1、PAGE 機械原理課程設計計算說明書 設計題目：健身球檢驗分類機 院 系: 工學院專 業： 機制班 級： 1301班設 計 者： 揭宗浩 學 號： 20131168指導老師： 林金龍日 期： 2015年6月16日目錄 HYPERLINK l _Toc108517677 第1章 設計任務1 TOC o 1-2 h z HYPERLINK l _Toc108517678 1.1設計題目11. HYPERLINK l _Toc108517679 2設計任務1 HYPERLINK l _Toc108517680 第2章 機械運動方案的設計及分析決策22. HYPERLINK l _Toc1085176

2、81 1方案設計及分析22. HYPERLINK l _Toc108517682 2工作原理32. HYPERLINK l _Toc108517683 3工作流程4 HYPERLINK l _Toc108517685 第3章 機構尺度綜合53. HYPERLINK l _Toc108517686 1機構尺寸設計53. HYPERLINK l _Toc108517687 2進料機構設計11 HYPERLINK l _Toc108517688 設計小結14 HYPERLINK l _Toc108517689 參考書目15第1章 設計任務1.1 設計題目設計健身球自動檢驗分類機，將不同直徑尺寸的健身

3、球（石料）按直徑分類。檢測后送入各自指定位置，整個工作過程（包括進料、送料、檢測、接料）自動完成。健身球直徑范圍為4046mm，要求分類機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其他技術要求見表1：表1 健身球分類機設計數據方案號電動機轉速r/min生產率（檢球速度）個/minA144020B96010C720151.2 設計任務1.健身球檢驗分類機一般至少包括凸輪機構，齒輪機構在內的三種機構。2.設計傳動系統并確定其傳動比分配。3.圖紙上畫出健身球檢驗分類機的機構運動方案簡圖和運動循環圖。4.圖紙上畫凸輪機構設計圖（包括位移曲線、凸輪廓線和從

4、動件的初始位置）；要求確定運動規律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，確定凸輪廓線。盤狀凸輪用電算法設計，圓柱凸輪用圖解法設計。 5.設計計算其中一對齒輪機構。 6.編寫設計計算說明書。 7.學生可進一步完成：凸輪的數控加工，健身球檢驗分類機的計算機演示驗證等。表2為設計任務分配表。 表2 學生編號123456789電動機轉速ABCABCABC生產率ABCBCACAB第2章 機械運動方案的設計與分析決策2.1方案設計方案一:此檢驗分類機的主要用途就是將不同直徑大小的健身球分成三類，同時我們還得考慮到健身球是石料所做，故我們在檢驗分類的同時應注意到避免健身球損壞。我們提出了如下圖的裝置

5、運動。 圖1運動簡圖經分析，認為此方案接料裝置的速度不易于控制，故放棄此方案，尋找便于控制的檢料裝置。方案二: 圖2 運動簡圖 經分析，認為此方案接料裝置過于繁瑣，故放棄此方案，尋找結構簡單的檢料裝置。方案三圖3 運動簡圖該方案的正好彌補了方案一、二的不足，在上滑塊將球抵出的同時下滑塊上邊緣也正好抵達料道1的口緣處，向下運動時對球進行檢測分類。工作原理 健身球檢驗分類機工作原理：圖4 運動方案簡圖 1,2,3,4直齒輪 5，6錐齒輪 7，8凸輪 9彈簧 10震蕩器 11料槽 12，13帶輪 14，15推桿1 、優點：(1)設計結構簡單，能耗低；(2)設計制造簡單；(3)使用解卡振蕩器，很大程度

6、上減小健身球互卡的幾率；(4)傳送帶靠摩擦力工作，傳動平穩，能緩沖吸震，噪聲小。2 、缺點：(1)由于機械機構簡單，故精確度不高；(2)振蕩器的時候加劇了健身球之間的相互碰撞，同時使機械運轉的噪音加大；3 、改進(1)可通過精確的調整振蕩器的頻率，從而減小噪音； (2)使用摩擦系數較小的導軌，提高選擇精度。2.2工作流程 不同類型的健身球沿各自的軌道進入不同的收集箱中 不同類型的健身球沿各自的軌道進入不同的收集箱中將待測健身球放入料槽中 將待測健身球放入料槽中通過導管將料槽中的小球在震蕩器的作用下引入帶凹槽的導軌中通過導管將料槽中的小球在震蕩器的作用下引入帶凹槽的導軌中 電機通過變速器帶動凸輪

7、滑塊2推動健身球 電機通過變速器帶動凸輪滑塊2推動健身球健身球在滑塊2推動的作用下健身球在滑塊2推動的作用下由導軌進入檢料裝置口健身球由滑塊1引入檢料裝置，并跟隨滑塊1緩慢向下移動，進入各自的合適的軌道中健身球由滑塊1引入檢料裝置，并跟隨滑塊1緩慢向下移動，進入各自的合適的軌道中不同類型的健身球沿各自的軌道進入不同的收集箱中不同類型的健身球沿各自的軌道進入不同的收集箱中第3章 機構尺度綜合3.1機構尺寸設計電動機：健身球檢驗分類機原動件采用轉速為的電動機。減速器： 圖5 減速機構此分類機采用如圖所示的減速器，由傳送帶和齒輪系構成的減速裝置。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

8、比，固采用輪系來實現。（2.1）皮帶傳送： 圖6皮帶加速機構 如圖所示為皮帶減速機構，帶輪1連接原動件轉速為的電動機，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，根據皮帶傳動原理有： = (1)皮帶1與皮帶2的轉速與半徑成反比：= (2)齒輪系傳動：如圖5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，根據齒輪系傳動原理有： (3)由上式可得：= (4)直齒錐齒輪： 圖7 直尺錐齒輪傳動 如圖7所示，直齒輪4與直齒錐齒輪5、凸輪7（見圖4）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與凸

9、輪8同軸連接（見圖4），根據齒輪傳動原理有：= (5)= (6)由凸輪8與直齒錐齒輪同軸傳動有：= (7) 根據提供的原動件轉速為的電動機與課程設計要求，在的前提下，設計機器的生產率為20個/min,設計的凸輪滑塊結構實現凸輪轉動一圈完成一個健身球的檢測，可以得到凸輪8的轉速為：同時，齒輪4與齒輪7是同軸傳動，故則根據公式(4)可以得出：因此由上兩式可以得出:根據1比72的比例關系，我們選取適當的皮帶輪半徑和齒輪齒數故我們得出:,考慮到齒輪大小與傳動的合理性，經過比較設計皮帶傳動結構與齒輪系傳動結構的相應參數如表1、表2：表1 皮帶輪參數帶輪1帶輪2皮帶輪半徑（mm） 100800表2 各齒輪

10、參數 模數 （mm） 壓力角（） 齒數（個） 直徑 （mm） 分錐角 （） 齒輪1 5 20 20 100 / 齒輪2 5 20 60 300 / 齒輪3 5 20 20 100 / 齒輪4 5 20 60 300 /錐齒輪5,6 5 20 40 200 90 齒輪1，2的幾何尺寸計算基本參數Z1=20，Z2=60,m=5，a=20，名稱符號計算公式分度圓直徑dd1=100，d2=300齒頂高ha5齒根高hf6.25齒頂高直徑dada1=110，da2=310齒根高直徑dfdf1=87.5，df2=287.5基圓半徑dbdb1=93.9，db2=281.7齒距p15.7齒厚s7.85中心距a2

11、00基圓齒距pb1.25凸輪推桿滑塊與料槽、檢料裝置凸輪推桿滑塊 圖8檢料裝置運動圖 如圖8所示，齒輪4與凸輪7同軸傳動，凸輪7與桿1、滑塊1形成凸輪滑塊傳動機構。凸輪尺寸的設計基于該機構從動件的運動規律，由于凸輪7與凸輪8的轉速相同，設計滑塊2將待測球推入檢測裝置的同時，滑塊1在的高度接入待測球進入相應尺寸料道，建立滑塊1與滑塊2的同步運動機制，為了使符合尺寸的球更好地進入料道2，滑塊1在料道2下端作短暫停歇。根據檢料裝置的尺寸設計（見表3），可建立滑塊1與滑塊2的運動規律圖：滑塊1、2的運動規律如圖9所示： 圖9 滑塊1運動規律圖滑塊2運動規律圖基圓半徑，角速度，從動件的運動規律如圖11，

12、設計該凸輪輪廓曲線。由齒輪4與凸輪7同軸傳動有：=設計該凸輪的基圓半徑與到： 則凸輪1和凸輪2進程運動圖如圖10所示： 圖10 凸輪1進程運動圖 凸輪2進程運動圖按對心平板直動從動件盤形凸輪作出廓線理論廓線。按對心平板直動從動件盤形凸輪作出廓線理論廓線。 圖11 凸輪1廓線設計圖 凸輪2廓線設計圖凸輪7與桿1、滑塊1構成凸輪滑塊傳動機構，在凸輪7的帶動下，滑塊1由于桿1的約束做圖9所示的運動，設計滑塊1為金屬滑塊，在重力的作用下，保證凸輪回程的同時滑塊與桿一同下降，回到起點。（4）檢料裝置與收集箱 圖12 檢料裝置圖在檢料箱體中，滑塊1的軌道中設有待測球出口料道1、料道2、料道3，料道順序為尺

13、寸從小到大往下設置，小球先檢測，接著檢測中球，大球最后檢測，料道尺寸設計稍大于，為了使球能夠快速穩定地經過料道尺寸檢測，設計軌道與水平夾角為：=30根據課題設計要求可設置相應尺寸大小如表4： 表3 檢料裝置料道尺寸料道1料道2料道3料道直徑（mm）424447 設置滑塊軌道有關尺寸為： 3.2 進料機構設計：(1)進料機構為使送料機構能夠順利而方便的送料，進料口每次只能下一個原料球，并且在進料機構外壁加裝了振蕩裝置，使小球能順利落下。 圖13 進料裝置圖14 進料裝置送料凸輪（2)料槽裝置圖15 料槽裝置簡圖如圖15所示為料槽結構，其中槽體的高度可根據待測球數量適度調整。其中槽壁的傾斜角度對槽

14、體和健身球的受力情況有較大的影響。如果角度過大，則健身球整體向下的壓力不足，影響了傳遞的連續性；如果角度過小，則球之間互相壓力增大，健身球流動性下降。所以，3045。對于導管直徑，為了保證良好的流動性應該大于最大球的直徑，并保證的盈余空間；但也不宜過大，過大尺寸的直徑容易造成球體之間的相互摩擦力增加，造成導管的堵塞?？紤]到待測球在漏口堵塞情況，設置了如圖16的振蕩器裝置圖16 振蕩器簡圖為了防止料槽中，健身球堵塞，本裝置使用了如圖16所示的振蕩器。本振蕩器使用電動機2來帶動偏心輪1轉動，由于偏心輪質心偏離轉動中心，因此產生振動的效果。把振蕩器安裝于料槽壁上帶動料槽振動，使料槽中健身球的流動性得

15、到加強，很大程度的減小了健身球被卡住的幾率。（4）進料推桿滑塊與檢料推桿滑塊的協調為了能夠保證進料機構在將健身球送出的同時，檢料正好接住健身球，我們就將進料推桿滑塊與檢料推桿滑塊的進程協調統一起來，如下示意圖所示：圖17 進料推桿滑塊與檢料推桿滑塊協調進程示意圖如圖中所示意，進程與進程要求相等，即：另外，在滑塊2的前端，我們認為可以留有在范圍內的距離差距，因為考慮到健身球的形狀以及其重力作用，其能夠按照預想的路程進行檢料。為了避免因運動而逐漸產生更大的誤差，我們預先設計兩各凸輪滑塊的初始位置分別在料道1下口緣和右平面最左端，即A、B兩處。 設計小結機械原理課程設計馬上就要結束了，雖然只有兩個星

16、期的時間，但是在這次課程設計過程中我們學到了不少東西，得到了很好的鍛煉。它不僅使我們平時所學的一些理論知識運用到了實際，培養了我們運用所學的基本理論和方法去發現、分析和解決工程實際問題的能力，而且，還使我們加深了對各類機械機構的認識，學會了利用程序分析設計各類凸輪機構，真正做到了學以致用，并且提高了我們對CAD畫圖，Word文檔排版編輯的能力以及諸多方面的能力，這次設計是個綜合性設計。在這次課程設計的過程中，我們真正體會到了設計工作的嚴謹性和自己很多方面知識的不足。在這次課程設計過程中，我們受益匪淺。我們相信通過越來越多的實踐體驗，我們一定能更好地掌握機械專業各方面的知識。 參考書目1孫桓，陳

17、作模，葛文杰編著，機械原理，北京高等教育出版社，2006.5。2裘建新編著，機械原理課程設計，北京高等教育出版社，2010.7。附錄資料：不需要的可以自行刪除常用電工與電子學圖形符號序號符號名稱與說明1直流 注：電壓可標注在符號右邊，系統類型可標注在左邊2直流 注：若上述符號可能引起混亂，也可采用本符號3交流 頻率或頻率范圍以及電壓的數值應標注在符號的右邊，系統類型應標注在符號的左邊50Hz示例1： 交流 50Hz100600Hz示例2：交流 頻率范圍100600Hz380/220V 3N 50Hz示例3：交流，三相帶中性線， 50Hz， 380V（中性線與相線之間為220V）。3N可用3+

18、N代替3N 50Hz/TN-S示例4：交流，三相，50Hz，具有一個直接接地點且中性線與保護導線全部分開的系統4低頻（工頻或亞音頻）5中頻（音頻）6高頻（超音頻，載頻或射頻）7交直流8具有交流分量的整流電流注：當需要與穩定直流相區別時使用9N中性（中性線）10M中間線11+正極12-負極13熱效應14電磁效應過電流保護的電磁操作15電磁執行器操作16熱執行器操作（如熱繼電器、熱過電流保護）17電動機操作18正脈沖19負脈沖20交流脈沖21正階躍函數22負階躍函數23鋸齒波24接地一般符號25無噪聲接地（抗干擾接地）26保護接地27接機殼或接底板28等電位29理想電流源30理想電壓源31理想回轉

19、器32故障（用以表示假定故障位置）33閃繞、擊穿34永久磁鐵35動觸點注：如滑動觸點36測試點指示示例點，導線上的測試37交換器一般符號/轉換器一般符號注：若變換方向不明顯，可用箭頭表示在符號輪廓上38電機一般符號，符號內的星號必須用下述字母代替C同步交流機 G 發電機G8同步發電機 M電動機MG擬作為發電機或電動機使用的電機MS同步電動機 注：可以加上符號或SM伺服電機 TG測速發電機TM力矩電動機 IS感應同步器39三相籠式異步電動機40三相線繞轉子異步電動機41并勵三相同步變速機42直流力矩電動機步進電機一般符號43電機示例：短分路復勵直流發電機示出接線端子和電刷44串勵直流電動機45并

20、勵直流電動機46單相籠式有分相扇子的異步電動機47單相交流串勵電動機48單向同步電動機49單向磁滯同步電動機自整角機一般符號符號內的星號必須用下列字母代替：CX 控制式自整角發送機 CT控制式自整角變壓器TX 力矩式自整角發送機 TR 力矩式自整角接收機50手動開關一般符號51按鈕開關（不閉鎖）52拉拔開關（不閉鎖）53旋鈕開關、旋轉開關（閉鎖）54位置開關 動合觸點限制開關 動合觸點55位置開關 動斷觸點限制開關 動斷觸點56熱敏自動開關 動斷觸點57熱繼電器 動斷觸點58接觸器觸點（在非動作位置斷開）59接觸器觸點（在非動作位置閉合）60操作器件一般符號 注：具有幾個繞組的操作器件，可由適

21、當數值的斜線或重復本符號來表示61緩慢釋放（緩放）繼電器的線圈62緩慢吸合（緩吸）繼電器的線圈63緩吸和緩放繼電器的線圈64快速繼電器（快吸和快放）的線圈65對交流不敏感繼電器的線圈66交流繼電器的線圈67熱繼電器的驅動器件68熔斷器一般符號69熔斷器式開關70熔斷器式隔離開關71熔斷器式負荷開關72火花間隙73雙火花間隙74 動合（常開）觸點 注：本符號也可以用作開關一般符號75動斷（常閉）觸點76先斷后合的轉換觸點77中間斷開的雙向觸點78先合后斷的轉換觸點（橋接）79當操作器件被吸合時延時閉合的動合觸點80有彈性返回的動合觸點81無彈性返回的動合觸點82有彈性返回的動斷觸點83左邊彈性返

22、回，右邊無彈性返回的中間斷開的雙向觸點84指示儀表的一般符號 星號須用有關符號替代，如A代表電流表等85記錄儀表一般符號 星號須用有關符號替代，如W代表功率表等86指示儀表示例：電壓表87電流表88無功電流表89無功功率表90功率因數表91相位表92頻率表93檢流計94示波器95轉速表96記錄儀表示例：記錄式功率表97組合式記錄功率表和無功功率表98記錄式示波器99電度表（瓦特小時計）100無功電度表101燈一般符號 信號燈一般符號注：如果要求指示顏色則在靠近符號處標出下列字母：RD 紅、YE 黃、GN 綠、BU藍、WH白如要指出燈的類型，則在靠近符號處標出下列字母：Ne氖、Xe氦、 Na鈉

23、、Hg汞、 I碘、 IN白熾、EL電發光、ARC弧光、FL熒光、IR紅外線、UV紫外線、LED發光二極管102閃光型信號燈103電警笛 報警器104優選型其它型峰鳴器105電動器箱106電喇叭107優選型其它型電鈴108 可調壓的單向自耦變壓器109 繞組間有屏蔽的雙繞組單向變壓器110 在一個繞組上有中心點抽頭的變壓器111 耦合可變的變壓器112 三相變壓器星形三角形聯結113 三相自耦變壓器 星形連接114 單向自耦變壓器115 雙繞組變壓器注：瞬時電壓的極性可以在形式Z中表示示例：示出瞬時電壓極性標記的雙繞組變壓器流入繞組標記端的瞬時電流產生輔助磁通116 三繞組變壓器117 自耦變壓

24、器118電抗器 扼流圈119優選型其它型電阻器一般符號120可變電阻器 可調電阻器121壓敏電阻器、變阻器 注：U可以用V代替122滑線式變阻器123帶滑動觸點和斷開位置的電阻器124滑動觸點電位器125優選型 其它型 電容器一般符號 注：如果必須分辨同一電容器的電極時，弧形的極板表示：在圈定的紙介質和陶瓷介質電容器中表示外電極在可調和可變的電容器中表示動片電極在穿心電容器中表示紙電位電極126優選型 其它型 極性電容器127優選型 其它型 可變電容器可調電容器128優選型 其它型 微調電容器129電感器 線圈 繞組 扼流圈130半導體二極度管一般符號131發光二極管一般符號132利用室溫效應

25、的二極管 Q可用t代替133用作電容性器件的二極管（變容二極管）134隧道二極管135單向擊穿二極管電壓調整二極管江崎二極管136雙向擊穿二極管137反向二極管（單隧道二極管）138雙向二極管交流開關二極管139三極晶體閘流管 注：當沒有必要規定控制極的類型時，這個符號用于表示反向阻斷三極晶體閘流管140反向阻斷三極晶體閘流管N型控制極（陽極側受控）141反向阻斷三極晶體閘流管P型控制極（陰極側受控）142可關斷三極晶體閘流管，末規定控制極143可關斷三極晶體閘流管 N型控制極 （陽極側受控）144可關斷三極晶體閘流管 P型控制極 （陰極側受控）145反向阻斷四極晶體閘流管146雙向三極晶體閘

26、流管三端雙向晶體閘流管147反向導通三極晶體閘流管，末規定控制極148反向導通三極晶體閘流管，N型控制極（陽極側受控）149反向導通三極晶體閘流管，P型控制極（陰極側受控）150光控晶體閘流管151PNP型半導體管152NPN型半導體管，集電極接管殼153NPN型雪崩半導體管154具P型基極單結型半導體管155具有N型基極單結型半導體管156N型溝道結型場效應半導體管注：柵極與源極引線應繪在一直線上157P型溝道結型場效應半導體管158增強型、單柵、P溝道和襯底無引出線絕緣相場效應半導體管159增強型、單柵、N溝道和襯底無引出線絕緣相場效應半導體管160增強型、單柵、P溝道和襯底有引出線絕緣相

27、場效應半導體管161增強型、單柵、N溝道和襯底與源極在內部連接絕緣相場效應半導體管162耗盡型、單柵、N溝道和襯底無引出線的柵場效應半導體管163耗盡型、單柵、P溝道和襯底無引出線的柵場效應半導體管164耗盡型、單柵、N溝道和襯底有引出線的柵場效注：在多柵的情況下，主柵極與源極的引線應在一條直線上165光敏電阻具有對稱導電性的光電器件166光電二極管具有非對稱導電性的光電器件167光電池168光電半導體管（示出PNP型）169原電池或蓄電池170 原電池組或蓄電池組171“或”單元，通用符號只有一個或一個以上的輸入呈現“1”狀態，輸出才呈現“1”狀態注：如果不會引起意義混淆，“1”可以用“1”

28、代替172“與”單元，通用符號只有所有輸入呈現“1”狀態，輸出才呈現“1”狀態173邏輯門檻單元，通用符號只有呈現“1”狀態輸入的數目等于或大于限定符號中用m表示的數值，輸出才呈現“1”狀態注：m總是小于輸出端的數目具有 m1的單元就是上述“或”單元174等于m單元，通用符號只有呈現“1”狀態輸入的數目等于限定符號中以m表示的數值，輸出才呈現“1”狀態注：m總是小于輸出端的數目 m1的2輸入單元就是通常所說的“異或”單元175多數單元，通用符號只有多數輸入呈現“1”狀態，輸出才呈現“1”狀態176邏輯恒等單元，通用符號只有所有輸入呈現相同的狀態，輸出才呈現“1”狀態177奇數單元（奇數校驗單元

29、）模z加單元，通用符號只有呈現“1”狀態的輸入數目為（1、3、5等），輸出才呈現“1”狀態178偶數單元，（偶數校驗單元）通用符號只有呈現“1”狀態的輸入數目為偶數（0、2、4等），輸出就呈現“1”狀態179異或單元，只有兩個輸入之一呈現“1”狀態，輸出才呈現“1”狀態180輸出無專門放大的緩沖單元只有輸入呈現“1”狀態，輸出才呈現“1”狀態181非門反相器（在用邏輯非符號表示器件的情況下）只有輸入呈現外部“1”狀態，輸出才呈現外部“0”狀態182反相器（在用邏輯極性符號表示器件的情況下），只有輸入呈現H電平，輸出才呈現L電平1833輸入與非門例如：CTCT1010（國外對應號 SN7410）的一部分1843輸入與非門例如：CTCT1027（國外對應號 SN7427）的一部分1852輸入與非門（具有斯