机械制造行业机械原理课程设计剥豆机.docx
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机械制造行业机械原理课程设计剥豆机
西北农林科技大学
课程设计说明书
学院：
机械与电子工程学院
专业：
机械设计制造及其自动化专业
课程名称机械原理课程设计
指导教师：
郭红利
题目:
剥豆机设计方案与分析
班级：
机制096
魏雨晨2009012387
周厚超2009012375
李佳佳2009012377
时间：
2010年1月15日
剥豆机设计方案与分析
指导教师（签字）：
2011年1月15日
内
容
及
任
务
一、设计的主要技术参数
二、设计任务
进行剥豆机系统的运动方案和传动系统设计
确定剥豆机作原理和运动形式，绘制工作循环图；
设计几种运动方案并进行分析、比较和选择；
根据选定的电动机和执行机构的运动尺寸计算，拟定机械传动方案；
对选定运动方案进行运动分析与综合，并绘制机械运动简图；
三、设计工作量
编写说明书一份及制作PPT
主
要
参
考
资
料
《机械原理课程学习与指南》西北农林科技大学出版主编：
郭红利
《机械原理》第七版高等教育出版社主编：
孙桓陈作模葛文杰
《机械制图》第六版高等教育出版社
剥豆机剥豆仿真模拟图
剥豆机
一、剥豆机功能及设计要求
1.功能
1）剥豆机的功能是将浸胖后的蚕豆通过振动下料后平放排列成头尾相接，送到切皮位置，将其压住并切开头部的皮，然后用挤压的方法将豆挤出。
2）剥豆机的主要工艺动作是送料、压豆切皮、挤压脱皮。
2.设计要求及原始数据
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）剥豆机要求体积小、重量轻、压紧力可调、工作可靠、外形美观。
6）机械运动方案应力求简单。
二、工作原理和工艺动作分解
根据上述分析，剥豆机要求完成的工艺动作有以下四个动作：
1）加料：
可以手动加料，并采用震动料斗，使蚕豆头尾排列进入送料机构。
2）送料：
采用滚子推杆凸轮机构，间歇运动送料。
3）压豆切皮：
压紧、切皮机构最好用联动组合机构，为保证压力不过大可在压头处加一个刚度合适的弹簧。
4）挤压脱皮：
利用两轧辊加压进行挤压脱皮，两轧辊之间间隙一般比蚕豆最小厚度略小。
5）去皮装置：
借助电动机动力，通过带传动装置带动小风扇实现将剥了皮的豆和皮分开。
因此，剥豆机的运动方案设计重点考虑送料、压豆切皮、挤压脱皮机构这三个机构的选型和设计问题，去皮装置只需要考虑动力的传递和小风扇的调速问题。
三、根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图
对于剥豆机运动循环图主要是确定送料和压紧切皮执行机构的先后顺序、相位，以利于对各执行机构的设计、装配和调试。
图1表示剥豆机两个执行机构的运动循环图
图一剥豆机运动循环图
四、执行机构的选型
根据送料机构、压紧切皮机构和挤压皮脱机构这三个执行机构动作要求和结构特点，可以选择表1的常用机构。
表2执行机构
送料机构
偏置曲柄滑块机构
滚子推杆凸轮机构
压紧切皮机构
凸轮加杠杆机构
凸轮机构
挤压脱皮机构
轧辊挤压机构
（一）两种送料结构运动形式的比较
曲柄-滑块机构（a）
凸轮-滑块机构（b）
图（a）所示的机构是利用曲柄的周转，使得滑块左右移动，达到送料的功能。
但其运动过程中具有较大的惯性，而且还有两个死点。
而图（b）的凸轮滑块机构，其结构更加简单，运动平稳，只要设计凸轮的曲线就可以达到预定的轨迹。
所以送料选择凸轮-滑块机构（b）.
为了实现送料推杆的往复运动在推杆上安装一个合适的弹簧，弹簧左端固定在推杆上，右端固定在机架上
（二）压紧—切皮机构
压紧—切片机构，此机构采用联动组合机构，为了保证压力不够大，防止被压碎，所以在压头处加一个合适的弹簧。
此机构的运动过程是先弹簧收缩，压紧豌豆，然后切刀将豌豆皮切开，当压紧—切片机构向上运动时，切刀离开豌豆，最后压头离开豌豆，成功的完成切片任务。
五、机械传动机构的选择与比较
表2中是可供选择的常用传动机构
带传动
具有传动平稳、噪声低、清洁（无需润滑）的特点，具有缓冲减振和过载保护作用，并且维修方便。
与链传动和齿轮传动相比，带传动的强度较低以及疲劳寿命较短
齿轮传动
效率高、传动比稳定、工作可靠、寿命长、结构紧凑、比带、链传动所需的空间尺寸小
涡轮蜗杆传动
传动比大，体积小，单头的有的能自锁，不用另加制动装置就能停在任意位置，但是它的效率太低
两种传动方案的比较：
传动方案（a）
传动方案（b）
两个传动方案的比较中，方案（b）更加简单，效率更高。
由于方案（a）中的涡轮，蜗杆机构，锥齿轮机构使得传动效率一级级降低，而且在生产成本上也比方案（b）高。
方案（b）中的送料机构，振动机构，压紧-切片机构都可以通过凸轮来实现，这样使得传动更加协调。
六、运动方案的选择和评定
按给定条件和尽量使机构简单等要求来选择方案。
由此可选定两个结构比较简单的方案。
方案Ⅰ：
送料机构为滚子推杆凸轮机构、压紧切皮机构为凸轮加杠杆机构、挤压脱皮机构为轧辊挤压机构。
方案Ⅱ：
送料机构为偏置曲柄滑块机构、压紧切皮机构为凸轮机构、挤压脱皮机构为轧辊挤压机构。
方案Ⅱ中的压紧切皮机构选用的是凸轮机构，要完成压紧和切皮两个动作就需要两个凸轮，而方案Ⅰ中所选用的凸轮加杠杆机构只需要一个凸轮就可以完成压紧和切皮两个动作，故方案Ⅰ较方案Ⅱ要简单，及选用方案Ⅰ。
七、机械运动系统的速比和变速机构
根据题目要求和电动机的型号，可采用Y90S—6，其功率为N=750W，转速n=910r/min。
根据选定的驱动电动机的转速和剥豆机的生产能力。
它们的机械传动系统的总速比为：
机械传动系统的第一级采用带传动，其速比为1.517；第二级为直齿圆柱齿轮传动，其速比为2.5；第三级仍为直齿圆柱齿轮传动，其速比为3。
八、机械运动方案简图
按已选定的三个执行机构的型式及传动系统，画出剥豆机的机械运动示意图（图二）。
图二剥豆机运动方案示意图（俯视图）
图二表示滚子推杆凸轮机构、压紧切皮机构、挤压脱皮机构、电动机的相互位置情况。
实际上料斗及其压紧切皮机构都与上下移动的推杆连在一起，当凸轮将推杆上移时，起到震动料斗，同时进行压紧切皮动作。
当凸轮推动左右运动的推
杆时，将蚕豆送到压紧切皮机构下，同时将以切皮的蚕豆送到挤压脱皮机构进行挤压脱皮，脱皮后的蚕豆掉到放在下面的盘子里，同时小风扇将豆皮吹出（小风扇的转速可用调节开关进行调节）实现了最终将豆和皮分开的目的。
九、机械传动系统和执行机构的尺寸
1、带传动
（1）由于V型带适用于开口传动，带轮直径较小或转速较高场合，常用于电机后的第一级减速，故选用V型带且根数为1。
（2）取
，则
，设带轮1、2的中心距为
，则
，即
，故取
。
（3）取
则
，设带轮3、4的中心距为
，则
，即
，故取
。
（4）取
，则带轮5和6的中心距应满足140mm
200mm，故取
。
2、齿轮传动
表3直齿轮参数表
名称
齿数
模数
分度圆
齿轮1
20
2.5mm
50mm
齿轮2
50
2.5mm
125mm
齿轮3
10
5mm
50mm
齿轮4
30
5mm
150mm
齿轮5
10
5mm
50mm
齿轮6
10
5mm
50mm
3、凸轮设计
凸轮基圆直径为120mm，推杆行程为27mm,且凸轮转过π弧度时水平推杆以余弦加速度运动，后π弧度水平推杆位移不变。
图三水平推杆运动规律位移曲线
图四凸轮轮廓
4、推杆以及切刀定位尺寸
推杆、切刀的定位尺寸如图五所示：
图五
十、方案评价、感想与建议
运动精确性：
由于齿轮设计和凸轮设计都是按照剥豆速度80粒/分来设计的，因此凸轮的转速是80转/分。
切皮机构的设计是一个难题，要完成这一动作，需要一个联动机构，及在切皮时必须有个压紧过程，且两动作必须配合运动，于是我们想到了用学过的各类执行机构两两配合，想出了的不同的方案，当然有的在考虑可行性后被排除了，最终在共同商讨下选出了凸轮与连杆配合的方案。
最后，将全部机构配合起来，按照题目的要求进行尺寸计算，就完成本次剥豆机的设计。
在这次搞设计的过程当中让我学到了很多东西。
课堂上所学到的知识很有限，在真正运用时是远远不够的，正如在设计的过程中，需要参阅大量的资料，需要自己去理解去推敲，需要不停巩固以前学的和学习没有学过的，才能将其运用到实际中，而设计过程中也遇到了不少的问题，要将各机构的设计拼凑起来并计算尺寸，就是一件难事，这要求我们不仅要有克服困难的勇气，还要有孜孜不倦的精神，不仅要了解机构的运动工作步骤，还要精确的把运动规律分析出来，经过反复的假设与验证才能使得各机构配合起来。
当然，没有老师的配合，我们也是不可能完成的。
相对于大型机械，我们的设计是不起眼的，但是每一个复杂的设计都由基本机构构成，我想只要认认真真，善于思考，从现在起，从小部分做起，从实践中积累知识，从失败中积累经验，我们定会得到不少收获。
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