健身球分类检验机课程设计说明书.docx
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健身球分类检验机课程设计说明书
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
其他技术要求:
电动机转速(r/min):
1440生产率/检球速度(个/min):
20
2.工作情况分析:
2.1系统拆分
2.2各机构方案比较、选择:
2.2.1进料机构:
2.2.1.1方案比较:
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:
2.2.1.2分析:
方案1:
设计、制造简单可行,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,则滑块的速度不宜过快,滑块的磨损比较严重。
方案2:
可以实现小球精确的进料,但凸轮的设计制造过程比较复杂,与方案1一样,滑块的磨损比较严重。
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、制造难度大。
2.2.1.3选择:
综合考虑选择方案1
2.2.2送料机构:
2.2.2.1方案比较:
方案1:
滑道直接送料:
方案2:
滑块机构:
方案3:
槽轮等间歇机构:
2.2.2.2分析:
方案1:
直接用滑道送料,能与进料机构较好的衔接,不需要机械装置送料,不消耗机械功率,不增加动力机的负荷,因为摩擦的存在可能使得送料不太准确。
方案2:
机构简单,能准确的实现送料,但要与进料机构准确衔接需要复杂的计算、调试!
方案3:
机构复杂,能准确的实现送料,需要的动力输入很大,该机构可以暂歇,与进料机构的衔接经过简单调试即可实现。
2.2.2.3选择:
综合分析,选择方案1,只要将进料机构做稍微的调整,加快进料速度,提高小球在滑块中的速度,即可克服送料不太准确的缺点。
2.2.3检测机构:
2.2.3.1方案比较:
方案1:
凸轮+滑道机构方案2:
槽轮+摆杆机构
2.2.3.2分析:
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,容易使直径小的球进入大的滑道,产生分检不准确。
因为球受重力而下落,当直径大的球没有进入相应的滑道,需要凸轮将其推入相应的滑道时,等待的时间过长!
整个分检滑道过高,要求凸轮的顶杆行程较大,则需要附加其它的机构,增加行程,这样使得整个机构比较复杂,设计、制造、安装复杂,机器的维护、保养困难!
方案2:
用槽轮机构带动拨片,球在拨片暂停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。
要想顺利的完成任务,则轴只能沿着一个固定的方向转动!
2.2.3.3选择:
综合考虑,选择方案2,将圆盘换成中心线为圆,横截面为半圆的管,在管的下方用凸轮带动一顶出机构,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,用一个凸轮带动。
原理图为:
不同直径球的分检装置
卡在孔里小球的顶出装置
2.2.4接料机构:
2.2.4.1方案比较:
方案1:
1/4圆管
方案2:
机械手
2.2.4.2分析:
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。
2.2.4.3选择:
方案1
2.3最终机构方案的组合:
2.4最终选定机构组合简图:
3.传动系统的设计计算:
3.1减速装置的设计计算:
∵电动机转速(r/min):
1440生产率/检球速度(个/min):
20
健身球的分检装置中拨片每转一周检测出4个球,要求的检球速度为20个/min,∴拨片的转速为N=20/4=5r/min
拨片由槽轮带动,槽轮的拨杆每转一周,槽轮转90°,所以拨杆的转速N1=
=20r/min
电动机的转速为1440r/min,所以要求减速器的减速比为i=
=72
i=72的减速比既可以用定轴轮系实现,也可以用周转轮系实现,考虑到整个减速器的体积尽量小,选择使用周转轮系,考虑到设计的简单,采用二级减速i=72=9×8
查找相关资料,设计出的传动简图为:
各个齿轮的齿数为:
Z1=100Z2=50Z3=40Z4=90Z5=Z6=45Z7=100Z8=41Z9=33Z10=92
第一级减速机构的减速比iⅠ=
i41H=
=
=
∴
=
则iⅠ=
=9
同理可得第二级减速机构iⅡ=
=8
实现了整个减速装置的减速比为72的要求,因为齿轮的模数为标准值,查找相关国标,取齿轮的模数为m=2,为了制造的方便以及齿轮能正确啮合,该减速装置所用到的齿轮模数均为m=2
3.2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=0.75s,停歇的时间td=3-0.75=2.25
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=
=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:
3.3凸轮机构的设计计算:
凸轮的工作要求:
凸轮将回转运动通过滑块与连杆转变成推出机构的往复摆动,推出机构的工作循环(向前摆动推出卡在孔里的球→暂停→向后摆动→暂停对球进行直径检测→向前摆动推出卡在孔里的球)需要与拨片的工作循环相协调。
槽轮拨盘转动1周需要3s,现在让凸轮与槽轮拨盘的工作周期一致T=3,所以凸轮每秒转动360/3=120°,根据设计需要与几何关系相协调可知:
顶出机构要将小球顶起,顶出机构需要摆动45°,凸轮推动滑块的行程h=42mm,当顶出机构将小球顶起后,拨片推动小球滚动到小球刚好完全离开检测孔拨片需要转动35°,耗时t=
=
s,凸轮需要转动
=35°,此时为凸轮的远休止角Φ0,给定凸轮推程转角Φ1=175°,凸轮的回程转角Φ2=120°,凸轮的近休止角Φ3=360°-175°-120°-35°=30°,所以顶出机构往回摆动耗时th=
=1s,顶出机构往前摆动耗时tq=
=1.458s,顶出机构近休耗时ts=
=0.25s
拨杆与凸轮相协调运动时间循环图为:
凸轮的推程采用余弦运动规律:
s=
(0
Φ1)
凸轮的回程采用等加速、等减速运动规律:
等加速段运动规律,s=
Φ0+Φ1+
-
)2(Φ0+Φ1
Φ0+Φ1+
)
等减速段运动规律,s=
-
-Φ0-Φ1-
)2(Φ0+Φ1+
Φ0+Φ1+Φ2)
凸轮基圆半径的选择:
根据诺模图可得
=1.25,则rb=
=33.6mm,取rb=35mm
将参数输入计算机,得到凸轮的轮廓曲线为:
计算机凸轮分析:
该凸轮的的动力通过槽轮机构的拨盘轴用齿轮分出。
3.4分动齿轮设计计算:
根据设计需要与几何关系相协调,取槽轮机构拨盘回转轴与凸轮回转轴中心距为L1=344mm由设计过程可知,要求凸轮的转向与槽轮机构拨盘的转向一致,考虑到设计、制造的方便,选用3个参数一样的标准齿轮,所以齿轮的分度圆直径d=342/2=172mm,因为齿轮的模数已经标准化,查表选用第一系列模数m=4,则齿轮的相关参数为:
齿数z=172/4=43齿顶高ha=ha*m=4mm齿根高hf=(ha*+hc*)m=5mm齿全高h=ha+hf=9mm
齿顶圆直径da=d+2ha=180mm齿根圆直径df=d-2hf=162mm
基圆直径db=d×cosα=161.63mm
齿距p=πm=12.56mm齿厚s=p/2=6.28mm
齿槽宽e=s=p/2=6.28mm
中心距a=m/2(z1+z1)=172mm顶隙c=c*m=1mm
3.5曲柄分动装置设计计算:
曲柄滑块机构作为进料机构,不需要与分检机构有严格的传动比,而且曲柄的回转中心与槽轮机构回转中心距离较远,故选择用带传动,因为检测球的速度为3s/个,考虑到摩擦的因素,所以送球的速度略大于3s/个即可,所以选择主动带轮直径为30mm,从动带轮直径为24,传动比i=30/24=1.25,所以曲柄的转速为N=1.25×20=25r/min,考虑到平带容易打滑,故选择V带传动,因为V带为标准件,根据设计需要与几何关系可知,曲柄回转中心与槽轮拨盘回转中心的距离为L3=686mm,
所需带长L4=2×[L32+(30-24)2]0.5+π(30+24)=1541.56mm,考虑到安装的难易程度,查机械设计手册,选择带长为1600mm
带传动工作一段时间之后,带会变得松弛,又所选的标准带长1600mm>L4,为了使工作状况稳定,需要加张紧装置。
张紧轮示意简图:
将传动系统与机构几何连接起来,考虑到整个减速装置在运转需要油润滑,将整个传动装置裸露在空气中容易受到腐蚀,灰尘等渣滓的存在也会影响减速装置的工作状况,为了让减速装置的装配维护、维修方便,将减速装置用一个箱体零件装起来,只留出动力输入轴与动力输出轴,用两个联轴器将减速装置与电动机、槽轮拨盘的转动轴相连接!
传动装置与分检机构组合简图为:
4.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,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!
在我们思维陷入盲区时,是林老师给我们指明了方向,在此也向林老师致谢!
5.参考文献:
[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
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