机械原理课程设计—剥豆机设计书.doc

剥豆机课程设计
安徽科技学院 机电与车辆工程学院

机械自动化104班（中韩班）

机械原理

安徽科技学院
2012/5/19

组长：焦流
小组成员：焦流、付宾宾、江夏灿、赵然

目录
一．简述 2
1.1工作原理及工艺动作过程 2
1.2设计要求： 2
1.3 设计方案概述 2
1.4设计任务 2
二．工作原理和工艺动作分解 3
2.1加料 3
2.2送料 3
2.3压豆切皮 3
2.4挤压脱皮 3
三．具体方案 4
3.1送料机构设计（采用间歇运动机构） 4
3.2压紧、切皮机构（联动组合机构） 5
3.3挤压脱皮机构（两轧辊加压进行挤压脱皮） 8
四．数据尺寸设计 10
4.1凸轮机构（移动从动件盘形凸轮） 10
4.2偏距式曲柄滑块机构 11
4.3挤压脱皮机构（压辊、轮系） 12
五．根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图及运动简图 16
六．剥豆机三维图设计 17
七．设计总结 17
一．简述
1.1工作原理及工艺动作过程  
将干蚕豆浸胖后放在料斗内，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。
剥豆机的主要工艺动作是送料、压豆切皮、挤压脱皮。
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。  
1.3 设计方案概述
    1）为了使蚕豆成横卧头尾排列，采用振动料斗上料方法。
    2）送料机构采用间歇运动机构。
    3）压紧、切皮机构用联动组合机构，为保证压力不过大可在压头处加一个刚度合适的弹簧。
    4）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。  
1.4设计任务
a) 执行机构选型与设计：构思出至少3种运动方案，并在说明书中画出运动方案草图，经对所有运动方案进行分析比较后，选择其中你认为比较好的方案进行详细设计。
b)  对选择的方案画出机构运动循环图
a)  机构传动系统的设计
b)  对选择的方案进行机构尺寸设计
c)  用ADAMS或SOLIDWORKS软件对机构进行运动仿真
d)  用ADAMS或SOLIDWORKS软件对机构进行运动学分析，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。
e)  在2号图纸上画出最终方案的机构运动简图。
f ）编写设计说明书。
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：
2.1加料
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。
2.2送料
送料：采用滚子推杆凸轮机构，间歇运动送料。
2.3压豆切皮
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。
2.4挤压脱皮
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。
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。
三．具体方案
3.1送料机构设计（采用间歇运动机构）
蚕豆是一种形状不规则的食物。蚕豆的皮比较结实，给蚕豆加工带来很多不便。因此，剥豆机用来将蚕豆去皮。这里是利用浸泡后的蚕豆皮很容易切开，而且与蚕豆肉分离的特性来进行脱皮的。将浸胖后的蚕豆放在料斗里面，通过振动小料后使蚕豆成头尾相接排列，故送料机构需达到实现振动上料，间歇送料的目的。下图为机构设计方案：
（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下所示：

（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：

注意由于浸泡后的蚕豆体积会有所增大，故送料口处通道应适当增大一点，整个机构采用圆锥齿轮传动，且用于振动的凸轮采用圆柱凸轮，切每次振动下来的蚕豆数目为两个，因为整个装置是左右对称一起工作的，故每次压紧切皮都是两个蚕豆同时进行。
3.2压紧、切皮机构（联动组合机构）
蚕豆经过送料机构被送上传送带后，紧接着就需要进行压紧切皮，现有以下三种机构方案如图所示
方案一：

方案说明：
此方案运用了凸轮机构、连杆机构、偏心式曲柄滑块机构组成，凸轮1与轮2为一整体，轮2与连杆3也为一整体，当给凸轮一个角速度w时，杆件5会随着o1转动，当运动到如图位置时，杆件5的前端含有弹簧的压紧装置便将蚕豆压紧，此时又由于偏心式曲柄滑块机构同时运动，并且需要求滑块也运动到压紧蚕豆的位置，此时滑块上的刀片便对蚕豆进行切皮，切皮结束后，随着凸轮的转动，滑块离开切皮位置，杆件5也将将顶端压紧装置抬起，随着传送带的运动，等下一个蚕豆到达指定位置时再进行上述操作。此装置中皮带可与轮2相连，就可以有动力来源。
方案二：

方案说明：
此方案运用了对心滚子直动从动件盘形凸轮机构、偏心式曲柄滑块机构组成，圆形轮1与凸轮2为一整体，当给定其一角速度转动后杆件3会上下做往复运动，当下降至最低点时刚好压紧传送带上的蚕豆，传送带连接1、7两个圆形轮，当1转动时7也随之转动，此时与7相连的曲柄6便运动起来，带动5和4，使滑块沿着与机架相连的导路运动，当压紧机构压紧蚕豆时，滑块也刚好运动到蚕豆的边侧，就对蚕豆皮进行切割，随着机构的运行，等下一个蚕豆到达指定位置时，重复上述操作。可以再整体机构中设计左右相同的此装置（对称），可提高工作效率。

方案三：(如右图所示)
方案说明：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。
方案分析：
上述三个方案中，方案二的设计更加合理可行，由于蚕豆在压紧过程中需要让压豆片保持一定时间，好让切皮装置完成整个切皮过程，如果设计对称，可以提高加工效率，而且轮7可以作为后面的挤压脱皮装置的一个轧轮进行挤压脱皮。经小组讨论，最终确定方案二为压紧切皮机构的最终方案。以下是当主动件一转完成一个循环时，切压机构的位移图线：

3.3挤压脱皮机构（两轧辊加压进行挤压脱皮）
方案一：

压辊和输送带是垂直放置的，两压辊之间间隙一般比蚕豆最小厚度略小。压辊的表面可以度一层锯形的橡胶，一旦蚕豆接触压辊，就会被压辊吸住并将其皮脱掉。两压辊之间用齿轮相连进行传动，当然时间一长，肯定会有很多蚕豆皮被留在压辊上，不利于后面剥豆的进行，因此我们要定期通过人工对压辊进行清扫（详见“其他装置”）。
方案二：如右图所示，该机构也是通过齿轮传动带动辊轮进行挤压脱皮，图中辊轮上有一层矩形的橡胶，与轮连接的轴的右端为圆柱齿轮与直齿圆锥齿轮串联机构，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。
方案三：
压辊仍然如前两个方案放置只是传动装置是借助皮带轮和皮带传动，下面根据这些传动方式的不同进行分析选择方案。
方案分析：
方案一与方案二相比显然方案二更优越，由于压辊在整个系统的最前方，故需要传动装置与后端相连，单纯的如方案一的齿轮连接显然无法满足要求，方案二的锥齿轮上可通过轴来进行传动，方案三的皮带传动相对于锥齿轮的传动来说，齿轮的传动更为平稳可靠，且设计齿轮传动也是学习机械原理这门课程后有所应用的地方，综合考虑最终拟定方案二为挤压脱皮机构的最终方案。
四．数据尺寸设计
4.1凸轮机构（移动从动件盘形凸轮）
根据设计要求，滚子从动件盘形凸轮所承受的从动件为压紧机构，故载荷不大且要求速度为中速即可，因此选用简谐运动规律即余弦加速度运动规律，按其运动规律要求有推程角为90°，远休止角为30°，回程角为90°，近休止角为150°，推程h=50mm，基圆半径r。=120mm,偏心距e=50mm。按照以上数据可设计出凸轮如下图所示：

其位移图线、速度、加速度图线如下图所示：

4.2偏距式曲柄滑块机构
如下图所示，偏距式曲柄滑块机构是用于对蚕豆的切皮被安装于前端传动轮上，与传动轮一起转动从而使滑块沿与机架相连的导路滑动至被压紧的蚕豆处，此时滑块上的刀片对压紧的蚕豆进行切皮处理；具体设计及数据如下：曲柄长为300mm，连杆长为800mm，偏距为240mm。

其运动图线如下：

4.3挤压脱皮机构（压辊、轮系）
由以上方案分析可知，挤压脱皮机构通过两压辊进行挤压，传动机构是通过定轴齿轮轮系进行传动：

锥形齿轮采用标准齿轮参数设计齿数为17，具体零件参数如下图所示：
以下是压辊上带动传动的两直齿轮的数据：

下表为常用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
皮带轮传动及涡轮蜗杆的传动的设计数据如下图：

我们可采用转速n=910r/min的电机进行传动。
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；第二级为圆锥直齿齿轮传动；第三级仍为圆锥直齿齿轮传动。
五．根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图及运动简图
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画出运动循环图，并用用AutoCAD画出剥豆机的运动简图如下：

六．剥豆机三维图设计
根据以上设计，把各零件用solidworks画出，将各零件分配给小组各成员，画好零件图后汇总，再用solidworks进行装配，总体装配图如下：

七．设计总结
经过一个星期的努力，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. 尽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以及曲柄滑块机构设计步骤与方法;也对制图软件有了更进一步的掌握;例如Auto CAD、solidworks、Word等这些设计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!
. . . .