蚕豆剥豆机设计【机械原理设计含SW三维CAD图】.zip

枣庄学院 机械原理课程设计说明书 题题 目目 剥豆机 院院 部部 机电工程学院 专业及班级专业及班级2015（3+2）机械设计制造 及其自动化 设设 计计 人人 赵庆龙、庄朋、庄哲如 学学 号号 201515310171 201515310174 201515310175 指导教师指导教师 王梅 成成 绩绩 设计时间: 2016 年 06 月 8 日2016 年 6 月 23 日 目目 录录 1 1 设计题目设计题目.1 1.1 设计题目：剥豆机.1 1.2 原始数据及设计要求 .1 1.3 设计任务 .1 2 2、运动方案设计、运动方案设计.2 2.1 工作原理和工艺动作分解 .2 2.2 机械执行机构的选择和评定 .2 2.2.1 间歇送料.2 2.2.2 压豆切皮.4 2.3 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图 .7 2.4 机械传动系统的设计选择和评定 .8 2.4.2 V 带传动.8 2.5 传动系统的确定.9 2.5.1 工作机外部传动系统的确定 .9 2.5.2 选择电动机 .9 2.5.3 计算传动装置总传动比和分配各级传动比 .10 2.5.4 计算传动装置的运动和动力参数 .11 3 3 执行机构尺寸设计执行机构尺寸设计.13 3.1 执行机构各部分尺寸设计 .13 3.1.1 凸轮设计.13 3.1.2 不完全齿轮的设计.14 3.1.3 不完全齿轮形状的设计.14 3.1.4 不完全齿轮尺寸的设计.15 3.1.5 料斗形状和尺寸的设计.15 3.2 机构运动简图.16 4 4 参考文献参考文献.17 5 5 设计总结设计总结.18 0 1 1 设计题目设计题目 1.11.1 设计题目：剥豆机设计题目：剥豆机 1.21.2 原始数据及设计要求原始数据及设计要求 1）蚕豆长度：2025mm 2）蚕豆宽度：1520mm 3）蚕豆厚度：68mm 4）生产率：每分钟剥 80 粒。 5）要求体积小、重量轻、压紧力可调、工作可靠、外形美观。 1.31.3 设计任务设计任务 1）本题设计的时间为 2 周； 2）根据功能要求，确定工作原理和工艺动作分解； 3）执行机构选型与设计：构思出至少 3 种运动方案，并在说明书中画出运动 方案草图，经对所有运动方案进行分析比较后，选择其中你认为比较好的方案进 行详细设计； 4）对选择的方案画出机构运动循环图； 5）机械传动系统的设计； 6）对选择的方案执行机构进行尺寸设计； 7）在 2 或 3 号图纸上画出最终方案的机构运动简图； 8）编写设计说明书，附源程序和计算结果。 1 2 2、运动方案设计、运动方案设计 2.12.1 工作原理和工艺动作分解工作原理和工艺动作分解 将干蚕豆浸胖后放在料斗内，通过振动下料后将蚕豆平放排列成头尾相接， 送豆到切皮位置，将豆压住并切开头部的皮，然后用挤压方法将豆挤出。主要工 艺动作是送料、压豆切皮、挤压脱皮。 图 2-1 2.22.2 机械执行机构的选择和评定机械执行机构的选择和评定 功能元解（匹配机构）功能元 123 间歇送料 A 不完全齿轮机构 平带传动 曲柄滑块机构曲柄摇杆机构 压豆切皮 B 凸轮机构 导杆机构 曲柄滑块机构直接将刀片固定于 滑槽上 挤压脱皮 C 曲柄滑块机构双摇杆机构压辊 表 2-1 2.2.12.2.1 间歇送料间歇送料 方案一：不完全齿轮机构平带传动 功能：将旋转运动转换为单向间歇转动。 我们运用了不完全齿轮机构作为我们的步进传输蚕豆的装置。我们将该机构安 放在机架导轨的右下方，由主动轮不完全齿轮 1 带动不完全齿轮 2,从而带动输送 带，实现豆的间歇传动。 机构的活动构件 n= 4，低副数目 Pl= 3，高副数目 Ph=5，局部自由度 F=0， 虚约束 p=0，机构的自由度 F=3n -（2 Pl + Ph ）=34-23-5=1 2 图 2-2 方案二：曲柄滑块机构 我们将该机构安放在机架导轨的正下方，并我们运用了曲柄摇杆机构作为我 们的步进传输蚕豆的装置。且在连杆上设有铰链点，当摇杆转动一周时，滑块实 现运料功能。 机构的活动构件 n= 3，低副数目，Pl= 4 高副数目，Ph=0 局部自由度，F=0 虚 约束 p=1 机构的自由度 F=3n -（2 Pl + Ph）=33-24=1 图 2-3 方案三：曲柄摇杆机构 我们运用了曲柄摇杆机构作为我们的步进传输蚕豆的装置。我们将该机构安放 在机架导轨的正下方，并且在连杆上设有铰链点，使之与带有拨动齿的拨杆相铰 接，从而我们可以利用连杆的平动来实现拨动蚕豆向前移动的动作。 首先我们设定曲柄摇杆步进机构的初始位置，即其左齿 1 的左极限位置在机 架管 2 管口的左侧，一旦步进机构启动，当有蚕豆从机架管 2 掉落进机架导轨后， 连杆带动与其铰接的拨杆向前平动，此时落进导轨的第一颗蚕豆会被左齿 1 向前 拨动行程 L。并且我们设定每一个齿运动的行程大于每两个齿的间隔。所以当左齿 1 将蚕豆向前拨动行程 L 后，即步进机构整体运动到其右极限位置，接着，步进机 构向其左极限位置运动。当步进机构第二次由左向右运动时，蚕豆会被左齿 2 再 接着向前拨动行程 L，与此同时，第二颗蚕豆会从机架管 2 掉进机架导轨中，被步 进机构的左齿 1 向前拨动行程 L。以次类推，每一颗蚕豆经由八个齿向前推动，同 时也实现了对蚕豆的连续传动。而且，根据曲柄摇杆机构的急回特性，还可以保 证步进机构在拨动一颗蚕豆后，可以迅速返回拨动下一颗蚕豆，缩短了传送的时 间，提高效率。 机构的活动构件 n= 7，低副数目，Pl= 10 高副数目，Ph=0 局部自由度，F=0 虚 约束 ，p=0 机构的自由度 F=3n -（2 Pl + Ph ）=37-210=1 3 图 2-4 我们对三种方案中的机构作了如下的对比： 1从机构的功能来看： 方案一主动轮 1 转一周，从动轮 2 转半周。在此半周内，从动轮 2 有间歇、 加速运动，匀速运动和减速运动阶段。利用其间歇运动的特点，主动轮每转过一 周，从动轮向左传送一颗蚕豆。所以可以实现蚕豆的顺次传送，可以保证蚕豆的 直线排列。方案三采用的是曲柄滑块机构来代替不完全齿轮机构，在滑块上同样 开有只能容纳一颗蚕豆的孔，利用滑块的直线往复运动，实现从机架管 1 处接下 一颗蚕豆，运送至机架管 2 管口掉落。所以两种机构都可以实现依次传送蚕豆， 并且保证蚕豆的直线排列。 2从机构的工作性能来看： 方案一不完全齿轮每转一周可以传送四颗蚕豆，方案二用摇杆运动动不稳定， 方案三滑块来回往复运动一次可以转送一颗蚕豆，效率较低。如果要提高传送的 效率必须加快曲柄的转速，但是曲柄滑块机构滑块的质心是在做变速运动，所产 生的惯性力难于用一般的平衡方法加以消除，所以并不适合高速运动。 3从机构的动力性能来看： 方案一不完全齿轮速度会突变，因此会有刚性冲击，不适合用于重载的场合。 方案二和方案三曲柄滑块和摇杆机构运动副为低副，是面接触，所以磨损较小， 可以承受较大的载荷。但是我们此处只是用于传送蚕豆，没有较大的载荷，所以 两者都适合该工艺要求。 4从制造加工经济性来看： 方案二三曲柄滑块机构制造简单，生产成本底，并且可以使整个机构的结构 紧凑。方案一不完全齿轮机构的加工相对复杂，并且所占的空间比曲柄滑块大。 综上：为了保证传送的效率，我们最终采用方案一的不完全齿轮机构来实现送料 的过程。 2.2.22.2.2 压豆切皮压豆切皮 方案一：凸轮机构导杆机构 中采用的是凸轮机构导杆机构，并且在导杆杆上套有弹簧，从而实现压紧力可 调。 机构的活动构件 n= 7，低副数目 Pl= 10，高副数目 Ph=0，局部自由度 F=0，虚 约束 p=0，机构的自由度 F=3n -（2 Pl + Ph ）=37-210=1 方案二：曲柄滑块机构 是采用了曲柄滑块家机构，并在滑块上固定刀片。 机构的活动构件 n= 3，低副数目 Pl= 7，高副数目，Ph=0 局部自由度，F=0 虚约束 p=0 ，机构的自由度 F=3n -（2 Pl + Ph ）=35-27=1 4 图 2-5 方案三：直接将刀片固定于滑槽上 我们在最后一个齿，即齿 8 处前端安放有刀具，用于蚕豆切皮。为实现这一动 作，我们利用了平底凸轮机构。当其处于远休止的阶段，使其平底推杆底部距离 导轨的垂直距离略小于蚕豆的厚度，因此可以实现对蚕豆的暂时保压固定，并且 我们在平底推杆上套有弹簧，通过对弹簧刚度的设定，我们可以调定平底对蚕豆 的压紧力的大小，所以我们可以保证能固定蚕豆，使其利于刀具对其的切皮，并 且也可以不压扁蚕豆。此外，我们将凸轮的转轴中心距离齿 8 的左极限位置的水 平距离设定得略小于齿 8 的行程 L。所以当凸轮压住蚕豆的时候，齿 8 还可以继续 向前移动，从而可以切近蚕豆中，实现压紧切皮的动作。 第一颗蚕豆被压紧切皮后，凸轮的远休止阶段结束，平底推杆向上移动，步 进机构齿 8 也由其右极限位置向左运动，实现退刀，蚕豆停止在原位。当齿 8 再 次运动到其右极限位置的过程中，将第二颗蚕豆推至第一颗蚕豆停留处，与第一 颗蚕豆发生碰撞，借助这一推力，第一颗蚕豆向前移动，从前方紧接的倾斜机架 导轨滑落致后面的机构当中。 所以我们通过曲柄摇杆机构和平底凸轮机构可以实现对蚕豆的传送和压紧切 皮一系列动作。 图 2-6 我们从一下方面方案进行了对比： 1.从机构的功能来看： 方案一是利用凸轮远休的特点来对蚕豆实现暂时的保压固定。方案二是通过从 动件与机架的移动副，实现上下往复移动可以实现压紧切皮的动作。方案三直接 5 无法压紧。所以只有方案一二两种机构可以达到此项工艺要求，方案三不行。 2.从机构的工作性能来看： 方案一在导杆杆上可以套有弹簧，可以实现压紧力可调，所以可以保证不会压 坏蚕豆，传力效果好，承载能力强。方案二利用从动件的左右移动，无法实现较 长时间的保压固定，并且与机架的磨损较大。 3.从机构的运动性能来看： 方案一凸轮运动平稳，凸轮与导杆的接触面间易形成油膜，润滑较好，所以可 以用于高速运动的场合，易于保证生产效率。方案二有连杆机构，不能用于高速 运动的场合。方案三无力支撑。 4从制造加工经济性来看： 方案一涉及的构件少，仅有凸轮，导杆，加工制造方便，成本较底。方案二涉及 机构过，包括连杆，滑块，加工成本高，所占空间大，结构不紧凑。 综上：为了保证切皮的效率，我们最终采用方案一的凸轮机构和导杆机构来实现 切皮的过程。 2.2.3 挤压脱皮 方案一：曲柄滑块机构 图 2-7 机构的活动构件 n= 5，低副数目 Pl= 7，高副数目 Ph=0，局部自由度 F =0，虚约束 p=0，机构的自由度 F=3n -（2 Pl + Ph ）=37-27=1 方案二：双摇杆机构 图 2-8 机构的活动构件 n= 6，低副数目 Pl= 8，高副数目 Ph=0，局部自由度 F =0，虚约束 p=0，机构的自由度 F=3n -（2 Pl + Ph ）=36-28=2 方案三：压辊 为实现对蚕豆的挤压脱皮，我们选用的是轧辊装置。 6 设定两轧辊之间的间隙为 5mm，略小于蚕豆的厚度。蚕豆由于其重力，掉落进 轧辊，在通过轧辊间歇时，两个轧辊同时向中心回转，对蚕豆一端挤压，由于蚕 豆另一端已经被切皮，所以蚕豆可以从切皮端被挤出。 图 2-9 我们对三种方案中的机构作了如下的对比： 5从机构的功能来看： 方案一采用曲柄滑块机构进行挤压脱皮，滑块运动史也地面进行配合，实现 挤压脱皮。方案二采用的是双摇杆机构，在双摇杆之间进行挤压脱皮，从侧面进 行输出，方案三是利用压辊进行挤压脱皮，利用双压辊之间的距离进行挤压脱皮。 6从机构的工作性能来看： 方案一曲柄滑块机构利用曲柄机构无死点进行脱皮，效率高，稳定方案二用摇 杆运动动不稳定，方案三利用压辊进行脱皮。如果要提高传送的效率必须加快曲 柄的转速，但是曲柄滑块机构滑块的质心是在做变速运动，所产生的惯性力难于 用一般的平衡方法加以消除，所以并不适合高速运动。 7从机构的动力性能来看： 方案一曲柄滑块质心会突变，所产生的