蠶豆剝豆機(jī)的設(shè)計【含SW三維和CAD圖紙】
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目 錄
1設(shè)計題目 1
1.1設(shè)計題目：剝豆機(jī) 1
1.2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求 1
1.3設(shè)計任務(wù) 1
2、運動方案設(shè)計 2
2.1工作原理和工藝動作分解 2
2.2機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇和評定 2
2.2.1間歇送料 2
2.2.2壓豆切皮 4
2.3根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖 7
2.4機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計選擇和評定 8
2.4.2 V帶傳動 8
2.5 傳動系統(tǒng)的確定 9
2.5.1 工作機(jī)外部傳動系統(tǒng)的確定 9
2.5.2 選擇電動機(jī) 9
2.5.3 計算傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比 10
2.5.4 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 11
3執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計 13
3.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)各部分尺寸設(shè)計 13
3.1.1凸輪設(shè)計 13
3.1.2不完全齒輪的設(shè)計 14
3.1.3不完全齒輪形狀的設(shè)計 14
3.1.4不完全齒輪尺寸的設(shè)計 15
3.1.5料斗形狀和尺寸的設(shè)計 15
3.2機(jī)構(gòu)運動簡圖 16
4參考文獻(xiàn) 17
5設(shè)計總結(jié) 18
1設(shè)計題目
1.1設(shè)計題目：剝豆機(jī)
1.2原始數(shù)據(jù)及設(shè)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(chǎn)率：每分鐘剝80粒。
5）要求體積小、重量輕、壓緊力可調(diào)、工作可靠、外形美觀。
1.3設(shè)計任務(wù)
1）本題設(shè)計的時間為2周；
2）根據(jù)功能要求，確定工作原理和工藝動作分解；
3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型與設(shè)計：構(gòu)思出至少3種運動方案，并在說明書中畫出運動方案草圖，經(jīng)對所有運動方案進(jìn)行分析比較后，選擇其中你認(rèn)為比較好的方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計；
4）對選擇的方案畫出機(jī)構(gòu)運動循環(huán)圖；
5）機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計；
6）對選擇的方案執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸設(shè)計；
7）在2或3號圖紙上畫出最終方案的機(jī)構(gòu)運動簡圖；
8）編寫設(shè)計說明書，附源程序和計算結(jié)果。
2、運動方案設(shè)計
2.1工作原理和工藝動作分解
將干蠶豆浸胖后放在料斗內(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。主要工藝動作是送料、壓豆切皮、擠壓脫皮。
圖2-1
2.2機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇和評定
功能元
功能元解（匹配機(jī)構(gòu)）
1
2
3
間歇送料
A
不完全齒輪機(jī)構(gòu)
平帶傳動
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
曲柄搖桿機(jī)構(gòu)
壓豆切皮
B
凸輪機(jī)構(gòu)
導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
直接將刀片固定于
滑槽上
擠壓脫皮
C
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
雙搖桿機(jī)構(gòu)
壓輥
表2-1
2.2.1間歇送料
方案一：不完全齒輪機(jī)構(gòu)平帶傳動
功能：將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為單向間歇轉(zhuǎn)動。
我們運用了不完全齒輪機(jī)構(gòu)作為我們的步進(jìn)傳輸蠶豆的裝置。我們將該機(jī)構(gòu)安放在機(jī)架導(dǎo)軌的右下方，由主動輪不完全齒輪1帶動不完全齒輪2,從而帶動輸送帶，實現(xiàn)豆的間歇傳動。
機(jī)構(gòu)的活動構(gòu)件n= 4，低副數(shù)目Pl= 3，高副數(shù)目Ph=5，局部自由度F’=0，虛約束 p’=0，機(jī)構(gòu)的自由度F=3n -（2 Pl + Ph ）=3×4-2×3-5=1
圖2-2
方案二：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
我們將該機(jī)構(gòu)安放在機(jī)架導(dǎo)軌的正下方，并我們運用了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作為我們的步進(jìn)傳輸蠶豆的裝置。且在連桿上設(shè)有鉸鏈點，當(dāng)搖桿轉(zhuǎn)動一周時，滑塊實現(xiàn)運料功能。
機(jī)構(gòu)的活動構(gòu)件n= 3，低副數(shù)目，Pl= 4高副數(shù)目，Ph=0局部自由度，F(xiàn)’=0虛約束 p’=1機(jī)構(gòu)的自由度F=3n -（2 Pl + Ph）=3×3-2×4=1
圖2-3
方案三：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)
我們運用了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作為我們的步進(jìn)傳輸蠶豆的裝置。我們將該機(jī)構(gòu)安放在機(jī)架導(dǎo)軌的正下方，并且在連桿上設(shè)有鉸鏈點，使之與帶有撥動齒的撥桿相鉸接，從而我們可以利用連桿的平動來實現(xiàn)撥動蠶豆向前移動的動作。
首先我們設(shè)定曲柄搖桿步進(jìn)機(jī)構(gòu)的初始位置，即其左齒1的左極限位置在機(jī)架管2管口的左側(cè)，一旦步進(jìn)機(jī)構(gòu)啟動，當(dāng)有蠶豆從機(jī)架管2掉落進(jìn)機(jī)架導(dǎo)軌后，連桿帶動與其鉸接的撥桿向前平動，此時落進(jìn)導(dǎo)軌的第一顆蠶豆會被左齒1向前撥動行程L。并且我們設(shè)定每一個齒運動的行程大于每兩個齒的間隔。所以當(dāng)左齒1將蠶豆向前撥動行程L后，即步進(jìn)機(jī)構(gòu)整體運動到其右極限位置，接著，步進(jìn)機(jī)構(gòu)向其左極限位置運動。當(dāng)步進(jìn)機(jī)構(gòu)第二次由左向右運動時，蠶豆會被左齒2再接著向前撥動行程L，與此同時，第二顆蠶豆會從機(jī)架管2掉進(jìn)機(jī)架導(dǎo)軌中，被步進(jìn)機(jī)構(gòu)的左齒1向前撥動行程L。以次類推，每一顆蠶豆經(jīng)由八個齒向前推動，同時也實現(xiàn)了對蠶豆的連續(xù)傳動。而且，根據(jù)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性，還可以保證步進(jìn)機(jī)構(gòu)在撥動一顆蠶豆后，可以迅速返回?fù)軇酉乱活w蠶豆，縮短了傳送的時間，提高效率。
機(jī)構(gòu)的活動構(gòu)件n= 7，低副數(shù)目，Pl= 10高副數(shù)目，Ph=0局部自由度，F(xiàn)’=0虛約束 ，p’=0機(jī)構(gòu)的自由度F=3n -（2 Pl + Ph ）=3×7-2×10=1
圖2-4
我們對三種方案中的機(jī)構(gòu)作了如下的對比：
1． 從機(jī)構(gòu)的功能來看：
方案一主動輪1轉(zhuǎn)一周，從動輪2轉(zhuǎn)半周。在此半周內(nèi)，從動輪2有間歇、加速運動，勻速運動和減速運動階段。利用其間歇運動的特點，主動輪每轉(zhuǎn)過一周，從動輪向左傳送一顆蠶豆。所以可以實現(xiàn)蠶豆的順次傳送，可以保證蠶豆的直線排列。方案三采用的是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來代替不完全齒輪機(jī)構(gòu)，在滑塊上同樣開有只能容納一顆蠶豆的孔，利用滑塊的直線往復(fù)運動，實現(xiàn)從機(jī)架管1處接下一顆蠶豆，運送至機(jī)架管2管口掉落。所以兩種機(jī)構(gòu)都可以實現(xiàn)依次傳送蠶豆，并且保證蠶豆的直線排列。
2． 從機(jī)構(gòu)的工作性能來看：
方案一不完全齒輪每轉(zhuǎn)一周可以傳送四顆蠶豆，方案二用搖桿運動動不穩(wěn)定，方案三滑塊來回往復(fù)運動一次可以轉(zhuǎn)送一顆蠶豆，效率較低。如果要提高傳送的效率必須加快曲柄的轉(zhuǎn)速，但是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滑塊的質(zhì)心是在做變速運動，所產(chǎn)生的慣性力難于用一般的平衡方法加以消除，所以并不適合高速運動。
3． 從機(jī)構(gòu)的動力性能來看：
方案一不完全齒輪速度會突變，因此會有剛性沖擊，不適合用于重載的場合。方案二和方案三曲柄滑塊和搖桿機(jī)構(gòu)運動副為低副，是面接觸，所以磨損較小，可以承受較大的載荷。但是我們此處只是用于傳送蠶豆，沒有較大的載荷，所以兩者都適合該工藝要求。
4． 從制造加工經(jīng)濟(jì)性來看：
方案二三曲柄滑塊機(jī)構(gòu)制造簡單，生產(chǎn)成本底，并且可以使整個機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊。方案一不完全齒輪機(jī)構(gòu)的加工相對復(fù)雜，并且所占的空間比曲柄滑塊大。
綜上：為了保證傳送的效率，我們最終采用方案一的不完全齒輪機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)送料的過程。
2.2.2壓豆切皮
方案一：凸輪機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)
中采用的是凸輪機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，并且在導(dǎo)桿桿上套有彈簧，從而實現(xiàn)壓緊力可調(diào)。
機(jī)構(gòu)的活動構(gòu)件n= 7，低副數(shù)目Pl= 10，高副數(shù)目Ph=0，局部自由度F’=0，虛約束p’=0，機(jī)構(gòu)的自由度F=3n -（2 Pl + Ph ）=3×7-2×10=1
方案二：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
是采用了曲柄滑塊家機(jī)構(gòu)，并在滑塊上固定刀片。
機(jī)構(gòu)的活動構(gòu)件n= 3，低副數(shù)目Pl= 7，高副數(shù)目，Ph=0局部自由度，F(xiàn)’=0虛約束 p’=0 ，機(jī)構(gòu)的自由度F=3n -（2 Pl + Ph ）=3×5-2×7=1
圖2-5
方案三：直接將刀片固定于滑槽上
我們在最后一個齒，即齒8處前端安放有刀具，用于蠶豆切皮。為實現(xiàn)這一動作，我們利用了平底凸輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)其處于遠(yuǎn)休止的階段，使其平底推桿底部距離導(dǎo)軌的垂直距離略小于蠶豆的厚度，因此可以實現(xiàn)對蠶豆的暫時保壓固定，并且我們在平底推桿上套有彈簧，通過對彈簧剛度的設(shè)定，我們可以調(diào)定平底對蠶豆的壓緊力的大小，所以我們可以保證能固定蠶豆，使其利于刀具對其的切皮，并且也可以不壓扁蠶豆。此外，我們將凸輪的轉(zhuǎn)軸中心距離齒8的左極限位置的水平距離設(shè)定得略小于齒8的行程L。所以當(dāng)凸輪壓住蠶豆的時候，齒8還可以繼續(xù)向前移動，從而可以切近蠶豆中，實現(xiàn)壓緊切皮的動作。
第一顆蠶豆被壓緊切皮后，凸輪的遠(yuǎn)休止階段結(jié)束，平底推桿向上移動，步進(jìn)機(jī)構(gòu)齒8也由其右極限位置向左運動，實現(xiàn)退刀，蠶豆停止在原位。當(dāng)齒8再次運動到其右極限位置的過程中，將第二顆蠶豆推至第一顆蠶豆停留處，與第一顆蠶豆發(fā)生碰撞，借助這一推力，第一顆蠶豆向前移動，從前方緊接的傾斜機(jī)架導(dǎo)軌滑落致后面的機(jī)構(gòu)當(dāng)中。
所以我們通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和平底凸輪機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)對蠶豆的傳送和壓緊切皮一系列動作。
圖2-6
我們從一下方面方案進(jìn)行了對比：
1.從機(jī)構(gòu)的功能來看：
方案一是利用凸輪遠(yuǎn)休的特點來對蠶豆實現(xiàn)暫時的保壓固定。方案二是通過從動件與機(jī)架的移動副，實現(xiàn)上下往復(fù)移動可以實現(xiàn)壓緊切皮的動作。方案三直接無法壓緊。所以只有方案一二兩種機(jī)構(gòu)可以達(dá)到此項工藝要求，方案三不行。
2.從機(jī)構(gòu)的工作性能來看：
方案一在導(dǎo)桿桿上可以套有彈簧，可以實現(xiàn)壓緊力可調(diào)，所以可以保證不會壓壞蠶豆，傳力效果好，承載能力強(qiáng)。方案二利用從動件的左右移動，無法實現(xiàn)較長時間的保壓固定，并且與機(jī)架的磨損較大。
3.從機(jī)構(gòu)的運動性能來看：
方案一凸輪運動平穩(wěn)，凸輪與導(dǎo)桿的接觸面間易形成油膜，潤滑較好，所以可以用于高速運動的場合，易于保證生產(chǎn)效率。方案二有連桿機(jī)構(gòu)，不能用于高速運動的場合。方案三無力支撐。
4．從制造加工經(jīng)濟(jì)性來看：
方案一涉及的構(gòu)件少，僅有凸輪，導(dǎo)桿，加工制造方便，成本較底。方案二涉及機(jī)構(gòu)過，包括連桿，滑塊，加工成本高，所占空間大，結(jié)構(gòu)不緊湊。
綜上：為了保證切皮的效率，我們最終采用方案一的凸輪機(jī)構(gòu)和導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)切皮的過程。
2.2.3擠壓脫皮
方案一：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
圖2-7
機(jī)構(gòu)的活動構(gòu)件n= 5，低副數(shù)目Pl= 7，高副數(shù)目Ph=0，局部自由度F’=0，虛約束p’=0，機(jī)構(gòu)的自由度F=3n -（2 Pl + Ph ）=3×7-2×7=1
方案二：雙搖桿機(jī)構(gòu)
圖2-8
機(jī)構(gòu)的活動構(gòu)件n= 6，低副數(shù)目Pl= 8，高副數(shù)目Ph=0，局部自由度F’=0，虛約束p’=0，機(jī)構(gòu)的自由度F=3n -（2 Pl + Ph ）=3×6-2×8=2
方案三：壓輥
為實現(xiàn)對蠶豆的擠壓脫皮，我們選用的是軋輥裝置。
設(shè)定兩軋輥之間的間隙為5mm，略小于蠶豆的厚度。蠶豆由于其重力，掉落進(jìn)軋輥，在通過軋輥間歇時，兩個軋輥同時向中心回轉(zhuǎn)，對蠶豆一端擠壓，由于蠶豆另一端已經(jīng)被切皮，所以蠶豆可以從切皮端被擠出。
圖2-9
我們對三種方案中的機(jī)構(gòu)作了如下的對比：
5． 從機(jī)構(gòu)的功能來看：
方案一采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行擠壓脫皮，滑塊運動史也地面進(jìn)行配合，實現(xiàn)擠壓脫皮。方案二采用的是雙搖桿機(jī)構(gòu)，在雙搖桿之間進(jìn)行擠壓脫皮，從側(cè)面進(jìn)行輸出，方案三是利用壓輥進(jìn)行擠壓脫皮，利用雙壓輥之間的距離進(jìn)行擠壓脫皮。
6． 從機(jī)構(gòu)的工作性能來看：
方案一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)利用曲柄機(jī)構(gòu)無死點進(jìn)行脫皮，效率高，穩(wěn)定方案二用搖桿運動動不穩(wěn)定，方案三利用壓輥進(jìn)行脫皮。如果要提高傳送的效率必須加快曲柄的轉(zhuǎn)速，但是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滑塊的質(zhì)心是在做變速運動，所產(chǎn)生的慣性力難于用一般的平衡方法加以消除，所以并不適合高速運動。
7． 從機(jī)構(gòu)的動力性能來看：
方案一曲柄滑塊質(zhì)心會突變，，所產(chǎn)生的慣性力難于用一般的平衡方法加以消除，而且所用的空間大。方案二機(jī)構(gòu)運動副為低副，是面接觸，所以磨損較小，可以承受較大的載荷。方案三壓輥并不需要太大的要求，空間小。但是我們此處只是用于擠壓蠶豆，沒有較大的載荷，所以方案一和三都適合該工藝要求。
8． 從制造加工經(jīng)濟(jì)性來看：
方案一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)制造簡單，生產(chǎn)成本底，但是占用空間大。方案二兩個搖桿機(jī)構(gòu)的加工相對復(fù)雜，并且所占的空間比曲柄滑塊還大。方案三壓輥生產(chǎn)和裝配更為簡單。
綜上：為了保證擠壓的效率，我們最終采用方案三的壓輥機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)擠壓的過程。
2.3根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖
圖2-10運動循環(huán)圖
運動循環(huán)圖是以凸輪的運動規(guī)律即轉(zhuǎn)角為基準(zhǔn)來繪制的。振動下料機(jī)構(gòu)和壓緊切皮機(jī)構(gòu)的運動循環(huán)圖為一條直線，代表它們在整個過程中都處于勻速運動狀態(tài)。送料不完全齒輪的運動循環(huán)圖為四條直線段，每一條直線段代表其在這段區(qū)間內(nèi)處于勻速運動狀態(tài)，空白處表示其處于間歇狀態(tài)，此時正是壓豆切皮機(jī)構(gòu)執(zhí)行切皮過程。壓豆切皮凸輪的運動循環(huán)圖為三段完全相同的折線，每個折線表示壓豆切皮機(jī)構(gòu)在這段時間內(nèi)完成一個切皮過程，三段折線表示其在凸輪轉(zhuǎn)動一圈的過程中完成3次切皮。上升的線段表示刀片向下運動完成切皮過程，下降的線段表示刀片向上運動完成空程返回過程，其余的直線段表示刀片處于停歇狀態(tài)。
2.4機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計選擇和評定
它是以一個小齒輪和一個不完全齒輪為主動輪，由主動機(jī)、聯(lián)軸器、帶傳動二級減速器驅(qū)動。工作時，主軸帶動小齒輪和不完全齒輪轉(zhuǎn)動，一對不完全齒輪通過嚙合帶動帶輪的轉(zhuǎn)動，從而使傳送帶的運動進(jìn)而帶動帶上的豆子的運動。小齒輪的轉(zhuǎn)動帶動大齒輪的轉(zhuǎn)動，從而使和大齒輪連在一起的凸輪轉(zhuǎn)動。大齒輪的轉(zhuǎn)動還帶動過度齒輪的運動，過度齒輪傳遞動力給壓輥，從而使壓輥轉(zhuǎn)動將豆子擠壓切皮。2.4.1齒輪傳動
電動機(jī)傳出的扭距通過一個有保護(hù)作用的聯(lián)軸器，傳人一個有分配傳動比的減速器，然后通過聯(lián)軸器傳人開式齒輪副，進(jìn)入帶動兩軸的傳動。如圖3.2所示。
圖2-11
這種傳動方式的特點是：工作可靠，使用壽命長，傳動準(zhǔn)確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，功率和速度適用范圍廣等，但是其成本較高，對于制造這種小型的剝豆機(jī)不劃算。
2.4.2 V帶傳動
由電動機(jī)的轉(zhuǎn)距通過如圖3.3所皮帶傳人沖壓機(jī)直接傳人主動軸。示：
圖2-12
這種傳動方式具有傳動平穩(wěn)，噪音下的特點，同時以起過載保護(hù)的作用。帶傳動的成本較低，對于剝豆機(jī)這種對傳動比要求不是很高的機(jī)器可以選擇帶傳動來減速，制造方便且比較經(jīng)濟(jì)。
2.5 傳動系統(tǒng)的確定
鑒于上節(jié)的分析，考慮到所設(shè)計的是剝豆機(jī)，因此我們可以選擇帶傳動來達(dá)到減速的目的。且齒輪減速器一般體積較大，造價較高，不符合剝豆機(jī)輕便價廉的宗旨。
2.5.1 工作機(jī)外部傳動系統(tǒng)的確定
傳動系統(tǒng)如圖3.4所示：
圖2-13 工作機(jī)外部帶傳動圖
所以選用了帶傳動來降低電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，減速比i=5.62.
2.5.2 選擇電動機(jī)
電動機(jī)選擇包括選擇類型，結(jié)構(gòu)模式，容量（功率）和轉(zhuǎn)速，并確定型號。
工業(yè)上一般用三相交流電源，無特殊要求一般應(yīng)選三相交流異步電動機(jī)。電動機(jī)能提供的功率范圍很大，從毫瓦級到萬千瓦級。使用和控制非常方便，具有自起動 、加速、制動、反轉(zhuǎn)、掣住等能力，能滿足各種運行要求，電動機(jī)的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。運行可靠、價格低廉、結(jié)構(gòu)牢固。
剝豆機(jī)選擇Y80M2-4電動機(jī)，轉(zhuǎn)速大小適中，功率合適，重量較輕，屬于臥式。
價格便宜適合小型食品機(jī)械。Y80M2-4電動機(jī)的額定功率為0.75kW，滿載轉(zhuǎn)速為1390r/min，質(zhì)量為19kg，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為2.3，最大轉(zhuǎn)矩為2.3。
2.5.3 計算傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比
1）傳動裝置總傳動比
是連接壓輥的那兩根軸的轉(zhuǎn)速，由于剝豆機(jī)的生產(chǎn)率為每分鐘剝80粒，所以我們設(shè)計壓輥每轉(zhuǎn)一圈恰好剝一顆豆子，因此其轉(zhuǎn)速為81 。
2）分配各級傳動比
取V帶傳動的傳動比=5.62，則其余幾對齒輪傳動比以此如下：
2.5.4 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)
1）各軸的轉(zhuǎn)數(shù)
電動機(jī)軸為0軸，大帶輪軸為I軸，凸輪軸為II軸，過度齒輪軸為III軸，軋輥軸為IV軸，各軸的轉(zhuǎn)速為
2）各軸的輸入功率
按照電動機(jī)的額定功率計算各軸的輸入功率，即
式中，為從電動機(jī)至壓輥之間各傳動機(jī)構(gòu)的效率。由機(jī)械設(shè)計手冊可查得：V帶傳動；圓柱齒輪傳動，
3）各軸的轉(zhuǎn)矩
將以上計算結(jié)果整理后列于下表，供以后設(shè)計計算時使用。
項目
功率(kw)
轉(zhuǎn)矩T(N·m )
轉(zhuǎn)速n(r/min)
傳動比i
效率η
電動機(jī)軸
0.75
5.15
1390
2
0.99
Ⅰ軸
0.69
23.70
278
0.92
5.14
Ⅱ軸
0.66
45.35
27
0.97
1
Ⅲ軸
0.63
222.83
27
0.97
0.33
Ⅳ軸
0.60
70.74
81
0.97
3執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計
3.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)各部分尺寸設(shè)計
3.1.1凸輪設(shè)計
圖3-1凸輪結(jié)構(gòu)草圖
凸輪是用來控制壓塊和刀片的運動的，由于剝豆機(jī)的生產(chǎn)率為每分鐘80粒，因此本方案中我們所設(shè)計的凸輪是個非常對稱的圖形。凸輪運動一周可帶動刀片上下往復(fù)運動三次，即凸輪轉(zhuǎn)一圈刀片可以切三顆豆子。由此我們也可以確定軸2的轉(zhuǎn)速為27r/min.由上圖我們可以看出，凸輪在0～15°，105°～135°，225°～255°，345°～360°之間是間歇狀態(tài)，此時刀片近似不動；凸輪轉(zhuǎn)過15°連接刀片的桿件在頂端彈簧力的作用下向下運動，當(dāng)凸輪運動到60°位置時刀片處于最下端，此時壓塊在彈簧力作用下給豆子一個大小適中的向下力，使豆子不能移動，而與此同時刀片，刀片的形狀為V型，將豆子的頭部切開一個口子便于最后的擠壓切皮。凸輪轉(zhuǎn)過90°后連接刀片的桿件受到凸輪的一個向上的推力，于是桿件克服其頂端的彈簧力向上運動，刀片在桿件的帶動下離開豆子向上運動。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到105°時，刀片被推至最頂端，在接下來的30°范圍內(nèi)，雖然凸輪在轉(zhuǎn)動，但刀片近似不動，處于停歇狀態(tài)。此時刀片完成一次切皮。在凸輪轉(zhuǎn)動360°的過程中刀片還要完成兩個工作循環(huán)，其運動過程和第一次切皮過程完全相同。
由于次切皮過程是通過凸輪和與凸輪相連接的桿件共同完成，所以凸輪的尺寸和桿件的長短是相互制約的，也就是說我們?nèi)绻淹馆喌某叽缦榷ㄏ聛砹耍敲礂U件的長度也就隨之定了。
首先我們來定它的形狀，它實際是由一個正三角形演變而來的，三角形的三個尖角變成三段光滑的弧線，每一段的弧度為15°，為了避免桿件在凸輪上運動產(chǎn)生過大的振動，每一段弧線都必須與兩邊的直線剛好相切，這樣可以避免出現(xiàn)尖角，不會出現(xiàn)過大的振動。下面繪出其設(shè)計草圖
圖3-2 凸輪設(shè)計計算草圖
下面我們來計算凸輪各部分的尺寸，按照上面所設(shè)計的凸輪的形狀可以列方程來求其余部分的尺寸。凸輪和齒輪4共同裝在軸2上，所以我們可以設(shè)計演變成凸輪的那個正三角形剛好是齒輪4所代表的圓的內(nèi)接三角形。我們已知大圓的半徑即AO1=150mm,我們可以設(shè)小圓半徑即BO2=x。
帶入數(shù)值后可以求出小圓半徑以及小圓圓心的位置即O1O2的距離。
至此我們求出了凸輪的所有尺寸。
3.1.2不完全齒輪的設(shè)計
圖3-3不完全齒輪的機(jī)構(gòu)設(shè)計草圖
3.1.3不完全齒輪形狀的設(shè)計
根據(jù)圖5.1的運動循環(huán)圖，我們知道不完全齒輪的設(shè)計要依賴于凸輪的運動規(guī)律來定。在凸輪切豆的一定區(qū)域內(nèi)不完全齒輪必須實現(xiàn)間歇停轉(zhuǎn)。故我們設(shè)計出如圖5.4所示的不完全齒輪的結(jié)構(gòu)草圖。在齒輪的整個360°區(qū)域內(nèi)有三個區(qū)間是沒有齒的，且這三個區(qū)間是均勻分布于齒輪之上的，每個區(qū)間都是30°。
3.1.4不完全齒輪尺寸的設(shè)計
由于它是非標(biāo)準(zhǔn)件，我們可以根據(jù)平帶輪的直徑和整個剝豆機(jī)內(nèi)個構(gòu)件的分布位置來定不完全齒輪的直徑。這里我們定為100mm。模數(shù)為2mm。每個嚙合區(qū)間有9個齒。不完全齒輪的材料選為HT300。
3.1.5料斗形狀和尺寸的設(shè)計
蠶豆的原始數(shù)據(jù)如下：
蠶豆長度:20～25mm
蠶豆寬度:15～20mm
蠶豆厚度:6～8mm
為了使豆子成一顆顆掉到皮帶上，這里我們設(shè)計料斗下端的出口略比一個蠶豆的體積要大點的長方形，且長為25mm，寬為15mm，料斗下端不易做的過長，因為這里不叫窄，豆子很容易在這里堵住，所以我們定它的高度為50mm，差不多兩顆豆子的長度。整個料斗的下面成一個空心的長方體，料斗的上方是個錐體，從料斗口部到下端均勻減小，因為要保證料斗一次能裝一定量的豆子，所以這里我們要將料斗的上面設(shè)計的稍微大點。這里定料上部的高度為162mm，長為200mm，寬為150mm，，料斗的壁厚設(shè)為3mm。整個料斗的形狀就跟我們平常所見到的漏斗一樣。其材料為45鋼。
下面我們繪出料斗結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖
圖3-4 料斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖
3.2機(jī)構(gòu)運動簡圖
圖3-5整體運動簡圖
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5設(shè)計總結(jié)
了這次畢業(yè)設(shè)計我這幾天真沒休息好，我想有幾點原因造成這種情況：首先，由于第一次做畢業(yè)設(shè)計，開始幾天很迷茫，不知道該如何下手。其次是設(shè)計步驟太亂，想到一點做一點，造成前頭的小錯誤給后頭帶來很大麻煩，比如，一開始我們對不完全齒輪認(rèn)識不深，造成它的設(shè)計不夠好，這給后面帶來了很多麻煩！認(rèn)識錯誤，早期的認(rèn)識錯誤使我走了不少彎路！我所用的機(jī)構(gòu)太繁造成之后的設(shè)計計算困難，通過這次設(shè)計，我對CAD這個軟件有了更深的認(rèn)識！認(rèn)識了很多新的命令。在設(shè)計凸輪時遇到了一些問題,由于凸輪的造型比較復(fù)雜,再加上我需要其完成的工作比較艱巨,所以耽誤了一些時間在凸輪上,但最后我通過各方面的修正,達(dá)到了預(yù)期的效果。
不過總的來說這個剝豆機(jī)還是比較完美的，首先我們通過查閱大量資料對剝豆機(jī)有了一個比較全面的了解，然后通過方案設(shè)計，給出了三種方案，最后通過方案的評定選出了一種方案最為最終設(shè)計方案；接著對剝豆機(jī)的傳動系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計做了計算設(shè)計工作，最后對剝豆機(jī)的其它零部件也進(jìn)行了較全面的設(shè)計。當(dāng)然因設(shè)計者的水平有限，其中也存在一些缺點，比如不完全齒輪實現(xiàn)的間歇送料和凸輪帶動的擠壓切皮動作很難實現(xiàn)協(xié)調(diào)，這個地方還需要很大改進(jìn)。
對于最后對剝好蠶豆的收集我們在壓輥的下方設(shè)有一個V型料斗，料斗的下方有一塊斜板，剝好的蠶豆從壓輥掉到料斗，并順著料斗掉到斜板上，順著斜板滑到箱體外。在箱體的側(cè)面開出一個方形的口子可以讓豆子出來。對于清掃機(jī)構(gòu)，我們可以采取定期用手工清掃。定期把箱蓋揭開，用手把粘在壓輥上的皮清理掉。在壓輥的表面可以度一層鋸形的橡膠，一旦蠶豆接觸壓輥，就會被壓輥吸出將其皮脫掉。
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