机械原理课程设计-剥豆机

湖南工业大学课程设计资料袋机械工程学院（系、部）2008~2009学年第1学期课程名称机械原理课程设计指导教师邱显焱职称学生姓名汤文专业班级机设071学号07405100131题目剥豆机成绩起止日期2009年5月日～2009年6月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2课程设计说明书3课程设计图纸张456湖南工业大学课程设计任务书20—20学年第学期机械工程学院（系、部）机械设计专业071班级课程名称：设计题目：完成期限：自2009年5月日至2009年6月共周内容及任务一、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；对选定运动方案进行运动分析与综合，并绘制机构运动简图；进行机械动力性能分析与综合；三、设计工作量编写说明书一份及机构图一张。进度安排起止日期工作内容主要参考资料指导教师（签字）：2009年5月20日系（教研室）主任（签字）：年月日机械原理课程设计设计说明书剥豆机起止日期：2009年5月日至2009年6月日学生姓名汤文班级机设071学号07405100129成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）2009年6月14日运动仿真视频地址：目录一、剥豆机功能及设计要求.......................................................7二、工作原理和工艺动作分解...................................................7三、根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图...............7四、执行机构的选型...................................................................8五、传动机构的选择与比较.....................................................10六、运动方案的选择和评定.....................................................11七、机械运动系统的速比和变速机构.....................................11八、机械运动方案简图.............................................................11九、机械传动系统和执行机构的尺寸.....................................12十、方案评价.............................................................................14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：20~25mm2）蚕豆宽度：15~20mm3）蚕豆厚度：6~8mm4）生产率：80粒/min5）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。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、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，这一表格又称为执行机构的形态学矩阵。表2执行机构的形态学矩阵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）.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、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根据表1所示的三个执行机构形态学矩阵，可以求出剥豆机的机械运动方案数为：N=2×2×1=4现在，我们可以按给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等等要求来选择方案。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，我们可采用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：375.1180910执行主轴电机nni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mmd501，则mmd85.7550517.12，设带轮1、2的中心距为0a，则21021)d(7.0ddad，即mmamm85.125095.880，故取mm120a0。（3）取,503mmd则mmd120504.24，设带轮3、4的中心距为1a，则43143)(7.0ddadd，即mmamm1701191，故取mm150a1。（4）取mmdd10065，则带轮5和6的中心距应满足140mm2a200mm，故取mm180a2。2、齿轮传动表3直齿轮参数表名称齿数模数分度圆齿轮1202.5mm50mm齿轮2502.5mm125mm齿轮3105mm50mm齿轮4305mm150mm齿轮5105mm50mm齿轮6105mm50mm3、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、个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。这种方案的主要优势是能够集压紧和切皮于一个工作区域上，方案中执行机构更简洁紧凑。送料机构，压紧-切片机构，振动机构的动力都来源于凸轮，使得其运动更加协调。缺点是由于豆的大小不一，切片机构很难做到自动调节，因此会造成蚕豆切皮程度不一。因此，有可能会导致一些豆未能顺利的切片，因此在轧辊脱皮是可能达不到理想的效果。