一种曲柄摇杆式拨蛋机构设计.docx
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一种曲柄摇杆式拨蛋机构设计
前言
我国国内每年生产大量的禽蛋，但是由于没有较为先进的包装分级机构，所以需要大量的人力。
用人力劳动处理鸡蛋不仅劳动强度大，而且会消耗宝贵的时间，所以对禽蛋的及时加工处理设备的研制，一直是许多科研机构和单位的重点。
本文根据市场的需求设计一种曲柄摇杆式拨蛋机构，实现了对禽蛋包装分级的机械化以及自动化，节省人力和时间。
同时为以后的研究开发打好铺垫。
本文根据通过对我国的现状的分析，在此基础上设计了该曲柄摇杆拨蛋机构。
本文中设计的机构适合大多数禽蛋的分级包装，在此过程中完成了曲柄摇杆、传动系统以及输送部分的设计及计算。
本机构采用简单的机构、动力消耗小，从而保证本机械的工作性能及和工作可能性。
关键词：
曲柄摇杆；拨蛋；设计；带轮
目录
1绪论1
1.1研究对象及内容1
1.2研究目的1
1.3可行性分析1
1.4研究现状1
1.5设计内容及设计步骤2
2曲柄摇杆式拨蛋机构的结构及工作原理2
2.1曲柄摇杆式拨蛋机构的结构2
2.2曲柄摇杆式拨蛋机构的工作过程3
2.3曲柄摇杆式拨蛋机构的工作原理3
2.4各零件作用3
3曲柄摇杆拨蛋机构的设计过程6
3.1曲柄摇杆机构的设计6
3.2电机的选择6
3.3皮带及带轮的选择过程7
3.4接近开关的设计9
3.5输送带速的选择9
3.7轴承的选型9
3.8输送部分减速器的设计11
结论15
致谢16
1绪论
1.1研究对象及内容
鸡蛋具有丰富的营养价值，从直接食用到各种食品行业的加工，都有鸡蛋的身影，深得市场的欢迎。
但是由于鸡蛋的保质期较短，一般只能放一个月左右，但夏天入伏后到立秋这段时间的鸡蛋放不住，只能放10～15天左右，特别是对于一些禽蛋产区，每批次的产蛋量极大，用人力劳动处理鸡蛋不仅劳动强度大，而且会消耗宝贵的时间，所以对禽蛋的及时加工处理设备的研制，一直是许多科研机构和单位的重点。
本文就目前世界上现有的禽蛋加工处理技术设备进行了全面的调查，就其各种禽蛋加工工艺流程和设备结构进行比较分析，在此基础上设计开发出适合我国国情的可以应用与中等规模的鸡蛋加工企业的需要。
在工艺流程方面，遵循目前世界上较流行的鸡蛋处理过程，采用鸡蛋的导向、分级、包装等主要顺序步骤。
1.2研究目的
为了满足工程设计的需要，说明曲柄摇杆机构的尺寸变化对机构性能的影响，一些专供设计者使用的四杆机构综合图谱已经被总结出来。
例如德国工程师手册中有很多机构的性能图谱，但是很难查明给定机构尺寸所对应的性能是这些机构的运动性能（如从动件和原动件所能实现的摆角）为坐标的图谱缺点所在。
前苏联学着绘制了摆角图谱、类角速度和类角加速度图谱、极为夹角图谱等等一系列机构性能图谱，但容纳机构的尺寸类型不全，也不能形象的显示机构实际尺寸特点，而且这些图谱的空间坐标轴的实际尺寸的换算很复杂，虽能实现将机构尺寸型都容纳与有限的封闭三维空间，但是应用上很难实现。
因此，机构完整的、系统的、可供技术人员在设计中查找的图谱成为当今机构学着的任务之一。
所以建立一种简单、方便、实用的设计方法，绘制便于查阅的图谱，再利用多目标函数限定选择最优方案成为连杆机构设计的首要任务。
1.3可行性分析
（1）减少包装设备成本。
与大型的禽蛋分级装备所配置的末端分级执行机构相比该实用新型可以采用较少的硬件设施，能够降低成本。
（2）扩大了末端分级机构的试用范围。
因为末端分级执行机构的设计为曲柄摇杆可调试机构，在不同的机构具有不同的运动学和动力学特性，所以可以针对多种类型的禽蛋实施末端分级，具有通用性。
（3）本实用新型使拨蛋动作用力适当、可控，实现拨蛋机构参数精确调节；并可实现对电机对本实用新型拨蛋机构的拨蛋动作的精确控制。
1.4研究现状
世界上禽蛋产量最大的5个国家依次是中国、美国、日本、俄罗斯、印度。
但我国禽蛋出口量仅占世界总出口量的不到十分之一，原因之一我国禽蛋精深加工水平低。
目前我过禽蛋加工专业化程度仅为0.26%，远低于发达国家水平。
本课题实用新型涉及禽蛋的分级设备尤其设计一种禽蛋末端分级机构。
鸡蛋具有丰富的营养价值,从直接食用到各种食品行业的加工，都有鸡蛋的身影,深得市场的欢迎。
但是由于鸡蛋的保质期较短，一般只能放一个月左右，但夏天入伏后到立秋这段时间的鸡蛋放不住，只能放10～15天左右，特别是对于一些禽蛋产区，每批次的产蛋量极大，用人力劳动处理鸡蛋不仅劳动强度大，而且会消耗宝贵的时间，所以对禽蛋的及时加工处理设备的研制，一直是许多科研机构和单位的重点。
本文就目前世界上现有的禽蛋加工处理技术设备进行了全面的调查，就其各种禽蛋加工工艺流程和设备结构进行比较分析，在此基础上设计开发出适合我国国情的可以应用与中等规模的鸡蛋加工企业的需要，在工艺流程方面，遵循目前世界上较流行的鸡蛋处理过程，采用鸡蛋的导向、分级、包装等主要顺序步骤。
本研究的主要研究内容和结果如下：
1、综述了国内外的禽蛋自动化分级设备的应用研究进展和现状，通过对国外同类产品的研制生产与应用情况，结合国内禽蛋业的产业化处理情况，指出开展自主设备研发的迫切需求。
2、通过分析国内外禽蛋分级末端执行器的类型综述，结合三维设计软件实现对鸡蛋分级装备中末端执行器的机构设计，并且对末端执行器进行运动学分析，与实际样机的实验情况对照,验证理论的分析结果。
3、在综述国外禽蛋包装设备的研发应用现状基础上，提出了能实现5×5纸质蛋托和2×4塑料翻盖蛋托包装的包装台，实现对鸡蛋分级包装设备中的包装台的结构设计和样机建立，并且通过样机实验获得了方案的可行性。
4、实现对鸡蛋气室导向机构的设计，以对鸡蛋夹持式的旋转导向为特点，进行了三维建模和动态仿真，并采用ADAMS进行了机构的运动学分析，从理论上论证了方案的可行性。
在具体实施时，提出机构设计的因素和要求，对核心工作部分的结构完成设计，并进一步提出了运动学和动力学模型，对分级效果和机构设计进行理论分析验证。
最后通过鸡蛋分级设备进行试验验证分级设备对鸡蛋分级效果的良好性。
1.5设计内容及设计步骤
1.5.1设计内容
（1）查阅有关资料选择相关参数及材料,设计曲柄摇杆式拨蛋机构。
（2）设计完各零部件后，进行装配组合，试验设计的可靠性。
（3）运用Solidworks软件，绘制三维零件图和装配图。
（4）运用三维设计软件完成整机各零部件的三维建模并进行运动仿真。
1.5.2设计步骤
（1）禽蛋分级执行机构的选用。
（2）电机的选用要适合。
（3）曲柄摇杆式拨蛋机构主要零部件的设计。
（4）曲柄摇杆式拨蛋机构参数的精确调节。
（5）绘制所有零部件并查阅相关说明，各零部件尺寸要啮合达到合适效果。
（6）组装装配图并生成三维立体模型，观察效果并加以改进。
2曲柄摇杆式拨蛋机构的结构及工作原理
2.1曲柄摇杆式拨蛋机构的结构
图2-1曲柄摇杆机构
2.2曲柄摇杆式拨蛋机构的工作过程
使用拨蛋机构时，将一组曲柄摇杆式拨蛋机构并排安装于安装平台上，拨片位置靠近输送链，保证拨片摆动时，能将鸡蛋从输送连上拨下，掉到鸡蛋包装台上。
2.3曲柄摇杆式拨蛋机构的工作原理
电机的转动驱动皮带轮转动，通过皮带将扭矩传递给曲柄轮，固定在曲柄轮的第一滑槽内的曲柄会随着曲柄轮一起绕曲柄轮的旋转中心旋转，曲柄通过连杆把力传递给摇杆，摇杆会伴随着曲柄轮的转动而往复摆动，与摇杆固定连接的传动轴也会围绕自身轴线旋转同样角度，由于摇杆轮与传动轴固定，因此摇杆轮伴随着摇杆的摆动而摆动，固定在摇杆轮上的拨片可以在摆动过程中完成拨蛋过程。
本实用新型通过调节曲柄在第一滑槽的位置可改变曲柄摇杆机构中曲柄与连杆的连接点到曲柄轮的旋转中心的距离，由此相应地改变拨片的转动角度，使拨蛋动作用力适当、可控。
2.4各零件作用
（1）电机
电动机（Motors）是把电能转换成机械能的一种设备。
它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩，如图2-2。
图2-2电动机
（2）接近开关
接近开关也叫近接开关，又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。
特点有工作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等。
（3）皮带和输送带
连接皮带轮与被传动物体，传递动力和输送鸡蛋到指定的位置，同时皮带传动比较平稳。
图2-3皮带
（4）皮带轮
主要用于传送动力及改变向曲柄摇杆输入的速度和传动方向。
图2-4皮带轮
（5）拨片
将输送带上传送到指点位置的鸡蛋拨到包装蛋盘里完成鸡蛋包装。
（6）带滑槽的曲柄轮
在曲柄轮上开滑槽目的是为了根据拨片拨蛋过程中需要的摆角来调节摇杆的长度，从而达到调节拨片摆角，调节曲柄摇杆的运动规律。
图2-5曲柄轮
（7）感应块
通过感应块来控制接近开关已达到控制电机。
3曲柄摇杆拨蛋机构的设计过程
3.1曲柄摇杆机构的设计
设计条件：
取摇杆长度l3=50mm，摆角ψ=20o，行程速度变化系数K=1.5。
（1）由给定的行程速度变化系数K，按下式
（3-1）
求处极位夹角。
（2）如图2-1所示，任选固定铰链D的位置，由摇杆长度l3和摆角ψ，作为摇杆两个极限位置C1D和C2D。
（3）连接C1和C2，并作C1M垂直于C1C2.
（4）作∠C1C2N=90o-，C2N与C1N相交于P点，由图看见，∠C1PC2=。
（5）作△PC1C2的外接圆，在此圆周上任取一点A作为曲柄的固定铰链中心。
连AC1和AC2，因同一圆弧的圆周角相等，故∠C1AC2=∠C1PC2=。
（6）因极限位置处曲柄与连杆共线，故AC1=l2-l1，AC2=l2+l1，从而得曲柄长度l1=（AC2-AC1）/2，连杆长度l2=（AC2+AC1）/2。
由图得AD=l4。
图3-1曲柄摇杆设计图
3.2电机的选择
电机1（曲柄摇杆的动力输入电机）的选择
根据每个鸡蛋按60克计算，拨动一个鸡蛋所需要的力0.1N左右，需要向曲柄摇杆机构输入的功率较小，再加上考虑安装尺寸的因素选择小型电机，电机的参数如下表3-1所示
表3-1电机的参数
额定电压（V）
额定电流（A）
额定转速（r/min）
电机总长度（mm）
机身直径（mm）
机身长度（mm）
轴长（mm）
轴径（mm）
额定功率（W）
效率/%
220
0.5
600
106
49
80
14
6.35
110
80
电机2（输送带的输入电机）的选择
电机2的作用是带动输送带传动鸡蛋，所以选择小功率电动机，根据实际情况选择电动机的型号为YL711—4，该电机的参数如下图3-2所示
图3-2电机参数
型号
功率/W
电流/A
电压/V
转速/（r/min）
效率/%
功率因数/cosψ
外形尺寸（长×宽×高）/（mm×mm×mm）
YL711-4
250
1.99
220
1500
62
0.92
255×145×180
由公式
代入数据的动力输送电机的输出角速度为。
3.3皮带及带轮的选择过程
假设拨片及摇杆的运动周期是1次/秒，根据曲柄摇杆的理论知识可知曲柄的运动周期是1秒，所以传动比为i=3.3。
3.3.1确定计算功率
由文献[16]表8-7查得工作系数KA=1.1，故
（3-2）
式中：
为计算功率；
为电机额定功率。
3.3.2.皮带轮的带型
根据Pca、n1由文献[16]表8-7查得选择A型带。
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