计总方案中展示

2.3方案评价及优选

根据工艺过程确定执行构件的运动形式

送料功能的执行构件是滑块1，它作间歇往复直线运动； 检验分类功能的执行构件是滑块2，它们都作间歇往复直线运动。

（1）送料滑块1的间歇往复移动，可选凸轮机构，连杆机构，凸轮+连杆机构等。 （2）分类滑块2的间歇往复运动，可选凸轮机构，连杆机构，凸轮+连杆机构等。

功能元 功能分解（匹配的机构） 1 2 减速1 带传动 齿轮传动 减速2 带传动 齿轮传动 最佳方案 齿轮传动 送料滑块1的间隙往复运动 凸轮机构 连杆机构 构 分类滑块2的间隙往复运动 凸轮机构 连杆机构 构 最佳方案 如上表格所示功能综合，设计的最佳方案。 连杆机构 3 蜗杆传动 蜗杆传动 凸轮+连杆机凸轮+连杆机 ----完整版学习资料分享----

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2.5 执行机构方案汇总

（1）检验分类机构

方案一：该方案结构简单紧凑，只使用了一个动力源，利用重力对不同

直径大小的健身球进行分类，理论上，节约能源效率高，但是实际上，在直径大于44mm的健身球经过宽度为42mm的料道时候会卡住，所以实际上不能完成分类任务。

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方案二：该方案在方案一的基础上进行了改进，为了防止打球卡在小料道，该方案不再利用重力分类，而是使用2个凸轮机构的前后配合，利用推力将不同直径大小的健身球推进料道，实际和理论上都能行的通，在凸轮设计后发现，由于需要的推程比较大导致基圆半径过大难以制作和安装，设计过程如下:

为了避免刚性冲击，凸轮采用二次多项式运动规律。

4hw2h24hw2vsa22 0002

ds22r[(e)/tan[a]s]e基圆半径0d----完整版学习资料分享----

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[a]30~40200

所需推程h=127mm,w=rad/s

经计算最小基圆半径约为220mm，实际上太过大了。 运动方程为：

X(r0s)sinecos

Y(r0s)cosesin

下图为用Matlab模拟齿轮轮廓:

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方案三：该方案又在方案2的基础上进行了改进，将凸轮机构换成了对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑块机构，并且将第3个料道简化，减小了推程，实际上理论上都可行，考虑到多方面因素的影响我们决定，采用方案3。结构简单并且易于制造安装，下图为方案3的机构简图：9

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理论上，三种方案都可以实现健身球自动检验分类的功能，但实际上方案三才能较好的实现分类功能，。

料道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 无 另外，在滑块的前端，留有在5mm的距离，考虑到健身球的形状以及其重力作用的因素，其能够按照预想的路程进行检料。关键就是能保证健身球下落之前滑块2没有超过指定位置。能够按规律没有错乱的进行分类

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功能。

2.6原动机的选择

型号 电流 Y112-M4

转速 720r/min 生产率(个功率因数 /min) 15 电压 380v 2.7执行构件的运动协调性（运动循环图）设计

电机 减速1 减速2 减速3 运动分支 送料滑块1的间隙往复运动 分类滑块2的间隙往复运动 ----完整版学习资料分享---- ===教育资料分享，让每个人平等的提高自我===

第三章 相关机构的尺度综合

曲柄滑块的设计

送料曲柄滑块机构和分类曲柄滑块的设计

xr2cos2r3cos322

yr2sin2r3sin3

2cos31sin21sin2r2r3

xr2cos(wt)r31sinwt

22当以曲柄为主动件时候，最小传动角min大于零，所以该机构不存在死点，但其极位夹角为0，所以不存在急回特性。

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当以曲柄为主动件的时候，最小传动角min大于零，所以该机构不存

1800a0在死点，其行程系数变化比k，因为其中极位夹角a0，180a所以机构存在急回特性。

根据曲柄存在条件：

ABCDBCAD

对于送料曲柄滑块机构： 行程=2r=50mm所以r=25mm，对于分类曲柄滑块机构；

rl,取l35mm。

rel，取e=20mm,a360，r=40mm如图所示极为夹角为a, 其行程

1800a系数变化比k1800a，k=1.5。

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设行程为x由余弦定理知：

(rl)2(rl)2(X)2cosa2(rl)(rl)将行程x=127mm,r=40mm,a=360带入 解得l=65.49mm。满足

rel。

结果分析

设计的曲柄滑块机构能完成所需行程

减速装置的尺寸设计

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本分类装置采用上图所示的减速器，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，固采用定轴轮系来实现。

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皮带传送

如图所示为皮带减速机构，带轮1连接原动件转速为n0720r/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，皮带2的半径为r2，根据皮带传动原理有：

ny1n0 (1)

皮带1与皮带2的转速与半径成反比：

ny1ny2r23 (2)

r1齿轮系传动

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与锥齿轮5同轴连接，锥齿轮5与锥齿轮6啮合传动，根据齿轮系 传动原理有：

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nz1nr2nz2z1z2nz1nz3nz2nz4z3z4nz3由上式可得：

nz6r2z2z4z6n0r1z1z3z5

原动机转速为0n720r/min，生产率为15个/min，所以所需曲柄

n0转速nz6=15r/min角速度wrad/s，传动比n48,设计为

2z6z6r2z2z43,3,4,1 r1z1z3z5nz6r2z2z4z6n048 r1z1z3z5由此可得曲柄转速nz6=15r/min。

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直齿锥齿轮

考虑到齿小与传动的合理性，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下：

表：皮带轮参数 带轮1 带轮2 皮带轮半径（mm） 30 90

表： 各齿轮参数

模数压力角齿数直径分锥角

(mm) (°) (个) (mm) (°)

齿轮1 齿轮2 齿轮3 齿轮4 直齿锥

3 3 3 3 3

20 20 20 20 20

20 60 20 80 40

60 180 60 240 120

/ / / / 90

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第四章 机械系统的运动简图绘制及相关性能分析或说明

运动方案简图

注：1,2,3,4—直齿轮 5，6—锥齿轮，7—偏置曲柄滑块机构，8—对心曲柄滑块机构

健身球检验分类机工作原理 健身球检验分类机工作流程

将待测健身球放入漏斗中 ----完整版学习资料分享----

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漏斗中的小球在 滚入带凹槽的导轨中 电机通过变速器带动曲柄滑块7推动健身球 健身球在曲柄滑块7推动的作用下 由导轨到偏置曲柄滑块前 电机通过变速器带动曲柄滑块7推动健身球 直径小于42mm的健身球进入料道1 直径大于42mm小于44mm的进入料道2 直径大于44mm小于46mm的直接进入分类框 健身球检测分类机分析与评价 健身球分类机优点

（1）设计结构简单，能耗低； （2）设计制造简单；

（4）传送带靠摩擦力工作，传动平稳，噪声小。

健身球分类机缺点

（1）由于机构简单，故精确度不高；

（2）振荡器的使用加剧了健身球之间的相互碰撞，同时使机械运转的噪音加大； （3）不适用于高速分类。

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健身球分类机的改进

（1）可通过精确的调整解卡振荡器的频率，从而减小噪音； （2）使用摩擦系数较小的导轨，提高选择精度。

参考文献

[1]孙桓，陈作模，葛文杰编著.机械原理.8版.北京：

[2]牛鸣岐，王保民，王振甫编著.机械原理课程设计手册.重庆：

[3]高祖玲. 指导学生进行机械原理课程设计的体会 . 西安：交通高等研究，1996年

01期

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