机械原理课程之——设计说明书指导教师：庄幼敏设计者：韩莹（040800401）梁燕（040800502）茅宏婧（040800503）目录第一章设计题目介绍 (3)§1—1 剥豆机工作原理及工艺动作过程 (3)§1—2 原始数据及设计要求 (3)第二章运动方案选择 (3)§2—1 运动方案一 (3)§2—2 运动方案二 (6)§2—3 运动方案三 (7)§2—4 运动方案四 (7)§2—5 运动方案对比 (8)第三章传动机构介绍 (11)§3—1 蜗轮蜗杆减速机构 (11)§3—2 带传动 (12)§3—3 万向节 (12)第四章所选方案的具体设计 (12)§4—1 工作循环图 (12)§4—2 参数计算 (13)§4—3 主要机构曲线分析 (14)第五章所选方案图片展示 (19)§5—1 所选方案机构运动简图 (19)§5—2 所选方案实体图 (19)§5—3 所选方案最终三维造型效果图 (20)第六章小组总结 (21)第七章参考资料 (21)第一章设计题目介绍：剥豆机设计§1—1剥豆机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，送都到切皮位置，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时送料、压豆切皮、挤压脱皮。

§1—2原始数据及设计要求（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80颗豆第二章运动方案选择§2—1 运动方案一我们将剥豆机的主要工艺动作分为了四步：振动送料，压紧，切皮，挤压脱皮。

然后我们根据各个工艺动作设计相应的执行机构。

（一）振动送料机构剥豆机对送料的工艺要求是“振动下料，将蚕豆平放排列成头尾相连”。

所以我们的送料机构由曲柄滑块机构，槽轮机构组成。

我们将用于装蚕豆的漏斗与曲柄滑块机构的滑块固结在一起，通过曲柄的整周转动，转化成漏斗的上下往复运动。

又因为利用的偏置曲柄滑块有急回运动的特性，实现了漏斗的快速下降，从而达到了振动上料的目的。

漏斗底部开有小孔，孔的截面为20mm×8 mm的椭圆，刚好可以容纳竖直放置的一颗蚕豆。

通过振动，使蚕豆能依次竖直地进入漏斗底部的管道。

漏斗底部管道与机架的管道（机架管1）相接，并且套在机架管道外部，沿其上下移动。

机架管道底部直通带有与管道孔大小相同槽的槽轮，使从漏斗振动下料的蚕豆可以掉入槽轮的槽孔中。

我们运用槽轮机构是为了利用其间歇运动的特点来实现依次送豆。

我们在槽轮的圆周上开有间隔90度的槽孔，槽的直径略大于机架管道孔，即只能装下一颗竖直放置的蚕豆。

并且我们在槽轮上开有四个均布径向槽，当主动拨盘回转一周，通过拨盘上的圆销进入槽轮的径向槽，拨动槽轮转过90度。

槽轮连有机架的平台，平台上同样开有截面为20mm×8 mm的椭圆孔，并且直接连有管道（机架管2），而且我们将管道2放在槽轮从机架管1处接豆后旋转90度的位置，所以可以实现从机架管1进入槽轮槽孔的蚕豆可以依次进入机架管2，进而一颗颗顺次进入随后的机构当中。

所以我们运用曲柄滑块（漏斗）和槽轮机构可以满足振动下料并且间歇顺次运送的工艺要求。

（二）送豆切皮及压紧机构在我们的剥豆机中，我们把送豆和切皮及压紧三个步骤设计成相互配合的一系列动作。

我们运用了曲柄摇杆机构作为我们的步进传输蚕豆的装置。

我们将该机构安放在机架导轨的正下方，并且在连杆上设有铰链点，使之与带有拨动齿的拨杆相铰接，从而我们可以利用连杆的平动来实现拨动蚕豆向前移动的动作。

首先我们设定曲柄摇杆步进机构的初始位置，即其左齿1的左极限位置在机架管2管口的左侧，一旦步进机构启动，当有蚕豆从机架管2掉落进机架导轨后，连杆带动与其铰接的拨杆向前平动，此时落进导轨的第一颗蚕豆会被左齿1向前拨动行程L。

并且我们设定每一个齿运动的行程大于每两个齿的间隔。

所以当左齿1将蚕豆向前拨动行程L后，即步进机构整体运动到其右极限位置，接着，步进机构向其左极限位置运动。

当步进机构第二次由左向右运动时，蚕豆会被左齿2再接着向前拨动行程L，与此同时，第二颗蚕豆会从机架管2掉进机架导轨中，被步进机构的左齿1向前拨动行程L。

以次类推，每一颗蚕豆经由八个齿向前推动，同时也实现了对蚕豆的连续传动。

而且，根据曲柄摇杆机构的急回特性，还可以保证步进机构在拨动一颗蚕豆后，可以迅速返回拨动下一颗蚕豆，缩短了传送的时间，提高效率。

此外，我们在最后一个齿，即齿8处前端安放有刀具，用于蚕豆切皮。

为实现这一动作，我们利用了平底凸轮机构。

当其处于远休止的阶段，使其平底推杆底部距离导轨的垂直距离略小于蚕豆的厚度，因此可以实现对蚕豆的暂时保压固定，并且我们在平底推杆上套有弹簧，通过对弹簧刚度的设定，我们可以调定平底对蚕豆的压紧力的大小，所以我们可以保证能固定蚕豆，使其利于刀具对其的切皮，并且也可以不压扁蚕豆。

此外，我们将凸轮的转轴中心距离齿8的左极限位置的水平距离设定得略小于齿8的行程L。

所以当凸轮压住蚕豆的时候，齿8还可以继续向前移动，从而可以切近蚕豆中，实现压紧切皮的动作。

第一颗蚕豆被压紧切皮后，凸轮的远休止阶段结束，平底推杆向上移动，步进机构齿8也由其右极限位置向左运动，实现退刀，蚕豆停止在原位。

当齿8再次运动到其右极限位置的过程中，将第二颗蚕豆推至第一颗蚕豆停留处，与第一颗蚕豆发生碰撞，借助这一推力，第一颗蚕豆向前移动，从前方紧接的倾斜机架导轨滑落致后面的机构当中。

所以我们通过曲柄摇杆机构和平底凸轮机构可以实现对蚕豆的传送和压紧切皮一系列动作。

（三）挤压脱皮机构为实现对蚕豆的挤压脱皮，我们选用的是轧辊装置。

设定两轧辊之间的间隙为5mm，略小于蚕豆的厚度。

蚕豆由于其重力，掉落进轧辊，在通过轧辊间歇时，两个轧辊同时向中心回转，对蚕豆一端挤压，由于蚕豆另一端已经被切皮，所以蚕豆可以从切皮端被挤出。

§2—2 运动方案二该方案是在方案一的基础上，用曲柄滑块机构代替了有间歇运动的槽轮机构，这个机构的特点是在滑块上开一个比一粒豆稍大的小槽，滑块每往复运动一次就可以运一颗豆，这样可以保证蚕豆能够一颗一颗的落到水平槽上。

下面就是振动抖料，且保证蚕豆按一定次序排列的机构运动简图：具体的运动过程是：上面的滑块带着料斗每上下抖动一次都可能会有蚕豆落下来，落下来的蚕豆可能不止一粒，并且排列无序，可是只能有一粒蚕豆落到小槽里，因为小槽的尺寸只比一颗蚕豆稍大。

此时下面带槽的滑块在曲柄的带动下迅速将豆送到右边的管口处，而后又迅速退回去接下一颗豆。

这样从下面管口掉下的蚕豆都是有序的。

这个方案的实现要求对下面的曲柄滑块机构的运动有很高的要求，除了有急回运动特性外，还要求滑块退回的速度很快。

同时也要严格根据滑块的行程（即是两固定管间的距离）来设计下面的曲柄滑块机构。

§2—3 运动方案三此运动方案是在方案一的基础上，用小型的压力机构代替凸轮推杆机构。

这两个机构都是用来压紧豆以保证切皮。

以下就是该机构的运动简图：该机构是由齿轮、连杆、滑块组合而成的。

机构的活动构件n= 8低副数目Pl= 10高副数目Ph=2局部自由度F’=1虚约束p’=0机构的自由度F=3n -（2 Pl + Ph -p’）- F’=3×8 -（2×10+2-0）-1=1该机构的两个齿轮分别和两个偏心轮固结在一起，主动齿轮转动带动从动轮绕轴转动，该运动通过偏心轮传递给连杆机构，从而实现与滑块相连的输出杆件的上下运动。

因此可以用输出杆的冲压力来压紧蚕豆便于切皮。

选择此机构作为压紧机构的原因是该机构的输出压力小，适合压豆。

此机构设计的难点是如何通过合理的设计各个构件的尺寸来得到合适的压力。

因此它对齿轮、偏心轮以及连杆的尺寸和形状的设计都要求较高。

§2—4运动方案四此方案的设计主要是考虑到如何提高生产率。

该方案与方案一有很大的不同。

抖料机构采用的是凸轮机构，其机构运动简图如下图所示当时考虑到此机构的主要原因是偏置直动滚子推杆圆盘凸轮机构运动的平稳性好。

而且小滚子引进的局部自由度可以有效地避免较大冲击对机构造成磨损。

机构的活动构件n= 3低副数目Pl= 3高副数目Ph=1局部自由度F’=1虚约束p’=0机构的自由度为F=3n -（2 Pl + Ph -p’）- F’=3×3 -（2×3+1-0）-1=1此方案中为保证豆子能够一粒一粒的有序的首尾排列，采用了槽轮机构（见方案一）。

考虑到提高生产率我们在每抖下来一定数目（8颗）的豆以后采用同时压紧切皮机构。

该机构是借鉴汽车的配汽机构，实体图如下所示：我们在这个机构上所作的改进是：下面的配气装置均是静止不动的，作为固定不动的槽。

而且凸轮轴上的所有凸轮装的方向都是一致的。

这样能够保证每颗豆所受压力的大小和时间都相同。

在蚕豆受压的同时我们利用装在槽侧面的刀来切豆。

豆子被压住的保压时间是利用凸轮的一段远休止弧来实现的。

在这段保压时间内利用槽内侧的刀刃将豆子的侧面划破。

这种同时将一定数量的豆压紧切皮的机构大大的缩短了工作时间，提高了生产效率。

蚕豆经压紧后，从机架导轨的侧面走刀，同时切皮（切豆的侧面）。

切皮后的挤压脱皮是靠轧辊来实现的。

为提高生产效率，我们打算将切皮后的豆同时脱皮，于是考虑采用将槽侧翻的方式来实现，使蚕豆所在的机架导轨侧翻，在其另一侧安装有轧辊，所以可以实现同时脱皮。

控制槽侧翻的机构运动简图如下图所示：该机构借鉴的是自动卡车车厢的举升机构。

利用这个机构将槽侧翻要注意的是合理的控制好槽侧翻的角度，以保证蚕豆的顺序不至于混乱。

§2—5 运动方案对比（一）振动送料机构对比1～1 振料机构对比：对剥豆机进料的工艺要求是采用振动上料。

方案一中采用的是曲柄滑块机构，将漏斗与滑块固结，由滑块的上下往复直线移动带动漏斗同步上下移动，同时利用偏置曲柄滑块的急回特性可以实现在滑块快速回程下降时达到振动漏斗中蚕豆的效果。

曲柄滑块机构是平面连杆机构的演化形式之一，它具有连杆机构的传动特点。

方案四中采用的是偏置直动滚子推杆圆盘凸轮机构，将漏斗与推杆固结，由推杆的上下往复直线移动，带动漏斗的上下移动，来实现振动下料。

我们对两种方案中的机构作了如下的对比：1．从机构的功能来看：由于此时我们只需要实现上下往复直线移动，曲柄滑块和直动推杆凸轮机构都可以实现这一运动的特征。

2．从机构的工作性能来看：偏置曲柄滑块有急回的特性，可以快速下降，从而对蚕豆产生较大的振动，达到振动下料的目的。

而直动推杆凸轮机构运动平稳，没有急回的特性，不能对蚕豆产生较大的振动，不利于将漏斗中的蚕豆振动到合适的位置，从而从管口中掉落。