模板剥豆机机构脱皮机构设计.docx
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模板剥豆机机构脱皮机构设计
课程设计
资料袋
机械工程学院（系、部）第二学年第二学期
课程名称机械原理课程设计指导教师职称教授
学生姓名专业班级学号
题目剥豆机机构设计
成绩起止日期2009年5月22日～2009年5月29日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1
2
课程设计说明书
1
3
课程设计图纸
若干
张
4
5
6
机械原理课程设计
设计说明书
剥豆机机构设计
起止日期：
2009年6月5日至2009年6月9日
学生姓名
班级
学号
成绩
指导教师（签字）
机械工程学院（部）
2009年6月9日
目 录
0.课程设计任务书…………………………………………2
1.设计题目…………………………………………………3
2.工作原理和工艺动作分解………………………………3
3.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图……………5
4.豆机的功能分析与设计过程……….…………………6
5.脱皮机构与定位夹紧机构选型…………………………8
6.机械传动系统的速比和变速机构………………………11
7.脱皮机构的尺度设计……………………………………12
8.定位切皮凸轮机构及夹紧凸轮机构设计………………13
9.剥豆机三维图设计………………………………………16
10.参考资料…………………………………………………17
11.设计总结…………………………………………………18
课程设计任务书
2010—2011学年第2学期
机械工程学院（系、部）材料成型专业班级
课程名称：
机械原理课程设计
设计题目：
剥豆机机构设计
完成期限：
自2009年6月5日至2009年6月9日共1周
内
容
及
任
务
一、设计的任务与主要技术参数
将蚕豆浸泡后放在料斗内，通过振动下料后将蚕豆平放，并排列成头尾相接，然后将蚕豆送到切皮位置，将豆压住并切开头部的皮，最后拥挤压方法将豆挤出。
其余设计参数是：
1）蚕豆长度：
20～25mm；
2）蚕豆宽度：
15～20mm；
3）蚕豆厚度：
6～8mm；
4）生产率：
80粒/min；
5）要求所设计的机器体积小、重量轻、压紧力可调、工作可靠、外形美观。
二、设计工作量
要求：
对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案，根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比和变速机构，作出机构运动简图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。
要求有设计说明书一份，相关图纸一至两张。
（有条件的要求用三维动画表述）。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
6.5-6.7
构思该机械运动方案
6.7-6.8
运动分析及作图
6.9
整理说明书与答辩
主要
参考
资料
［1］朱理．机械原理［Ｍ］．北京：
高等教育出版社，2008：
15-200
［2］邹慧君．机械原理课程设计［Ｍ］．北京：
高等教育出版社，2009：
15-250
指导教师：
2009年6月1日
系（教研室）主任：
2009年6月1日
1.设计题目：
剥豆机机构设计
1.1设计原理：
剥豆机是将干蚕浸胖后放在料斗内，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。
1.2设计要求：
①蚕豆长度：
20-25mm
②蚕豆宽度：
15-20mm
③蚕豆厚度：
6-8mm
④生产率：
每分钟剥80粒
⑤剥豆机要求体积小、重量轻、压紧力可调、工作可靠、外形美观
蚕豆形状如图1-1所示，
晒干的蚕豆
浸泡之后的蚕豆
去皮并炸过的蚕豆
图1-1蚕豆形状图
2.工作原理和工艺动作分解
2.1工作原理和工艺动作分解
根据工艺过程，机构应具有一个电动机和四个执行构件（一个料筛、一个推杆、一个定位切皮构件、一个夹紧块和一个双轴轧辊）。
五个执行构件的运动形式如下所示：
（1）料筛沿着槽面左右水平往返移动，是蚕豆能够快速地按预定位置落入槽内。
因为蚕豆颗粒相对比较大，若没有振动这一过程，蚕豆容易卡在料筛的出豆口，将不能达到预期目的。
我们采用的是使蚕豆一粒一粒的落下，所以为了提高工作效率和降低能耗，料筛振动的幅度不宜过大。
故其行程约为30mm其简图和位移线图如图2-1所示：
图2-1振动筛的位移示意图
（2）推杆沿着槽的内部首先将蚕豆水平推进24mm，然后停止一段时间，等切皮结束后在往前推52mm，到达斜槽顶部是蚕豆下滑。
若机构完成一个运动循环则其简图和位移线图如图2-2所示：
图2-2推杆位移图
（3）定位切皮机构是有凸轮机构来实现其运动规律的。
它的目的是将蚕豆定位，并且定位于切皮是一个联动组合机构，在回位的同时进行切皮动作其运动简图和位移线图如图2-3示：
图2-3定位切皮机构位移图
（4）夹紧块也是通过凸轮机构来实现其运动规律的。
它是将蚕豆固定，利于下一步的切皮运动。
其运动简图和位移线图如图2-4所示：
图2-4夹紧机构位移图
（5）双轴轧辊是用来实现脱皮功能的。
由于它的与其它机构的联动性要求不高，而且是匀速转动的，所以对其设计只需着眼于对其功能的实现。
3.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图
拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。
以主动件的转角作为横坐标（0°、360°），以各机构执行构件的位移为纵坐标作出位移曲线。
主动轴每转一圈为其准拟定的运动循环图如下图3-1所示：
图3-1剥豆机的机构运动循环图
4.剥豆机的功能分析与设计过程
4.1剥豆机的功能分析
由上述分析可知，剥豆机的功能分析可作总结如图4-1所示：
图4-1剥豆机的功能分析图
将剥豆机的功能分析图可知，其运动有下料送料定位压紧切皮脱皮，如图4-2所示：
送料
下料
图5-2
脱皮
定位压紧切皮
图5-3
图4-2剥豆机功能示意图
4.2剥豆机的设计过程：
实现剥豆机切皮运动的机构应有下面几种基本功能：
（下料与输送由李小娟负责）
1在蚕豆输送过程中，此时定位机构要处于停歇状态，在蚕豆即将被定位时，定位机构也要处于停歇状态，故该机构要有两次间歇功能。
②要满足定位功能与切皮功能联动组合
2需要定位切皮机构有往复运动
3双轴轧辊转向所在的平面于主动件即主动轴转动所在的平面是垂直的，故机构要有运动转动换向功能，即垂直平面换向
4根轧辊间的运动要反向，所以该机构必须要有第二次运动换向功能，即同平面反向
5辊脱皮的过程中，因为蚕豆的壳比较软很容易粘在轧辊上，故此机构应该有个扫的功能
6我们设计的剥豆机的生产效率是每分钟剥80粒，并且没脱一粒皮双轴轧辊就应该旋转一周，故主动轴轧辊的要完成每分钟转80圈
5.脱皮机构与定位夹紧机构选型
5.1脱皮机构选型
实现夹紧运动的机构应有下面几种基本功能：
①在定位前，夹紧块要处于未夹紧停歇状态，定位之后，夹紧块也要处于夹紧的停歇状态，以利于下一步的切皮动作，故该机构也要有两次停歇功能。
②需要加紧机构要有往复运动。
由上述易知要实现蚕豆脱皮的功能需要将此两种换向的机构串联起来，因此可以先去能使现
（1）、
（2）两种功能的的机构来组成我们所需要的方案。
如果每一功能仅由一类基本机构来实现，如图5-1所示，可以组合成3*3=9种方案。
垂直平面换向
平行平面换向
图5-1可供选择的方案
在按给定所需要的运动条件和空间，时间条件下，选出三种方案。
如图5-2所示：
方案一
方案二
方案三
图5-2脱皮机构的三种方案
5.2脱皮机构运动方案的选择和评定
方案一：
圆柱齿轮与直齿圆锥齿轮串联机构
工作原理：
直齿圆锥齿轮啮合，实现垂直平面速度换向；圆柱齿轮啮合，实现平行平面速度反向。
两种啮合串联从而使轧辊按要求运动。
优点：
结构紧凑，稳定性，传动性良好，便于装配。
方案二：
直齿圆柱与涡轮蜗杆串联机构
工作原理；直齿圆锥齿轮啮合，实现垂直平面速度换向；涡轮蜗杆啮合，实现平行平面速度反向。
两种啮合串联从而使轧辊按要求运动。
优点：
结构比较紧凑，能实现大传动比传动。
缺点：
结构复杂，稳定性能不是很好。
方案三：
双曲柄机构与涡轮蜗杆串联机构
工作原理：
涡轮蜗杆啮合，实现垂直平面速度换向；双曲柄机构，实现平行平面速度反向。
两种机构串联从而使轧辊按要求运动。
优点：
能实现使双轴轧辊反向运动的功能。
缺点：
不便与轧辊装配，结构复杂，传动性较差。
结论：
在三个方案的比较下，选取方案一作为脱皮机构比较合适。
5.3定位夹紧机构选型
如图5-3所示有三种方案：
定位切皮机构和夹紧机构方案
图5-3定位夹紧机构的三种方案
方案一：
凸轮机构
工作原理：
凸轮匀速转动，带动小凸轮转动，由于圆柱凸轮轮廓的作用，使杆往复运动。
优点：
机构简洁，尺寸较小，方便实现与其他机构原动件的串联。
可实现在预定位置的较长时间的停歇。
运动规律可按自己的需求设定。
方便实现所要运动规律。
正好可用于此课题中，夹紧、定位切皮运动要求。
方案二：
曲柄滑块机构的改装
工作原理：
主动导杆匀速转动，带动同时也在凸轮沟槽中运动的滚子，通过连杆使滑块往复移动。
优点：
当导杆在一定角范围内转动时，滑块在左极限位置停歇。
可实现单侧停歇的歇移动。
此机构可实现单侧的较长时间的停歇。
缺点：
此机构只可以在左极限位置实现较长时间的停歇，不能在其他位置实现停歇，因而舍弃。
结构复杂，且便于实现原动件的串联。
方案三：
采用曲柄滑块机构
工作原理：
主动导杆匀速转动，通过连杆使滑块往复移动。
优点：
此机构结构简洁，设计简单、方便。
尺寸较小，
缺点：
滑块在行程末端只作瞬时停歇，运动规律不理想，且便于实现原动件的串联。
总结：
最终选择方案一，做切夹紧、定位切皮机构。
6.机械传动系统的速比和变速机构
第一级传动采用锥齿轮传动，传动比为1
第二级传动采用圆柱齿轮传动，传动比为0.67
7.脱皮机构的尺度设计
根据方案一设计双轧辊脱皮机构示意图，如图7-1所示：
图7-1双轧辊脱皮机构示意图
由于蚕豆长度：
20-25mm蚕豆宽度：
15-20mm蚕豆厚度：
6-8mm。
我们选用的是平放挤压，所以轧辊的间隙应该稍小于蚕豆的厚度，轧辊的长度应该大于蚕豆的宽度。
其具体尺寸设计如下：
轧辊的间隙为5-7mm，长度为40-50mm,半径35mm轧辊的实物图和装配图如图7-2所示：
图7-2轧辊三维图
另外，由于蚕豆的皮很容易粘在轧辊上不利于连续脱皮，故可在斜槽上可以设置一个挡板，该挡板的功能等同于刮刀，防止豆皮粘在轧辊上，不利于下一个蚕豆的挤压。
同时，不需要用到其它清扫机构，使该机构更为简洁。
其实物图如图7-3：
图7-3清扫器三维图
接下来，需要对四个齿轮尺寸进行分析，其位置关系如图7-4所示：
图7-4齿轮位置关系图
四个齿轮的尺寸大小，根据辊子大小，选择如表7-1所示：
表7-1齿轮的主要尺寸
齿轮序号
①
②
③
④
模数M
3
3
3
3
齿数Z
30
20
20
20
压力角α
20
20
20
20
齿厚b
10
10
20
20
分度圆直径d=m×z
90
60
60
60
基圆直径db=d×cosα
84.57
56.38
易知,这四个齿轮构成了一个定轴轮系,锥齿轮4带动锥齿轮3转动,锥齿轮3与圆柱齿轮2固接,圆柱齿轮2又带动圆柱齿轮3转动.其传动比的计算如下:
8.定位切皮凸轮机构及夹紧凸轮机构设计
8.1定位切皮凸轮机构及夹紧凸轮机构应满足的要求
根据前面运动循环图所述，凸轮要满足的位移如图8-1所示：
图8-1凸轮的位移线图
定位切皮凸轮机构的运动简图如图8-2所示，此机构即为一个对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，为了安装方便以及简化计算，使其从动件的水平运动状态与滚子的水平运动状态保持一致，即它们的放大系数K=1。
这样设计是因为：
此机构是把定位和切皮两种功能联动组合起来的，我们把此凸轮的基圆半径设计为R1=80mm，滚子的半径设计为r1=15mm。
图8-2定位切皮凸轮机构的运动简图
夹紧凸轮机构的机构简图如下图8-3所示，此机构相当于一个对心直动滚子从动件盘形凸轮机构和一个运动放大机构串联组合起来的。
其放大系数k=s0/s=250/170=1.47。
夹紧蚕豆所需要的空间少，S0max=7.35mm、时间短，t=125ms，考虑到这些因素根据此要求，我们设计的基圆半径R2=40mm，滚子半径r2=15mm
8-3夹紧凸轮机构的机构简图
定位切皮凸轮和夹紧凸轮的实物图及轮廓图如图8-4、图8-5所示:
夹紧凸轮
定位切皮凸轮
图8-4定位切皮凸轮和夹紧凸轮的三维图
定位切皮凸轮轮廓线
夹紧凸轮轮廓线
图8-5定位切皮凸轮和夹紧凸轮的轮廓线图
由于豆宽为15——20mm，槽设定为21mm，定位机构在理想位移为23mm，过大会不经济，过小又不会满足工作需求。
切皮刀片安装在棒的端口，不易过大，且在运动过程中不应放在槽内，以免挡住蚕豆，而使机器卡死。
因而定位切皮棒长度设计为30—40mm。
蚕豆厚度为6-8mm，定位切皮棒的高度应设计在9—10mm，过大或过小都不会正好在蚕豆一端将皮切开。
定位切皮棒及其装配三维图如图8-6示：
图8-6定位切机构装配三维图
9.剥豆机三维图设计
与李小娟同学的设计汇总，做出剥豆机的总体结构图，如图9-1所示
图9-1剥豆机的总体结构图
剥豆机三维图如图9-2所示
图9-2剥豆机的装配图
剥豆机的爆炸图如图9-3所示：
图9-3剥豆机的爆炸图
10.参考资料
［1］朱理．机械原理［Ｍ］．北京：
高等教育出版社，2008：
15-200
［2］邹慧君．机械原理课程设计［Ｍ］．北京：
高等教育出版社，2009：
15-250
11设计总结
经过一个星期的努力，在银金光老师的带领下，我终于将机械设计课程设计做完了.在这次作业过程中我遇到了许多困难一遍又一遍的计算一次又一次的设计方案修改这都暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足.管这次作业的时间是漫长的过程是曲折的但我的收获还是很大的.不仅仅掌握了锥齿轮传动、圆柱齿轮传动和凸轮机构设计步骤与方法;也不仅仅对制图有了更进一步的掌握;AutoCAD、proe、Word、powerpoint这些仅仅是工具软件熟练掌握也是必需的.对我来说收获最大的是方法和能力.那些分析和解决问题的方法与能力.在整个过程中我发现像我们这些学生最最缺少的是经验没有感性的认识空有理论知识有些东西很可能与实际脱节.总体来说我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来从中暴露出自身的不足以待改进.有时候一个人的力量是有限的合众人智慧我相信我们的作品会更完美!
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