(完整版)《剝豆機畢業(yè)課程設計說明書》.doc

1、機械設計基礎(chǔ)課程設計設計說明書剝豆機機構(gòu)設計起止日期：2014年5月28日至2014年6 月28日學生姓名郝 再 坤班級2學號成績指導教師(簽字)裝備制造學院（部）2014年 6 月 28日河北工程大學課程設計任務書2010 2011學年第2學期裝備制造學院（系、部）工程機械運用和維護專業(yè)2班級課程名稱：機械設計基礎(chǔ)設計題目：剝豆機機構(gòu)設計完成期限：自 2014年 5月28 日至 2014年 6月 28日共 4 周一、設計的任務與主要技術(shù)參數(shù)將蠶豆浸泡后放在料斗內(nèi)，通過振動下料后將蠶豆平放，并排列成頭尾相接，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。內(nèi)其余設計參數(shù)

2、是：容1 ）蠶豆長度：20 25 mm；及2）蠶豆寬度：15 20 mm；任3）蠶豆厚度：6 8 mm；務4）生產(chǎn)率：80粒 min ；5）要求所設計的機器體積小、重量輕、壓緊力可調(diào)、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(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖，進行執(zhí)行機構(gòu)選型，構(gòu)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(jù)任務書中的技術(shù)參數(shù)，確定該機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)，作出機構(gòu)運動簡圖，對相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)的具體尺度進行分析與設計。要求有設計說明書一份，相關(guān)圖紙一至兩張。（有條件的要求用三維動畫表述）。進起止日期工作內(nèi)容度5.

3、28-6.7構(gòu)思該機械運動方案安6.7-6.28運動分析及作圖排6.29整理說明書與答辯主機械設計基礎(chǔ)主編：楊可楨程光蘊李仲生高等教育出版社要機械設計基礎(chǔ)課程設計指導書主編：陳立德高等教育出版社參機械制圖主編：馬希青機械工業(yè)出版社考資料指導教師：孟彩茹2014年 6月 28日系（教研室）主任：王文軍2014年 6月 28日目錄0.21.42.53.74. .95. 136. 157. 178. 229. 2310. 241.1.1 設計原理 ：剝豆機是將干蠶浸胖后放在料斗內(nèi)，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

4、 ：蠶豆長度： 20-25mm蠶豆寬度： 15-20mm蠶豆厚度： 6-8mm生產(chǎn)率：每分鐘剝80 粒剝豆機要求體積小、重量輕、壓緊力可調(diào)、工作可靠、外形美觀蠶豆形狀如圖 1-1 所示，圖 1-1 蠶豆形狀圖2.2.1工作原理和工藝動作分解根據(jù)工藝過程，機構(gòu)應具有一個電動機和四個執(zhí)行構(gòu)件 （一個料篩、一個推桿、一個定位切皮構(gòu)件、 一個夾緊塊和一個雙軸軋輥） 。五個執(zhí)行構(gòu)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(nèi)。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

5、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：（ 2）推桿沿著槽的內(nèi)部首先將蠶豆水平推進 24mm，然后停止一段時間，等切皮結(jié)束后在往前推 52mm，到達斜槽頂部是蠶豆下滑。若機構(gòu)完成一個運動循環(huán)則其簡圖和位移線圖如圖 2-2 所示：（ 3）定位切皮機構(gòu)是有凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)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(gòu)，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：（ 4）夾緊塊也是通過凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)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 所示：（ 5）雙

6、軸軋輥是用來實現(xiàn)脫皮功能的。由于它的與其它機構(gòu)的聯(lián)動性要求不高，而且是勻速轉(zhuǎn)動的，所以對其設計只需著眼于對其功能的實現(xiàn)。3. 剝豆機的功能分析與設計過程3.1 剝豆機的功能分析由上述分析可知，剝豆機的功能分析可作總結(jié)如圖4-1 所示：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：圖 4-2剝豆機功能示意圖4.2 剝豆機的設計過程：實現(xiàn)剝豆機切皮運動的機構(gòu)應有下面幾種基本功能： （下料與輸送由李小娟負責）在蠶豆輸送過程中，此時定位機構(gòu)要處于停歇狀態(tài)，在蠶豆即將被定位時，定位機構(gòu)也要處于停歇狀態(tài)，故該機構(gòu)要有兩次間歇功能。要滿足定位功能

7、與切皮功能聯(lián)動組合需要定位切皮機構(gòu)有往復運動雙軸軋輥轉(zhuǎn)向所在的平面于主動件即主動軸轉(zhuǎn)動所在的平面是垂直的，故機構(gòu)要有運動轉(zhuǎn)動換向功能，即垂直平面換向根軋輥間的運動要反向，所以該機構(gòu)必須要有第二次運動換向功能，即同平面反向輥脫皮的過程中，因為蠶豆的殼比較軟很容易粘在軋輥上，故此機構(gòu)應該有個 掃的功能我們設計的剝豆機的生產(chǎn)效率是每分鐘剝80 粒，并且沒脫一粒皮雙軸軋輥就應該旋轉(zhuǎn)一周，故主動軸軋輥的要完成每分鐘轉(zhuǎn)80 圈4. 脫皮機構(gòu)的選定4.1 脫皮機構(gòu)選型實現(xiàn)夾緊運動的機構(gòu)應有下面幾種基本功能： 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

8、作，故該機構(gòu)也要有兩次停歇功能。需要加緊機構(gòu)要有往復運動。由上述易知要實現(xiàn)蠶豆脫皮的功能需要將此兩種換向的機構(gòu)串聯(lián)起來，因此可以先去能使現(xiàn)（1）、（ 2）兩種功能的的機構(gòu)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(gòu)來實現(xiàn)，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：圖 5-2 脫皮機構(gòu)的三種方案4.2 脫皮機構(gòu)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(gòu)工作原理：直齒圓錐齒輪嚙合，實現(xiàn)垂直平面速度換向；圓柱齒輪嚙合，實現(xiàn)平行平面速度反向。

9、兩種嚙合串聯(lián)從而使軋輥按要求運動。優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)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(gòu)工作原理；直齒圓錐齒輪嚙合，實現(xiàn)垂直平面速度換向；渦輪蝸桿嚙合，實現(xiàn)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(jié)構(gòu)比較緊湊，能實現(xiàn)大傳動比傳動。缺點： 結(jié)構(gòu)復雜，穩(wěn)定性能不是很好。方案三：雙曲柄機構(gòu)與渦輪蝸桿串聯(lián)機構(gòu)工作原理：渦輪蝸桿嚙合，實現(xiàn)垂直平面速度換向；雙曲柄機構(gòu)，實現(xiàn)平行平面速度反向。兩種機構(gòu)串聯(lián)從而使軋輥按要求運動。優(yōu)點： 能實現(xiàn)使雙軸軋輥反向運動的功能。缺點： 不便與軋輥裝配，結(jié)構(gòu)復雜，傳動性較差。結(jié)論： 在三個方案的比較下，選取方案一作為脫皮

10、機構(gòu)比較合適。4.3 定位夾緊機構(gòu)選型如圖 5-3 所示有三種方案：定位切皮機構(gòu)和夾緊機構(gòu)方案圖 5-3 定位夾緊機構(gòu)的三種方案方案一：凸輪機構(gòu)工作原理：凸輪勻速轉(zhuǎn)動，帶動小凸輪轉(zhuǎn)動，由于圓柱凸輪輪廓的作用，使桿往復運動。優(yōu)點：機構(gòu)簡潔，尺寸較小，方便實現(xiàn)與其他機構(gòu)原動件的串聯(lián)?？蓪崿F(xiàn)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(xiàn)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(gòu)的改裝工作原理： 主動導桿勻速轉(zhuǎn)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(nèi)轉(zhuǎn)動時，滑塊在左極限位置停歇?？蓪崿F(xiàn)單側(cè)停歇的歇移動

11、。此機構(gòu)可實現(xiàn)單側(cè)的較長時間的停歇。缺 點： 此機構(gòu)只可以在左極限位置實現(xiàn)較長時間的停歇，不能在其他位置實現(xiàn)停歇，因而舍棄。結(jié)構(gòu)復雜，且便于實現(xiàn)原動件的串聯(lián)。方案三：采用曲柄滑塊機構(gòu)工作原理：主動導桿勻速轉(zhuǎn)動，通過連桿使滑塊往復移動。優(yōu)點：此機構(gòu)結(jié)構(gòu)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(xiàn)原動件的串聯(lián)?？偨Y(jié)： 最終選擇方案一，做切夾緊、定位切皮機構(gòu)。5.剝豆機壓緊切皮機構(gòu)的尺度設計.根據(jù)方案一設計雙軋輥脫皮機構(gòu)示意圖，如圖7-1 所示：圖 7-1 雙軋輥脫皮機構(gòu)示意圖由于蠶豆長度： 20-25mm蠶豆寬度： 15-20mm蠶豆厚度： 6-8

12、mm。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，不需要用到其它清掃機構(gòu)，使該機構(gòu)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(guān)系如圖7-4 所示 ：圖 7-4 齒輪位置關(guān)系圖6. 齒輪的設計分度圓直徑

13、 d=mz齒高 h=2.2m齒頂圓直徑 da=m(z+2cosr)齒頂高 ha=m齒根圓直徑 df=(z-2.4cosr)齒根高 hf=1.2m外錐距 R=0.5mzsinr齒寬 b=（0.2 0.35 ）R四個齒輪的尺寸大小，根據(jù)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模數(shù) M3333齒數(shù) Z30202020壓力角 20202020齒厚 b10102020分度圓直徑 d=m z90606060基圓直徑 db =d cos84.5756.38易知 , 這四個齒輪構(gòu)成了一個定軸輪系 , 錐齒輪 4 帶動錐齒輪 3 轉(zhuǎn)動 , 錐齒輪 3 與圓柱齒輪 2 固接 , 圓柱齒輪

14、2 又帶動圓柱齒輪 3 轉(zhuǎn)動 . 其傳動比的計算如下 :z1 30, z220, z320, z4 201z4 z22020i14z3z1200.67430i 24由于：i 總 =ii2z4z3204z3z220入=0.67出1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0.671）齒輪傳動的計算切皮加壓機構(gòu)與擠豆機構(gòu)同步進行， 齒輪要求一樣，取 Z1=16，Z2=i 16=516=80。按鋼質(zhì)齒輪進行強度計算，其模數(shù) m=2mm。則 d1=z1m=32mmd2=z2m=160mm2）變位齒輪的計算為了滿足機構(gòu)的同步，所以變位齒輪1、 2 的基本參數(shù)相同，所以有：變

15、位系數(shù) x1=-x2=0.186節(jié)園直徑 d1=d1=Z4m=213mmd2 =d2=Z5m=748mm嚙合角 =20o齒頂高 ha1=（ =67.67曲柄轉(zhuǎn)速為 80rmin， =480rads。其位移、速度線圖如下：120?230?切皮的過程曲柄轉(zhuǎn)動的角度為110?7. 定位切皮凸輪機構(gòu)及夾緊凸輪機構(gòu)設計根據(jù)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(gòu)的運動簡圖如圖8-2 所示，此機構(gòu)即為一個對心直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)，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(shù)K=1。這樣設計是因

16、為：此機構(gòu)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 。夾緊凸輪機構(gòu)的機構(gòu)簡圖如下圖8-3 所示，此機構(gòu)相當于一個對心直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)和一個運動放大機構(gòu)串聯(lián)組合起來的。其放大系數(shù)k=s0s=250170=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(jù)此要求，我們設計的基圓半徑R2=40mm ，滾子半徑r2=15mm定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 :圖 8-4 定位切皮凸輪和夾緊凸輪的三維圖圖 8-5 定位切皮凸輪和夾緊凸

17、輪的輪廓線圖由于豆寬為 15 20mm，槽設定為21mm，定位機構(gòu)在理想位移為23mm，過大會不經(jīng)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(nèi)，以免擋住蠶豆，而使機器卡死。因而定位切皮棒長度設計為3040mm。蠶豆厚度為 6-8mm，定位切皮棒的高度應設計在910mm，過大或過小都不會正好在蠶豆一端將皮切開。定位切皮棒及其裝配三維圖如圖8-6 示：圖 8-6 定位切機構(gòu)裝配三維圖凸輪的實際計算為了計算方便，采用偏心距為零的機構(gòu)，根據(jù)壓頭的運動要求取基圓半徑為 r=60 ，運動行程為 h=35mm。由于要與切皮的曲柄滑塊機構(gòu)配合， =480rads，凸

18、輪的遠休止角為 。=110? ，推程和回程都采用簡諧振動分析，為方便運算，推程角、回程角相等，取。=110?，近休止角 30 度，按余弦加速度運動規(guī)律的運動方程:將數(shù)據(jù)帶入公式，可得到位移線圖、速度、加速度線圖：根據(jù)位移線圖可畫出凸輪的輪廓曲線：壓切組合機構(gòu)8. 剝豆機三維圖設計郝再坤和馬志杰同學的設計匯總，做出剝豆機的總體結(jié)構(gòu)圖，如圖9-1 所示圖 9-1 剝豆機的總體結(jié)構(gòu)圖剝豆機三維圖如圖9-2 所示剝豆機的爆炸圖如圖9-3 所示：9. 設計總結(jié)經(jīng)過一個星期的努力，在孟彩茹老師的帶領(lǐng)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(jīng)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(gòu)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 、