机械设计基础课程设计设计说明书剥豆机机构设计起止日期： 2014 年 5 月28 日至 2014 年 6月28 日学生姓名郝再坤班级 2学号*********成绩指导教师(签字)装备制造学院（部）2014年 6月28 日河北工程大学课程设计任务书2010 —2011 学年第2 学期装备制造学院（系、部）工程机械运用和维护专业 2 班级课程名称：机械设计基础设计题目：剥豆机机构设计完成期限：自2014 年5月28日至2014 年 6 月28 日共4周指导教师：孟彩茹2014 年6 月28 日系（教研室）主任：王文军2014 年6 月28 日目录0.课程设计任务书 (2)1.设计题目 (4)2.工作原理和工艺动作分解 (5)3.豆机的功能分析与设计过程 (7)4.脱皮机构的选定 (9)5.剥豆机压紧切皮机构的尺度设计 (13)6.齿轮机构的设计 (15)7. 定位切皮凸轮机构及夹紧凸轮机构设计 (17)8.剥豆机三维图设计 (22)9.设计总结 (23)10.参考资料 (24)1.设计题目：剥豆机机构设计1.1设计原理：剥豆机是将干蚕浸胖后放在料斗内，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。

1.2设计要求：①蚕豆长度：20-25mm②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、外形美观蚕豆形状如图1-1所示，图1-1蚕豆形状图晒干的蚕豆浸泡之后的蚕豆去皮并炸过的蚕豆2. 工作原理和工艺动作分解2.1 工作原理和工艺动作分解根据工艺过程，机构应具有一个电动机和四个执行构件（一个料筛、一个推杆、一个定位切皮构件、一个夹紧块和一个双轴轧辊）。

五个执行构件的运动形式如下所示：（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图2-1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：图2-1振动筛的位移示意图（3）定位切皮机构是有凸轮机构来实现其运动规律的。

它的目的是将蚕豆定位，并且定位于切皮是一个联动组合机构，在回位的同时进行切皮动作其运动简图和位移线图如图2-3示：（4）夹紧块也是通过凸轮机构来实现其运动规律的。

它是将蚕豆固定，利于下一步的切皮运动。

其运动简图和位移线图如图2-4所示：（5）双轴轧辊是用来实现脱皮功能的。

由于它的与其它机构的联动性要求不高，而且是匀速转动的，所以对其设计只需着眼于对其功能的实现。

图2-2推杆位移图图2-3定位切皮机构位移图图2-4夹紧机构位移图3.剥豆机的功能分析与设计过程3.1剥豆机的功能分析由上述分析可知，剥豆机的功能分析可作总结如图4-1所示：图4-1剥豆机的功能分析图将剥豆机的功能分析图可知，其运动有下料送料定位压紧切皮脱皮，如图4-2所示：剥豆机功能分解振动料筛使蚕豆掉入预定位置推杆将蚕豆推出的同时封住下料口将蚕豆定位夹紧，再切皮此时推杆间歇轧辊对蚕豆进行脱皮并进行清扫推杆继续推出蚕豆至斜槽下料送料图4-2 剥豆机功能示意图4.2剥豆机的设计过程：实现剥豆机切皮运动的机构应有下面几种基本功能：（下料与输送由李小娟负责） ① 在蚕豆输送过程中，此时定位机构要处于停歇状态，在蚕豆即将被定位时，定位机构也要处于停歇状态，故该机构要有两次间歇功能。

② 要满足定位功能与切皮功能联动组合 ② 需要定位切皮机构有往复运动③ 双轴轧辊转向所在的平面于主动件即主动轴转动所在的平面是垂直的，故机构要有运动转动换向功能，即垂直平面换向④ 根轧辊间的运动要反向，所以该机构必须要有第二次运动换向功能，即同平面反向⑤ 辊脱皮的过程中，因为蚕豆的壳比较软很容易粘在轧辊上，故此机构应该有个 扫的功能⑥ 我们设计的剥豆机的生产效率是每分钟剥80粒，并且没脱一粒皮双轴轧辊就应该旋转一周，故主动轴轧辊的要完成每分钟转80圈4.脱皮机构的选定4.1脱皮机构选型实现夹紧运动的机构应有下面几种基本功能：①在定位前，夹紧块要处于未夹紧停歇状态，定位之后，夹紧块也要处于夹紧的停歇状态，以利于下一步的切皮动作，故该机构也要有两次停歇功能。

②需要加紧机构要有往复运动。

由上述易知要实现蚕豆脱皮的功能需要将此两种换向的机构串联起来，因此可以先去能使现（1）、（2）两种功能的的机构来组成我们所需要的方案。

如果每一功能仅由一类基本机构来实现，如图5-1所示，可以组合成3*3=9种方案。

垂直平面换向平行平面换向在按给定所需要的运动条件和空间，时间条件下，选出三种方案。

如图5-2所示：方案一方案二方案三图5-2脱皮机构的三种方案4.2脱皮机构运动方案的选择和评定方案一：圆柱齿轮与直齿圆锥齿轮串联机构工作原理：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。

优点：结构紧凑，稳定性，传动性良好，便于装配。

方案二：直齿圆柱与涡轮蜗杆串联机构工作原理；直齿圆锥齿轮啮合，实现垂直平面速度换向；涡轮蜗杆啮合，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。

优点：结构比较紧凑，能实现大传动比传动。

缺点：结构复杂，稳定性能不是很好。

方案三：双曲柄机构与涡轮蜗杆串联机构工作原理：涡轮蜗杆啮合，实现垂直平面速度换向；双曲柄机构，实现平行平面速度反向。

两种机构串联从而使轧辊按要求运动。

优点：能实现使双轴轧辊反向运动的功能。

缺点：不便与轧辊装配，结构复杂，传动性较差。

结论：在三个方案的比较下，选取方案一作为脱皮机构比较合适。

4.3定位夹紧机构选型定位切皮机构和夹紧机构方案图5-3定位夹紧机构的三种方案方案一：凸轮机构工作原理：凸轮匀速转动，带动小凸轮转动，由于圆柱凸轮轮廓的作用，使杆往复运动。

优点：机构简洁，尺寸较小，方便实现与其他机构原动件的串联。

可实现在预定位置的较长时间的停歇。

运动规律可按自己的需求设定。

方便实现所要运动规律。

正好可用于此课题中，夹紧、定位切皮运动要求。

方案二：曲柄滑块机构的改装工作原理：主动导杆匀速转动，带动同时也在凸轮沟槽中运动的滚子，通过连杆使滑块往复移动。

优点：当导杆在一定角范围内转动时，滑块在左极限位置停歇。

可实现单侧停歇的歇移动。

此机构可实现单侧的较长时间的停歇。

缺点：此机构只可以在左极限位置实现较长时间的停歇，不能在其他位置实现停歇，因而舍弃。

结构复杂，且便于实现原动件的串联。

方案三：采用曲柄滑块机构工作原理：主动导杆匀速转动，通过连杆使滑块往复移动。

优点：此机构结构简洁，设计简单、方便。

尺寸较小，缺点：滑块在行程末端只作瞬时停歇，运动规律不理想，且便于实现原动件的串联。

总结：最终选择方案一，做切夹紧、定位切皮机构。

5.剥豆机压紧切皮机构的尺度设计.根据方案一设计双轧辊脱皮机构示意图，如图7-1所示：图7-1双轧辊脱皮机构示意图由于蚕豆长度：20-25mm蚕豆宽度：15-20mm蚕豆厚度：6-8mm。

我们选用的是平放挤压，所以轧辊的间隙应该稍小于蚕豆的厚度，轧辊的长度应该大于蚕豆的宽度。

其具体尺寸设计如下：轧辊的间隙为5-7mm，长度为40-50mm,半径35mm 轧辊的实物图和装配图如图7-2所示：图7-2轧辊三维图另外，由于蚕豆的皮很容易粘在轧辊上不利于连续脱皮，故可在斜槽上可以设置一个挡板，该挡板的功能等同于刮刀，防止豆皮粘在轧辊上，不利于下一个蚕豆的挤压。

同时，不需要用到其它清扫机构，使该机构更为简洁。

其实物图如图7-3：图7-3清扫器三维图接下来，需要对四个齿轮尺寸进行分析，其位置关系如图7-4所示：图7-4齿轮位置关系图6.齿轮的设计分度圆直径 d=mz 齿高h=2.2m 齿顶圆直径da=m(z+2cosr) 齿顶高ha=m 齿根圆直径df=(z-2.4cosr) 齿根高hf=1.2m外锥距R=0.5mz/sinr 齿宽b=（0.2—0.35）R四个齿轮的尺寸大小，根据辊子大小，选择如表7-1所示：易知,这四个齿轮构成了一个定轴轮系,锥齿轮4带动锥齿轮3转动,锥齿轮3与圆柱齿轮2固接,圆柱齿轮2又带动圆柱齿轮3转动.其传动比的计算如下:123430,20,20,201422020140.6743120302432024143220z z z z z z i z z z z i z z ωωωω====⨯====⨯⨯====⨯由于： ==0.67i i i 入总出第一级传动采用锥齿轮传动，传动比为1第二级传动采用圆柱齿轮传动，传动比为0.671）齿轮传动的计算切皮加压机构与挤豆机构同步进行，齿轮要求一样，取Z1=16，Z2=i ×16=5×16=80。

按钢质齿轮进行强度计算，其模数m=2mm 。

则 d1=z1×m=32mm d2=z2×m=160mm2）变位齿轮的计算为了满足机构的同步，所以变位齿轮1、2的基本参数相同，所以有： 变位系数x1=-x2=0.186节园直径d1’=d1=Z4m=213mmd2’=d2=Z5m=748mm啮合角α’=α=20º齿顶高h a1=（h a*+x1）mh=18.822mmH a2=（h a*+x2）mh=12.184mm齿根高h f1=（h a*+ c*-x1）mh=16.158mmH f2=（h a*+ c*-x2）mh=21.723mm齿顶圆直径d a1= d 1+2 dh a1=251.523mmd a2= d 2+2 dh a2=809.377mm齿根圆直径d f1= d 1-2 h f1=189.623mmd f2= d 2-2 h f2=729.368mm中心距a=（d1+d2）/2=514mm中心距变动系数y=0齿顶高降低系数△y=03）曲柄滑块的计算切皮动作由曲柄滑块机构控制，其示意图如图所示：依据滑块的行程要求以及压切机构的尺寸要求，选取此机构的尺寸如下：根据蚕豆的尺寸，可定其偏距为e=m，柄L1=30mm，连杆L2=100mm。

根据以上数据设计，计算出滑块的行程为S=60mm，满足要求行程速比K=1.0015最小传动角γmin=67.67曲柄转速为80r/min，ω=480rad/s。

其位移、速度线图如下：257460mm120ْ230ْ切皮的过程曲柄转动的角度为110ْ7.定位切皮凸轮机构及夹紧凸轮机构设计根据前面运动循环图所述，凸轮要满足的位移如图8-1所示：图8-1凸轮的位移线图定位切皮凸轮机构的运动简图如图8-2所示，此机构即为一个对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，为了安装方便以及简化计算，使其从动件的水平运动状态与滚子的水平运动状态保持一致，即它们的放大系数K=1。