畢業(yè)設計剝豆機機構脫皮機構設計

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1、 課 程 設 計 資 料 袋 機械工程 學院（系、部） 第 二 學年第 二 學期 課程名稱 機械原理課程設計 指導教師 劉揚 職稱 教授 學生姓名 黃子良 專業(yè)班級 材料072 學號 07405300219 題 目 剝豆機機構設計 成 績 起止日期 2009 年 5 月 22 日～ 2009 年 5 月 29 日 目 錄

2、 清 單 序號 材 料 名 稱 資料數量 備 注 1 課程設計任務書 1 2 課程設計說明書 1 3 課程設計圖紙 若干 張 4 5 6 - 17 - 機械原理課程設計 目　錄 0. 課程設計任務書…………………………………………2 1. 設計題目…………………………………………………3 2. 工作原理和工藝動作分解………………………………3 3.根據工藝動作和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖……………5 4

3、. 豆機的功能分析與設計過程……….…………………6 5.脫皮機構與定位夾緊機構選型…………………………8 6.機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構………………………11 7.脫皮機構的尺度設計……………………………………12 8.定位切皮凸輪機構及夾緊凸輪機構設計………………13 9.剝豆機三維圖設計………………………………………16 10.參考資料…………………………………………………17 11.設計總結…………………………………………………18 課程設計任務書 2010 —2011 學年第 2 學期 機械工程 學院（系

4、、部） 材料成型 專業(yè) 材1 班級 課程名稱： 機械原理課程設計 設計題目： 剝豆機機構設計 完成期限：自 2009 年 6 月 5 日至 2009 年 6 月 9 日共 1 周 內 容 及 任 務 一、設計的任務與主要技術參數 將蠶豆浸泡后放在料斗內，通過振動下料后將蠶豆平放，并排列成

5、頭尾相接，然后將蠶豆送到切皮位置，將豆壓住并切開頭部的皮，最后擁擠壓方法將豆擠出。 其余設計參數是： 1）蠶豆長度：20～25 mm； 2）蠶豆寬度：15～20 mm； 3）蠶豆厚度：6～8 mm； 4）生產率： 80 粒/min； 5）要求所設計的機器體積小、重量輕、壓緊力可調、工作可靠、外形美觀。 二、設計工作量 要求：對設計任務課題進行工作原理和工藝動作分解，根據工藝動作和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖，進行執(zhí)行機構選型，構思該機械運動方案，并進行的選擇和評定，確定機械運動的總體方案，根據任務書中的技術參數，確定該機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構，作出 機構運動簡圖，對相關執(zhí)

6、行機構的具體尺度進行分析與設計。 要求有設計說明書一份，相關圖紙一至兩張。（有條件的要求用三維動畫表述）。 進 度 安 排 起止日期 工作內容 6.5-6.7 構思該機械運動方案 6.7-6.8 運動分析及作圖 6.9 整理說明書與答辯 主要 參考 資料 ［1］ 朱理．機械原理［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2008：15-200 ［2］ 鄒慧君．機械原理課程設計［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2009：15-250 指導教師： 銀金光 2009 年6 月1 日 系（教研室）主任： 王菊槐

7、 2009 年6 月 1 日 1.設計題目：剝豆機機構設計 1.1設計原理： 剝豆機是將干蠶浸胖后放在料斗內，通過振動下料后將蠶豆平放排列成頭尾相接，送豆到切皮位置，將豆壓住并切開頭部的皮，然后用擠壓方法將豆擠出。 1.2設計要求： ①蠶豆長度：20-25mm ②蠶豆寬度：15-20mm ③蠶豆厚度：6-8mm ④生產率：每分鐘剝80粒 ⑤剝豆機要求體積小、重量輕、壓緊力可調、工作可靠、外形美觀 蠶豆形狀如圖1-1所示， 曬干的蠶豆 浸泡之后的蠶豆 去皮并炸過的蠶豆

8、 圖1-1蠶豆形狀圖 2. 工作原理和工藝動作分解 2.1 工作原理和工藝動作分解 根據工藝過程，機構應具有一個電動機和四個執(zhí)行構件（一個料篩、一個推桿、一個定位切皮構件、一個夾緊塊和一個雙軸軋輥）。五個執(zhí)行構件的運動形式如下所示： （1）料篩沿著槽面左右水平往返移動，是蠶豆能夠快速地按預定位置落入槽內。因為蠶豆顆粒相對比較大，若沒有振動這一過程，蠶豆容易卡在料篩的出豆口，將不能達到預期目的。我們采用的是使蠶豆一粒一粒的落下，所以為了提高工作效率和降低能耗，料篩振動的幅度不宜過大。故其行程約為30mm其簡圖和位移線圖如圖2-1所示： 圖2-1振動篩的位移示意圖

9、 （2）推桿沿著槽的內部首先將蠶豆水平推進24mm，然后停止一段時間，等切皮結束后在往前推52mm，到達斜槽頂部是蠶豆下滑。若機構完成一個運動循環(huán)則其簡圖和位移線圖如圖2-2所示： 圖2-2推桿位移圖 （3）定位切皮機構是有凸輪機構來實現其運動規(guī)律的。它的目的是將蠶豆定位，并且定位于切皮是一個聯(lián)動組合機構，在回位的同時進行切皮動作其運動簡圖和位移線圖如圖2-3示： 圖2-3定位切皮機構位移圖 （4）夾緊塊也是通過凸輪機構來實現其運動規(guī)律的。它是將蠶豆固定，利于下一步的切皮運動。其運動簡圖和位移線圖如圖2-4

10、所示： 圖2-4夾緊機構位移圖 （5）雙軸軋輥是用來實現脫皮功能的。由于它的與其它機構的聯(lián)動性要求不高，而且是勻速轉動的，所以對其設計只需著眼于對其功能的實現。 3.根據工藝動作和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖 擬定運動循環(huán)圖的目的是確定各機構執(zhí)行構件動作的先后順序、相位，以利于設計、裝配和調試。 以主動件的轉角作為橫坐標(0、360)，以各機構執(zhí)行構件的位移為縱坐標作出位移曲線。主動軸每轉一圈為其準擬定的運動循環(huán)圖如下圖3-1所示： 圖3-1剝豆機的機構運動循環(huán)圖 4.剝豆機的功能分析與設計過程 4.1剝豆機的功能分析 由上述分析可知，剝

11、豆機的功能分析可作總結如圖4-1所示： 剝豆機功能分解 振動料篩使蠶豆掉入預定位置 推桿將蠶豆推出的同時封住下料口 將蠶豆定位夾緊，再切皮此時推桿間歇 軋輥對蠶豆進行脫皮并進行清掃 推桿繼續(xù)推出蠶豆至斜槽 圖4-1剝豆機的功能分析圖 將剝豆機的功能分析圖可知，其運動有下料 送料 定位壓緊切皮 脫皮，如圖4-2所示： 送料 下料 圖5-2 脫皮 定位壓緊切皮 圖5-3 圖4-2 剝豆機功能示意圖 4.2剝豆機的設計過程： 實現剝豆機切皮運動的機構

12、應有下面幾種基本功能：（下料與輸送由李小娟負責） ① 在蠶豆輸送過程中，此時定位機構要處于停歇狀態(tài)，在蠶豆即將被定位時，定位機構也要處于停歇狀態(tài)，故該機構要有兩次間歇功能。 ② 要滿足定位功能與切皮功能聯(lián)動組合 ② 需要定位切皮機構有往復運動 ③ 雙軸軋輥轉向所在的平面于主動件即主動軸轉動所在的平面是垂直的，故機構要有運動轉動換向功能，即垂直平面換向 ④ 根軋輥間的運動要反向，所以該機構必須要有第二次運動換向功能，即同平面反向 ⑤ 輥脫皮的過程中，因為蠶豆的殼比較軟很容易粘在軋輥上，故此機構應該有個 掃的功能 ⑥ 我們設計的剝豆機的生產效率是每分鐘剝80粒，并且沒脫一粒皮雙軸軋輥

13、就應該旋轉一周，故主動軸軋輥的要完成每分鐘轉80圈 5.脫皮機構與定位夾緊機構選型 5.1脫皮機構選型 實現夾緊運動的機構應有下面幾種基本功能： ① 在定位前，夾緊塊要處于未夾緊停歇狀態(tài)，定位之后，夾緊塊也要處于夾緊的停歇狀態(tài)，以利于下一步的切皮動作，故該機構也要有兩次停歇功能。 ② 需要加緊機構要有往復運動。 由上述易知要實現蠶豆脫皮的功能需要將此兩種換向的機構串聯(lián)起來，因此可以先去能使現（1）、（2）兩種功能的的機構來組成我們所需要的方案。如果每一功能僅由一類基本機構來實現，如圖5-1所示，可以組合成3*3=9種方案。 垂直平面換向 平行

14、平面換向 圖5-1可供選擇的方案 在按給定所需要的運動條件和空間，時間條件下，選出三種方案。如圖5-2所示： 方案一 方案二 方案三 圖5-2脫皮機構的三種方案 5.2脫皮機構運動方案的選擇和評定 方 案一：圓柱齒輪與直齒圓錐齒輪串聯(lián)機構 工作原理：直齒圓錐齒輪嚙合，實現垂直平面速度換向；圓柱齒輪嚙合，實現平行平面速度反向。兩種嚙合串聯(lián)從而使軋輥按要求運動。 優(yōu) 點： 結構緊湊，穩(wěn)定性，傳動性良好，便于裝配。 方 案二： 直齒圓柱與渦輪蝸桿串聯(lián)機構 工作原理；直齒圓錐齒輪嚙合，實現垂直平面速度換向；渦輪蝸桿嚙合，實現

15、平行平面速度反向。兩種嚙合串聯(lián)從而使軋輥按要求運動。 優(yōu) 點： 結構比較緊湊，能實現大傳動比傳動。 缺 點： 結構復雜，穩(wěn)定性能不是很好。 方 案三： 雙曲柄機構與渦輪蝸桿串聯(lián)機構 工作原理：渦輪蝸桿嚙合，實現垂直平面速度換向；雙曲柄機構，實現平行平面速度反向。兩種機構串聯(lián)從而使軋輥按要求運動。 優(yōu) 點： 能實現使雙軸軋輥反向運動的功能。 缺 點： 不便與軋輥裝配，結構復雜，傳動性較差。 結 論： 在三個方案的比較下，選取方案一作為脫皮機構比較合適。 5.3定位夾緊機構選型 如圖5-3所示有三種方案： 定位切皮機構和夾緊機構方案 圖5

16、-3定位夾緊機構的三種方案 方 案一：凸輪機構 工作原理：凸輪勻速轉動，帶動小凸輪轉動，由于圓柱凸輪輪廓的作用，使桿往復運動。 優(yōu)點：機構簡潔，尺寸較小，方便實現與其他機構原動件的串聯(lián)?？蓪崿F在預定位置的較長時間的停歇。運動規(guī)律可按自己的需求設定。方便實現所要運動規(guī)律。正好可用于此課題中，夾緊、定位切皮運動要求。 方 案二： 曲柄滑塊機構的改裝 工作原理： 主動導桿勻速轉動，帶動同時也在凸輪溝槽中運動的滾子，通過連桿使滑塊往復移動。 優(yōu) 點： 當導桿在一定角范圍內轉動時，滑塊在左極限位置停歇?？蓪崿F單側停歇的歇移動。 此機構可實現單側的較長時間的停歇。 缺 點：

17、 此機構只可以在左極限位置實現較長時間的停歇，不能在其他位置實現停歇，因而舍棄。結構復雜，且便于實現原動件的串聯(lián)。 方 案三：采用曲柄滑塊機構 工作原理：主動導桿勻速轉動，通過連桿使滑塊往復移動。 優(yōu) 點：此機構結構簡潔，設計簡單、方便。尺寸較小， 缺 點：滑塊在行程末端只作瞬時停歇，運動規(guī)律不理想，且便于實現原動件的串聯(lián)。 總 結： 最終選擇方案一，做切夾緊、定位切皮機構。 6.機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構 第一級傳動采用錐齒輪傳動，傳動比為1 第二級傳動采用圓柱齒輪傳動，傳動比為0.67 7.脫皮機構的尺度設計

18、 根據方案一設計雙軋輥脫皮機構示意圖，如圖7-1所示： 圖7-1雙軋輥脫皮機構示意圖 由于蠶豆長度：20-25mm蠶豆寬度：15-20mm蠶豆厚度：6-8mm。我們選用的是平放擠壓，所以軋輥的間隙應該稍小于蠶豆的厚度，軋輥的長度應該大于蠶豆的寬度。其具體尺寸設計如下：軋輥的間隙為5-7mm，長度為40-50mm,半徑35mm軋輥的實物圖和裝配圖如圖7-2所示： 圖7-2軋輥三維圖 另外，由于蠶豆的皮很容易粘在軋輥上不利于連續(xù)脫皮，故可在斜槽上可以設置一個擋板，該擋板的功能等同于刮刀，防止豆皮粘在軋輥上，不利于下一個蠶豆的擠壓。同時

19、，不需要用到其它清掃機構，使該機構更為簡潔。其實物圖如圖7-3： 圖7-3清掃器三維圖 接下來，需要對四個齒輪尺寸進行分析，其位置關系如圖7-4所示： 圖7-4齒輪位置關系圖 四個齒輪的尺寸大小，根據輥子大小，選擇如表7-1所示： 表7-1齒輪的主要尺寸 齒輪序號 ① ② ③ ④ 模數M 3 3 3 3 齒數Z 30 20 20 20 壓力角α 20 20 20 20 齒厚b 10 10 20 20 分度圓直徑d=mz 90 60 60 60 基圓直徑d

20、b =dcosα 84.57 56.38 易知,這四個齒輪構成了一個定軸輪系,錐齒輪4帶動錐齒輪3轉動,錐齒輪3與圓柱齒輪2固接,圓柱齒輪2又帶動圓柱齒輪3轉動.其傳動比的計算如下: 8. 定位切皮凸輪機構及夾緊凸輪機構設計 8.1定位切皮凸輪機構及夾緊凸輪機構應滿足的要求 根據前面運動循環(huán)圖所述，凸輪要滿足的位移如圖8-1所示： 圖8-1凸輪的位移線圖 定位切皮凸輪機構的運動簡圖如圖8-2所示，此機構即為一個對心直動滾子從動件盤形凸輪機構，為了安裝方便以及簡化計算，使其從動件的水平運動狀態(tài)與滾子的水平運動狀態(tài)保持一致，即它們的放大系數K=1。 這樣設計是

21、因為：此機構是把定位和切皮兩種功能聯(lián)動組合起來的，我們把此凸輪的基圓半徑設計為R1=80mm，滾子的半徑設計為r1=15mm 。 圖8-2定位切皮凸輪機構的運動簡圖 夾緊凸輪機構的機構簡圖如下圖8-3所示，此機構相當于一個對心直動滾子從動件盤形凸輪機構和一個運動放大機構串聯(lián)組合起來的。其放大系數k=s0/s=250/170=1.47。夾緊蠶豆所需要的空間少，S0max=7.35mm、時間短，t= 125ms，考慮到這些因素根據此要求，我們設計的基圓半徑R2=40mm，滾子半徑r2=15mm 8-3夾緊凸輪機構的機構簡圖 定

22、位切皮凸輪和夾緊凸輪的實物圖及輪廓圖如圖8-4、圖8-5所示: 夾緊凸輪 定位切皮凸輪 圖8-4定位切皮凸輪和夾緊凸輪的三維圖 定位切皮凸輪輪廓線 夾緊凸輪輪廓線 圖8-5定位切皮凸輪和夾緊凸輪的輪廓線圖 由于豆寬為15——20mm，槽設定為21mm，定位機構在理想位移為23mm，過大會不經濟，過小又不會滿足工作需求。切皮刀片安裝在棒的端口，不易過大，且在運動過程中不應放在槽內，以免擋住蠶豆，而使機器卡死。因而定位切皮棒長度設計為30—40mm。蠶豆厚度為6-8mm，定位切皮棒的高度應設計在9—10mm，過大或過小都不會正好在蠶豆一端將皮切開。定位切皮

23、棒及其裝配三維圖如圖8-6示： 圖8-6定位切機構裝配三維圖 9. 剝豆機三維圖設計 與李小娟同學的設計匯總，做出剝豆機的總體結構圖，如圖9-1所示 圖9-1剝豆機的總體結構圖 剝豆機三維圖如圖9-2所示 圖9-2剝豆機的裝配圖 剝豆機的爆炸圖如圖9-3所示： 圖9-3剝豆機的爆炸圖 10.參考資料 ［1］ 朱理．機械原理［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2008：15-200 ［2］ 鄒慧君．機械原理課程設計［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2009：15-250 11設計總結

24、 經過一個星期的努力，在銀金光老師的帶領下，我終于將機械設計課程設計做完了.在這次作業(yè)過程中我遇到了許多困難一遍又一遍的計算一次又一次的設計方案修改這都暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經驗不足. 管這次作業(yè)的時間是漫長的過程是曲折的但我的收獲還是很大的.不僅僅掌握了錐齒輪傳動、圓柱齒輪傳動和凸輪機構設計步驟與方法;也不僅僅對制圖有了更進一步的掌握;Auto CAD、proe、Word、powerpoint這些僅僅是工具軟件熟練掌握也是必需的.對我來說收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力.在整個過程中我發(fā)現像我們這些學生最最缺少的是經驗沒有感性的認識空有理論知識有些東西很可能與實際脫節(jié).總體來說我覺得做這種類型的作業(yè)對我們的幫助還是很大的它需要我們將學過的相關知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來從中暴露出自身的不足以待改進.有時候一個人的力量是有限的合眾人智慧我相信我們的作品會更完美!