剝豆機(jī)的總體設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)是關(guān)于剝豆機(jī)的設(shè)計(jì)，主要對(duì)剝豆機(jī)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)以及剝豆機(jī)其它零部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算。 設(shè)計(jì)前部分詳細(xì)闡述了剝豆機(jī)傳動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析。總體設(shè)計(jì)后部分所涉及的剝豆機(jī)采用了帶傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)減速，利用平帶運(yùn)送豆子。動(dòng)力源則選擇Y系列Y90S6型電機(jī)，適用于有輕微震動(dòng)，正反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速不高的速，工作機(jī)的傳動(dòng)部分都是利用齒輪的嚙合來(lái)完成的。齒輪材料為灰鑄鐵，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火。校核齒輪、軸、鍵、軸承確保了設(shè)計(jì)的實(shí)際可行性。關(guān)鍵詞: 剝豆機(jī)、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)ABSTRACTThis design is about the design of the enginery which can divest the horsebeans hull.Our main task is to design the movement scenario、transmission system、transmission systems and other parts of the enginery which can divest the horsebenas hull.The last ,we must calculate the erery last members size.During the front process of the design, we expatiate particularly the frame design and endure force analyse. The last part of the paper is about the enginery which can divest the horsebeans hull that adopts the cincthre to finish the course of gear down and use calm cincture to carry bean.Y type Y90S-6 motor is selected as the power source,which adapts situation such as slience quenching and light reverse velocity.The transmission part of the enginery which can divest the horsebeans hull all makes use of the joggle of the gears to finish it. The material of gear is cast iron which has been hardening surface.The gears, axes, keys, bearings are checked, so to confirm this design is practicalKey words: Program design、Technical design、Transmission system、Wheel design.目 錄摘要.IABSTRACT.II第1章 前 言11.1概述11.2剝豆機(jī)的工作原理和舉例21.2.1 剝豆機(jī)原理21.2.2 剝豆機(jī)的舉例分析21.3剝豆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)4第2章 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)及論證52.1剝豆機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣52.2方案的論證52.2.1方案1剝豆機(jī)62.2.2方案2剝豆機(jī)62.2.3方案3剝豆機(jī)72.3方案的確定8第3章 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及電動(dòng)機(jī)選擇93.1傳動(dòng)方案的分析93.1.1 齒輪傳動(dòng)93.1.2V帶傳動(dòng)103.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的確定103.2.1 工作機(jī)外部傳動(dòng)系統(tǒng)的確定103.2.2 選擇電動(dòng)機(jī)113.2.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比113.2.4 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)12第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)144.1齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算144.1.1齒輪3與齒輪4的設(shè)計(jì)144.1.2齒輪5設(shè)計(jì)184.1.3齒輪6與齒輪7的設(shè)計(jì)184.1.4齒輪5與齒輪6的強(qiáng)度校核194.2剝豆機(jī)外部V帶的設(shè)計(jì)214.3軸的設(shè)計(jì)與校核254.3.1軸I的設(shè)計(jì)與校核254.3.2軸II的設(shè)計(jì)294.3.3軸III的設(shè)計(jì)304.3.4軸IV的設(shè)計(jì)304.4軸承的選擇與校核304.4.1軸承的選擇314.4.2軸承的校核314.5鍵的選擇與校核324.5.1鍵的選擇324.5.2鍵的校核32第5章 其它零部件設(shè)計(jì)335.1剝豆機(jī)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖335.2凸輪設(shè)計(jì)335.3不完全齒輪的設(shè)計(jì)355.3.1不完全齒輪形狀的設(shè)計(jì)355.3.2不完全齒輪尺寸的設(shè)計(jì)355.4料斗形狀和尺寸的設(shè)計(jì)355.5剝豆機(jī)內(nèi)部輸送帶的設(shè)計(jì)365.5.1輸送帶的選擇與尺寸365.5.2計(jì)算平帶的帶速365.5.3計(jì)算平帶輪的直徑365.5.4計(jì)算兩帶輪的中心距375.5.5設(shè)計(jì)帶輪的機(jī)構(gòu)375.6剝豆機(jī)的潤(rùn)滑375.6.1齒輪的潤(rùn)滑375.6.2軸承的潤(rùn)滑37結(jié) 論38致 謝39參考文獻(xiàn)40附錄41第1章 前 言1.1概述隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)迫切需要各種各樣質(zhì)量?jī)?yōu)，性能好，效率高，耗能低，價(jià)格廉的機(jī)械產(chǎn)品。食品加工機(jī)械也在朝著這些方向不斷發(fā)展和創(chuàng)新。由于科技的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了大量各種各樣的剝豆機(jī)，但是這些剝豆機(jī)還存在許多缺點(diǎn)和不足。所以為了滿(mǎn)足廣大用戶(hù)的要求，我們想設(shè)計(jì)一種更為簡(jiǎn)便實(shí)用廉價(jià)的剝豆機(jī)來(lái)彌補(bǔ)現(xiàn)有剝豆機(jī)的不足。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性和產(chǎn)品設(shè)計(jì)水準(zhǔn)的高低，直接影響著每種產(chǎn)品的使用性能和優(yōu)劣程度。而設(shè)計(jì)中未考慮產(chǎn)品的成本因素，又將使企業(yè)陷入深深的泥潭。因此設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)便有用的機(jī)器顯得尤為重要1。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品更新周期短的今天，千方百計(jì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出適應(yīng)市場(chǎng)變化的產(chǎn)品，已是企業(yè)立于不敗之地的經(jīng)營(yíng)策略。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)各種工作都慢慢實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。以前人們對(duì)于一些食物的殼，諸如鏈子、花生，蠶豆等豆子的殼都是靠手工來(lái)剝殼，這樣既累又浪費(fèi)時(shí)間，完全不能滿(mǎn)足人們對(duì)于大量豆子剝殼的要求。特別是在商業(yè)化的今天，工廠(chǎng)對(duì)與大量豆子的剝殼已經(jīng)不能依靠傳統(tǒng)的手工來(lái)完成，因此需要研發(fā)一種可以自動(dòng)剝殼的機(jī)器，既能滿(mǎn)足工廠(chǎng)的要求，又可以節(jié)省大量的時(shí)間、人力和物力5。剝豆機(jī)的研發(fā)成功實(shí)現(xiàn)了人們的這個(gè)夢(mèng)想。隨著時(shí)間的推移，各種剝豆機(jī)先后問(wèn)世，現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)有很多先進(jìn)的剝豆機(jī)，這些剝豆機(jī)不僅滿(mǎn)足了工廠(chǎng)對(duì)于大量豆子剝殼的要求，而且效率高，能夠快速?gòu)氐椎膶⒍棺拥臍とサ?。隨著科技的不斷提高，各種剝豆機(jī)也在不斷得到完善，那些剝豆機(jī)的研發(fā)者們始終堅(jiān)信沒(méi)有最好，只有更好，在他們的努力下將會(huì)出現(xiàn)一批更先進(jìn)更完美的剝豆機(jī)。我國(guó)食品工業(yè)在連續(xù)十余年保持上揚(yáng)勢(shì)頭的同時(shí)，在今后510年內(nèi)仍將持續(xù)發(fā)展，食品機(jī)械工業(yè)也將隨著食品工業(yè)的發(fā)展而得到進(jìn)一步發(fā)展和完善4，食品機(jī)械工業(yè)的發(fā)展開(kāi)始于20世紀(jì)70年代，形成于80年代，80年代末和90年代初進(jìn)入高速發(fā)展階段，初步形成門(mén)類(lèi)較全，品種基本配套的獨(dú)立工業(yè)體系。80年代以來(lái)，產(chǎn)值年均增長(zhǎng)率約為24%。目前我國(guó)專(zhuān)門(mén)從事食品機(jī)械科研和教學(xué)的科研院所超過(guò)了500多個(gè)，食品機(jī)械企業(yè)1900多家，年產(chǎn)值135億元。在國(guó)內(nèi)，殼體農(nóng)作物果實(shí)機(jī)械化脫殼去皮生產(chǎn)采用的方法分為機(jī)械式脫殼法和非機(jī)械式脫殼法。常采用的擠壓法、撞擊法和碾搓法等稱(chēng)為機(jī)械脫殼法；而非機(jī)械式脫殼法包括能量法，真空法和微波爆殼法等。在綜述殼體物對(duì)象的適應(yīng)性和加工特性。為脫殼加工裝備改進(jìn)及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考12。 擠壓法：借助壓輥的擠壓作用使殼破碎，如核桃剝殼機(jī)等。 撞擊法：借助打板或壁面的高速撞擊作用使皮殼變形直至破裂，適用于殼脆而仁韌的物料如用離心式剝殼機(jī)剝松子殼等。碾搓法：即借助粗糙面的碾搓作用使皮殼疲勞破壞而破碎。除下的皮殼較為整齊，碎塊較大。這種方法適用于皮殼較脆的物料10。1.2剝豆機(jī)的工作原理和舉例1.2.1 剝豆機(jī)原理蠶豆的食品加工 曬干的蠶豆 浸泡之后的蠶豆 去皮并炸過(guò)的蠶豆振動(dòng)送料：將干蠶豆浸胖后放在料斗內(nèi)，通過(guò)振動(dòng)機(jī)構(gòu)使蠶豆成豎直排列并且能夠?qū)崿F(xiàn)間隙供給。切皮：通過(guò)機(jī)構(gòu)切開(kāi)蠶豆的側(cè)面或頭部的皮。擠壓脫皮：將切好皮的蠶豆，送到切皮機(jī)構(gòu)，利用軋輥擠壓的方法將豆擠出。分離：要求將剝開(kāi)的皮與剝好的豆分隔開(kāi)。1.2.2 剝豆機(jī)的舉例分析1.擠壓式剝殼機(jī)核桃剝殼機(jī)主要由分級(jí)滾筒、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、破壞機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力所組成，它們依靠物料自身的重力自上而下形成一個(gè)系統(tǒng)作業(yè)流水線(xiàn)。工作時(shí)，核桃從料斗進(jìn)入錐型分級(jí)滾筒，不同尺寸大小的核桃經(jīng)錐型分級(jí)滾筒分級(jí)，核桃按從大到小沿椎體軸線(xiàn)從小錐向大錐排列6，隨錐形滾筒旋轉(zhuǎn)落到導(dǎo)向輥，然后進(jìn)入擠壓滾筒，經(jīng)擠壓滾筒擠壓破殼后排出機(jī)外。齒盤(pán)和弧齒板的斜面倒角為45，間距為L(zhǎng)=8mm，在倒角面上分布著一定尺寸的小齒。當(dāng)核桃進(jìn)入擠壓滾筒中，齒盤(pán)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)核桃邊旋轉(zhuǎn)邊向下擠入，一定間距的齒尖不斷得沿著殼表面滾壓，隨著擠壓變形量的增加，殼表面變平甚至出現(xiàn)坑，核桃接觸的齒數(shù)由一個(gè)增加到2、3個(gè)甚至4、5個(gè)。這樣在接觸處產(chǎn)生的初始裂紋不斷擴(kuò)展，裂紋條數(shù)變得又多又長(zhǎng)，由于核桃的旋轉(zhuǎn)使整個(gè)圓周都產(chǎn)生裂紋，使殼完全均勻地裂開(kāi)，碎殼和仁通過(guò)最小間隙向下掉出來(lái)。2.撞擊式剝殼機(jī)工作部件是轉(zhuǎn)盤(pán)（甩盤(pán)）和擋板。果實(shí)一般以0.037米每秒的速度通過(guò)可調(diào)節(jié)料門(mén)落下，從轉(zhuǎn)盤(pán)中心進(jìn)入后，經(jīng)高速轉(zhuǎn)盤(pán)的擋塊或葉片的導(dǎo)向及加速作用，高速脫離轉(zhuǎn)盤(pán)。當(dāng)果實(shí)以較大的離心力撞擊壁面時(shí)，壁面對(duì)果實(shí)產(chǎn)生一個(gè)同樣大小的反作用力，使果實(shí)外殼產(chǎn)生變形和裂紋。外殼彈性變形的恢復(fù)使果實(shí)離開(kāi)壁面，而果仁因慣性力的作用繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，并在緊靠外殼變形處產(chǎn)生了彈性變形。當(dāng)果實(shí)離開(kāi)壁面時(shí)，由于外殼與果仁具9有不同的彈其運(yùn)動(dòng)速度也不同，果仁將阻止外殼迅速向回移動(dòng)致使外殼在裂紋處拉開(kāi)破裂，完成外殼的剝離。這種撞擊式剝殼機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)外緣圓周線(xiàn)速為3038米每秒時(shí)，適宜于進(jìn)行松子的剝殼。3.剪切式剝殼機(jī)板栗被提升機(jī)構(gòu)從料斗裝入后，提升至分料管，分別被導(dǎo)入兩個(gè)刀盤(pán)。在刀盤(pán)上，板栗受旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)離心力的作用，向邊緣高速滾動(dòng)。安裝在盤(pán)面成輪輻狀的鋸齒刀對(duì)板栗外殼進(jìn)行不斷的鉤削、剪切，最終把殼剝離。一定的時(shí)間間隔后，出料口開(kāi)啟，殼和仁從出料口排出，從而完成一個(gè)剝殼循環(huán)（提升、導(dǎo)料、剝殼和出料）。緊接著由電氣控制自動(dòng)進(jìn)行第二個(gè)循環(huán)、第三個(gè)循環(huán)，達(dá)到分批連續(xù)生產(chǎn)。4.能量法能量脫殼法，其原理是讓籽粒在一個(gè)特殊環(huán)境中經(jīng)受一定時(shí)間的高溫高壓作用，使得大量熱量或氣體聚集于籽粒殼內(nèi)。并使籽粒內(nèi)外達(dá)到氣壓平衡，然后讓籽粒瞬間脫離高溫高壓環(huán)境12，此時(shí)，聚集在籽粒殼與仁間的壓力瞬時(shí)爆破，從而實(shí)現(xiàn)脫殼目的。已有人提出了利用CO2為氣體介質(zhì)的蕎麥壓力膨脹脫殼法，實(shí)驗(yàn)得出該方法對(duì)甜蕎的脫殼率可達(dá)85%；而對(duì)苦蕎的脫殼率僅為5%10%，脫殼率不理想。蒸汽脫殼法，是采用蒸汽作為介質(zhì)對(duì)籽粒加壓膨脹后突然減壓進(jìn)行破殼，此設(shè)備脫殼率達(dá)97%，但是蒸汽容易使耔仁熟化，影響后加工產(chǎn)品的品質(zhì)。采用類(lèi)似原理的有中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院研制的3QCJ10-00型氣體射流沖擊板栗脫殼機(jī)，它利用高速熱氣流沖擊栗果表面，造成栗仁表層水分快速蒸發(fā)，紅衣內(nèi)部的壓力迅速增加而達(dá)到脫殼的效果。5.真空法真空法脫殼原理也是利用殼內(nèi)外生產(chǎn)的壓力差進(jìn)行脫殼的。它與能量法脫殼的不同之處在于它不是使氣體進(jìn)入籽粒殼內(nèi)11，而是在一定的范圍內(nèi)，在真空泵的抽吸作用下使殼內(nèi)外壓力降低，殼內(nèi)部處于相對(duì)較高壓力狀態(tài)，當(dāng)壓力差達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，使外殼爆裂。根據(jù)真空爆殼的原理，采用單真空源與多個(gè)裝料爆殼室相結(jié)合的配置，黨新安設(shè)計(jì)出用于工業(yè)化生產(chǎn)的自動(dòng)板栗真空爆殼設(shè)備及其計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。6.微波爆殼法微波爆殼法是利用電磁場(chǎng)的作用力對(duì)粒子進(jìn)行破殼的。當(dāng)微波作用欲需脫殼的籽粒時(shí)，籽仁內(nèi)水分子在交變電磁場(chǎng)的作用下將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能。這種轉(zhuǎn)變使籽仁在短時(shí)間內(nèi)具有很高的能量，并迅速向外擴(kuò)散，水分也沿著能量傳遞的方向迅速外遷，籽仁組織內(nèi)部的部分結(jié)合水分轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂伤制莩觯瑢?dǎo)致籽仁失水而收縮。汽化逸出的自由水分以一定的壓力作用于外殼，破壞了籽仁與外殼的帖合。同時(shí)，外殼在微波的作用下，組織內(nèi)結(jié)合水分減少，使纖維組織韌性下降，強(qiáng)度下降。由于籽仁與外殼在微波作用下的變形不以至，導(dǎo)致籽仁與外殼的分離，使脫殼成為可能7。1.3剝豆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)外早在20世紀(jì)60年代初，就著手研制堅(jiān)果剝殼機(jī)具，至80年代初，美國(guó)、意大利、法國(guó)等已相繼推出了各種堅(jiān)果剝殼機(jī)，如夏威夷果剝殼機(jī)杏仁剝殼機(jī)等，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，堅(jiān)果剝殼機(jī)具已日趨成熟，目前，正朝著機(jī)電一體化方向發(fā)展2。 美國(guó)有一家研究機(jī)構(gòu)對(duì)夏威夷果的剝殼機(jī)進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，在對(duì)這類(lèi)堅(jiān)果進(jìn)行破殼取仁時(shí)，則堅(jiān)果外殼必然受到一個(gè)足夠使其破碎的力的作用，在該力的作用下，其外殼將產(chǎn)生變形，這個(gè)變形稱(chēng)之為失效變形。研究發(fā)現(xiàn)，在保證能破殼的前提下，失效變形越小，破碎時(shí)獲得的整仁就越大，通過(guò)減少失效變形，將明顯提高堅(jiān)果的破殼質(zhì)量和果仁的回收率。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)破殼前若在堅(jiān)果上沿著厚度方向切上一圈V型凹槽，則將明顯減小果殼的強(qiáng)度，從而減小失效變形，可使獲得的整仁和半仁率從75%提高到88%，未破殼果仁比例從14%降低至6%。除此之外，他們對(duì)破殼前的果實(shí)進(jìn)行冷凍預(yù)處理后再進(jìn)行剝殼，經(jīng)過(guò)這種處理后，可使整仁和半仁從75%提高到90%，未破殼果仁比例從14%降低至10%。若在破殼前，同時(shí)對(duì)果實(shí)進(jìn)行切槽和冷凍預(yù)處理，則整仁和半仁率會(huì)上升到97%，未破殼果仁比例則降低至3.2%14。 美國(guó)這家研究機(jī)構(gòu)的研究為改進(jìn)堅(jiān)果的剝殼效果從工藝上提供了一種有效的方法，但切槽這種預(yù)處理只能對(duì)夏威夷果以及板栗等這些大的果實(shí)具有可用性，而對(duì)于杏仁白果松子等相對(duì)較小的果實(shí)則難以實(shí)現(xiàn)，對(duì)這些較小的果實(shí)只能用冷凍或以下介紹的干燥預(yù)處理15。 剝皮去殼機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)是首先不斷改進(jìn)完善目前的剝皮去殼機(jī)械，達(dá)到剝皮干凈物料損失小，連續(xù)化作業(yè)，生產(chǎn)效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維修方便，動(dòng)力消耗少，對(duì)原料加工的適應(yīng)性大的目的。其次是研制一些新的剝皮，去殼設(shè)備，以便于對(duì)一些外型不規(guī)則和內(nèi)外質(zhì)地不同的原料進(jìn)行剝皮，去殼。此外，應(yīng)針對(duì)不同種類(lèi)果實(shí)殼體在不同條件下的仁與外殼的彈塑性變形和強(qiáng)度極限進(jìn)行研究，分析外殼和粒仁的力學(xué)性能，并尋求一些新的能量方法，為脫殼機(jī)的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)和脫殼工藝的研制提供理論依據(jù)，從根本上解決殼體果實(shí)脫殼率低下和果仁破碎率高等實(shí)際工程問(wèn)題3。第2章 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)及論證原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求蠶豆長(zhǎng)度：2025mm 蠶豆寬度：1520mm 蠶豆厚度：68mm 生產(chǎn)率：每分鐘剝80粒。 剝豆機(jī)要求體積小，重量輕，壓緊力可調(diào)，工作可靠，外形美觀。2.1剝豆機(jī)的功能原理分析蠶豆是一種形狀不規(guī)則的食物。蠶豆的皮比較結(jié)實(shí)，給蠶豆加工帶來(lái)很多不便。因此，剝豆機(jī)用來(lái)將蠶豆去皮。這里是利用浸泡后的蠶豆皮很容易切開(kāi)，而且與蠶豆肉分離的特性來(lái)進(jìn)行脫皮的。將浸胖后的蠶豆放在料斗里面，通過(guò)振動(dòng)小料后使蠶豆成頭尾相接排列，通過(guò)傳送到切皮位置，用壓塊壓住蠶豆同時(shí)切皮，然后送到軋輥擠壓脫皮。因此剝豆機(jī)必須實(shí)現(xiàn)振動(dòng)下料、間歇送料、壓豆切皮、擠壓脫皮四個(gè)主要工藝動(dòng)作。 由以上功能分析，確定剝豆機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣如下：功能元功能元解（匹配機(jī)構(gòu)）123振動(dòng)下料A凸輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)間歇送料B不完全齒輪機(jī)構(gòu)平帶傳動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)壓豆切皮C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D曲柄滑塊機(jī)構(gòu)壓輥對(duì)該形態(tài)學(xué)矩陣求解，即把實(shí)現(xiàn)每一功能的任一解法進(jìn)行組合，可得到多種運(yùn)動(dòng)方案。理論上可球的的組合方案數(shù)為種方案。在這些運(yùn)動(dòng)方案中，必須剔除那些有明顯缺點(diǎn)和不能實(shí)現(xiàn)的方案。有的方案，就單個(gè)執(zhí)行結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)能實(shí)現(xiàn)執(zhí)行動(dòng)作，但把這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合成系統(tǒng)后，會(huì)發(fā)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)安排上式不可行的，整個(gè)機(jī)器太龐大，制造成本太高。這些方案可以先加以否定，然后再列出一批可行的方案，從中優(yōu)選出好的運(yùn)動(dòng)方案。2.2方案的論證隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)迫切需要各種各樣質(zhì)量?jī)?yōu)、性能好、效率高、能耗低、價(jià)格廉的機(jī)械產(chǎn)品。食品加工機(jī)械也在朝著這些方向不斷發(fā)展和創(chuàng)新。本課題以食品加工機(jī)械中的剝豆機(jī)作為設(shè)計(jì)對(duì)象，在調(diào)查和整理現(xiàn)有設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)成果的基礎(chǔ)上，根椐給定的條件與參數(shù)進(jìn)行剝豆機(jī)的設(shè)計(jì)，通過(guò)分析、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，完成剝豆機(jī)的方案設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)，從而得到一種輕便價(jià)廉、工作可靠、外觀美觀的剝豆機(jī)產(chǎn)品。結(jié)合上章剝豆機(jī)的類(lèi)型，擬訂了以下幾種方案，并進(jìn)行了分析論證2.2.1方案1剝豆機(jī)其方案結(jié)構(gòu)如圖2.1 圖 2.1 方案一的剝豆機(jī)草圖方案1通過(guò)振動(dòng)料斗下料，料斗通過(guò)兩根連在一起的桿件以及安裝在主軸上的凸輪一起實(shí)現(xiàn)周期性振動(dòng)。送料機(jī)構(gòu)是通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)特殊的凸輪1以及滑塊機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)送料過(guò)程，滑塊一顆顆的推動(dòng)豆子在滑槽中運(yùn)動(dòng)。在滑槽的末端設(shè)置了刀片和壓塊。刀子和壓塊是通過(guò)安裝在主軸上的雙凸輪2和3聯(lián)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)將蠶豆擠壓切皮的，在滑槽末端的正下方設(shè)置了一對(duì)壓輥，當(dāng)豆子從滑槽滑落到壓輥中時(shí)，壓輥通過(guò)嚙合對(duì)豆子實(shí)行擠壓脫皮，壓輥是通過(guò)一對(duì)渦輪的嚙合傳動(dòng)動(dòng)力的，其中一個(gè)渦輪連接在主軸上。方案1的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)用一個(gè)電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)所有機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，整個(gè)剝豆機(jī)所用的構(gòu)件較少，而且較簡(jiǎn)單。整個(gè)機(jī)器可以用一根主軸來(lái)帶動(dòng)所有動(dòng)作的完成。缺點(diǎn)：整個(gè)機(jī)器體積較大，且外觀不漂亮，設(shè)計(jì)中多處用到凸輪，有較大的沖擊和噪聲。最重要的是上料、送料、壓緊切皮、擠壓切皮四個(gè)環(huán)節(jié)先后順序容易出現(xiàn)混亂，動(dòng)作很難實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)一致。2.2.2方案2剝豆機(jī)其方案結(jié)構(gòu)如圖2.2圖 2.2 方案二的剝豆機(jī)草圖方案2也是通過(guò)振動(dòng)料斗上料，料斗通過(guò)一根桿件和一個(gè)由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的凸輪來(lái)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)上料的。在料斗的正下方設(shè)置了一個(gè)大圓盤(pán)，使浸泡好的蠶豆豎直進(jìn)入圓盤(pán)的進(jìn)料口。該大圓盤(pán)的使用可謂一大創(chuàng)新，圓盤(pán)以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，蠶豆從圓盤(pán)上方的口子進(jìn)去，由于圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)以及重力的作用下，蠶豆在下方的口子出來(lái)，并經(jīng)過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)送到壓輥。圓盤(pán)的進(jìn)料口是經(jīng)過(guò)計(jì)算之后，均勻分部在圓盤(pán)上的，該圓盤(pán)機(jī)構(gòu)能讓我們根據(jù)出料時(shí)所需的速度而調(diào)節(jié)圓盤(pán)的轉(zhuǎn)速，從而滿(mǎn)足了后面切皮和擠壓的間歇要求。方案2的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：幾何形狀簡(jiǎn)單，易于加工，傳動(dòng)比較精確，可承受較大的載荷，磨損較小，可以實(shí)現(xiàn)蠶豆一顆顆進(jìn)入滑槽，有較好的精度。缺點(diǎn)：傳動(dòng)齒輪較多，機(jī)構(gòu)尺寸較大，受沖擊比較大，機(jī)架振幅比較大，而且需要使用三個(gè)電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)所有機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。2.2.3方案3剝豆機(jī)其方案結(jié)構(gòu)如圖2.3圖 2.3 方案三的剝豆機(jī)草圖方案三的剝豆機(jī)主要通過(guò)振動(dòng)料斗下料，是豆子一顆顆成橫臥頭尾排列。送料機(jī)構(gòu)為帶傳動(dòng)，使豆子可以連續(xù)不斷的被運(yùn)送，帶輪是通過(guò)一對(duì)不完全齒輪1和2嚙合來(lái)帶動(dòng)的，而且不完全齒輪1和2的嚙合可以實(shí)現(xiàn)間歇送料。在帶子的中部設(shè)置了一個(gè)壓緊切皮聯(lián)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)，為了保證壓力不至過(guò)大，木塊是通過(guò)一個(gè)剛度合適的彈簧連在桿件上的，此機(jī)構(gòu)可以很方便的將蠶豆的尾部切開(kāi)一個(gè)小口，為后面的擠壓脫皮做好準(zhǔn)備。刀具的升降是通過(guò)凸輪控制的，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈刀具可以升降三次。最后被刀子切好的豆子將被送到皮帶的末端并從皮帶上滑落，在皮帶末端的正下方設(shè)置了一對(duì)壓輥，滑落的豆子剛好落入兩壓輥之間并被壓輥擠壓脫皮。方案3的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：利用帶傳動(dòng)，傳動(dòng)比較平穩(wěn)，利用杠桿機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件輸出力小，幾何形狀簡(jiǎn)單，體積小且經(jīng)濟(jì).缺點(diǎn): 凸輪有剛性沖擊，刀具對(duì)傳送帶磨損大，有較大的沖擊與噪聲。2.3方案的確定通過(guò)上節(jié)方案的分析評(píng)價(jià)，根據(jù)各種類(lèi)型剝豆機(jī)的特點(diǎn)，再根據(jù)剝豆機(jī)的不同類(lèi)型所具有的特點(diǎn)，方案3具有多種優(yōu)點(diǎn)，首先其成本低，而且其各種零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，因此最后形成我的設(shè)計(jì)方案方案3.方案3根椐給定的條件與參數(shù)進(jìn)行剝豆機(jī)的設(shè)計(jì)，通過(guò)分析、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，完成剝豆機(jī)的方案設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)，最終得到了方案3這種輕便價(jià)廉、工作可靠、外觀美觀的剝豆機(jī)產(chǎn)品。方案3具有前兩種方案所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用的構(gòu)件都是大家所熟悉的，生產(chǎn)加工起來(lái)都比較容易，成本較低。而且此剝豆機(jī)的機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，用戶(hù)都可以看懂，即使出現(xiàn)了問(wèn)題，用戶(hù)也可以自行拆開(kāi)將其修好。第3章 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及電動(dòng)機(jī)選擇方案3的剝豆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3.1所示： 圖 3.1 剝豆機(jī)的傳動(dòng)方案它是以一個(gè)小齒輪和一個(gè)不完全齒輪為主動(dòng)輪，由主動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、帶傳動(dòng)二級(jí)減速器驅(qū)動(dòng)。工作時(shí)，主軸帶動(dòng)小齒輪和不完全齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，一對(duì)不完全齒輪通過(guò)嚙合帶動(dòng)帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使傳送帶的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)帶上的豆子的運(yùn)動(dòng)。小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使和大齒輪連在一起的凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)。大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)還帶動(dòng)過(guò)度齒輪的運(yùn)動(dòng)，過(guò)度齒輪傳遞動(dòng)力給壓輥，從而使壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)將豆子擠壓切皮。3.1傳動(dòng)方案的分析 剝豆機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)分為兩種方式：3.1.1 齒輪傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)傳出的扭距通過(guò)一個(gè)有保護(hù)作用的聯(lián)軸器，傳人一個(gè)有分配傳動(dòng)比的減速器，然后通過(guò)聯(lián)軸器傳人開(kāi)式齒輪副，進(jìn)入帶動(dòng)兩軸的傳動(dòng)。如圖3.2所示。 圖3.2 齒輪式傳動(dòng)系統(tǒng)圖這種傳動(dòng)方式的特點(diǎn)是：工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)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(duì)于制造這種小型的剝豆機(jī)不劃算。3.1.2V帶傳動(dòng)由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距通過(guò)如圖3.3所皮帶傳人沖壓機(jī)直接傳人主動(dòng)軸。示： 圖3.3 皮帶式傳動(dòng)系統(tǒng)圖這種傳動(dòng)方式具有傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音下的特點(diǎn)，同時(shí)以起過(guò)載保護(hù)的作用。帶傳動(dòng)的成本較低，對(duì)于剝豆機(jī)這種對(duì)傳動(dòng)比要求不是很高的機(jī)器可以選擇帶傳動(dòng)來(lái)減速，制造方便且比較經(jīng)濟(jì)。3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的確定鑒于上節(jié)的分析，考慮到所設(shè)計(jì)的是剝豆機(jī)，因此我們可以選擇帶傳動(dòng)來(lái)達(dá)到減速的目的。且齒輪減速器一般體積較大，造價(jià)較高，不符合剝豆機(jī)輕便價(jià)廉的宗旨。3.2.1 工作機(jī)外部傳動(dòng)系統(tǒng)的確定傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3.4所示： 圖 3.4 工作機(jī)外部帶傳動(dòng)圖 所以選用了帶傳動(dòng)來(lái)降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，減速比i=5.62. 3.2.2 選擇電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)選擇包括選擇類(lèi)型，結(jié)構(gòu)模式，容量（功率）和轉(zhuǎn)速，并確定型號(hào)。工業(yè)上一般用三相交流電源，無(wú)特殊要求一般應(yīng)選三相交流異步電動(dòng)機(jī)。最長(zhǎng)用的電動(dòng)機(jī)是Y系列龍型三相異步交流電動(dòng)機(jī)。其效率高，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，價(jià)格低，適用于不易燃，不易爆，無(wú)腐蝕性氣體和無(wú)特殊要求的場(chǎng)合。由于啟動(dòng)性能好，也適用于某些要求較高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的機(jī)械。按照剝豆機(jī)的工作要求和工作條件，選用一般用途的Y90S-6三相異步電動(dòng)機(jī)。它為臥式封閉結(jié)構(gòu)。這種電動(dòng)機(jī)質(zhì)量輕，轉(zhuǎn)速適中，且造價(jià)不是很高，比較適用于剝豆機(jī)這種小型的食品機(jī)械。Y90S-6電動(dòng)機(jī)的圖形如3.5： 圖3.5 Y90S-6電動(dòng)機(jī)的草圖電動(dòng)機(jī)尺寸記錄如下：HABCDEFXGDG901401005624508X720KABADACHDAABBHAL10180155901903613012310電動(dòng)機(jī)的額定功率為0.75kW，滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速為910r/min，質(zhì)量為23kg，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為2.0，最大轉(zhuǎn)矩為2.2。3.2.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比1）傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)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?cè)O(shè)計(jì)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(jí)傳動(dòng)比取V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比=5.62，則其余幾對(duì)齒輪傳動(dòng)比以此如下： 3.2.4 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)1）各軸的轉(zhuǎn)數(shù)電動(dòng)機(jī)軸為0軸，大帶輪軸為I軸，凸輪軸為II軸，過(guò)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(dòng)機(jī)的額定功率計(jì)算各軸的輸入功率，即式中，為從電動(dòng)機(jī)至壓輥之間各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得：V帶傳動(dòng)；圓柱齒輪傳動(dòng)，3）各軸的轉(zhuǎn)矩 將以上計(jì)算結(jié)果整理后列于下表，供以后設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)使用。項(xiàng)目功率(kw)轉(zhuǎn)矩T(Nm )轉(zhuǎn)速n(r/min)傳動(dòng)比i效率電動(dòng)機(jī)軸0.757.879105.620.99軸0.7343.031620.966軸0.70247.6270.961軸0.67237270.960.33軸0.6475.46810.96第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)4.1齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1.1齒輪3與齒輪4的設(shè)計(jì)1選定齒輪類(lèi)型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)1） 根據(jù)本次設(shè)計(jì)剝豆機(jī)的實(shí)際情況，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。2） 剝豆機(jī)為一般工作機(jī)械，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB 10095-88）.3） 材料選擇。由于剝豆機(jī)的功率不是很高，故由表10-1選擇齒輪3材料為HT350,硬度為240HBS，齒輪4材料為HT250，硬度為200 HBS，二者材料硬度差為40HBS。4） 選擇齒輪3的齒數(shù)Z3=17，齒輪4齒數(shù)。2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行計(jì)算，即 1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值2） 試選載荷系數(shù)Kt=1.2.3） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 4） 由表10-7選取齒寬系數(shù)。5） 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。6） 由圖10-21d按齒面硬度查得齒輪3的接觸疲勞強(qiáng)度極限；齒輪4的接觸疲勞強(qiáng)度極限。7） 由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。8）由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)。9）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式（10-12）得(1) 計(jì)算1）試算齒輪3分度圓直徑,帶入中較小的值。2）計(jì)算圓周速度v。3）計(jì)算尺寬。4)計(jì)算尺寬與齒高之比模數(shù) 齒高 5） 計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)V=0.4m/s，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)=1.05直齒輪，；由表10-2查得使用系數(shù)；由表10-4用插值法查得7級(jí)精度，齒輪3相對(duì)支承非對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，。由，查圖10-13得；故載荷系數(shù) 6） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由（10-10a）得7） 計(jì)算模數(shù)m。3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）由圖10-20a查得齒輪3的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；齒輪4的彎曲強(qiáng)度極限；2）由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式（10-12）得4）計(jì)算載荷系數(shù)。5）查取齒形系數(shù)。由表10-5查得 ； 6） 查取應(yīng)力校正系數(shù)。由表10-5查得 ； 7） 計(jì)算輪3，輪4的并加以比較。輪3的數(shù)值大。（2）設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.4并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5mm,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑=50.316mm，算出齒輪3齒數(shù) 齒輪4的齒數(shù) 這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的齒輪傳動(dòng)，既滿(mǎn)足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿(mǎn)足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。4 幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑 （2）計(jì)算中心距（3）計(jì)算齒輪寬度取， 5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖齒輪3的齒頂圓直徑小于160mm，所以做成實(shí)心結(jié)構(gòu)。齒輪4的齒頂圓直徑大于160mm，而又小于500mm，因此采用腹板式。下面繪出齒輪4的形狀草圖如圖4.1圖4.1齒輪4的草圖4.1.2齒輪5設(shè)計(jì)1）材料的選擇。由表10-1選擇齒輪5材料為HT250，硬度為200 HBS。 2）計(jì)算齒輪5的模數(shù)由于齒輪5為一個(gè)連接齒輪4和齒輪6的過(guò)度齒輪，根據(jù)正確嚙合的條件，齒輪4、齒輪5以及齒輪6的壓力角和模數(shù)必須分別相等這樣才可保證這三個(gè)齒輪能夠順利的嚙合傳動(dòng)。又由于在上一節(jié)里面已經(jīng)求出了齒輪4的模數(shù)為m=2.5mm，所以齒輪5的模數(shù)也應(yīng)為2.5mm。3）計(jì)算齒輪5的齒數(shù)4）計(jì)算分度圓直徑5）計(jì)算中心距6）計(jì)算齒輪的尺寬7）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖齒輪5的機(jī)構(gòu)和尺寸與齒輪4的完全相同，參照?qǐng)D4.14.1.3齒輪6與齒輪7的設(shè)計(jì)1）選擇的材料。由表10-1選擇齒輪6與齒輪7的材料為HT350,硬度為240HBS。2）計(jì)算齒輪的模數(shù)由于齒輪6和齒輪7均為連接壓輥的齒輪，它們要帶動(dòng)壓輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以它們的轉(zhuǎn)速和外形尺寸應(yīng)該設(shè)計(jì)為完全一樣，這樣才可以保證擠壓脫皮的順利進(jìn)行。于是在這里我們把齒輪6和齒輪7一起設(shè)計(jì)。同理根據(jù)正確嚙合的條件，齒輪6做為連接齒冷5和齒輪7的過(guò)渡齒輪，為了保證嚙合的平穩(wěn)，這三個(gè)齒輪的模數(shù)和壓力角應(yīng)該分別一樣才行。故有 3）計(jì)算齒輪的齒數(shù) 4）計(jì)算分度圓直徑5）計(jì)算中心距6）計(jì)算齒輪的尺寬7）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖由于齒輪6和齒輪7的齒頂圓直徑都小于160mm，故都做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪。4.1.4齒輪5與齒輪6的強(qiáng)度校核1.按齒面接觸強(qiáng)度校核由計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算，即（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）試選載荷系數(shù)Kt=1.2.2)計(jì)算齒輪5傳遞的轉(zhuǎn)矩。 3)由表10-7選取齒寬系數(shù)。4)由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。5)由圖10-21d按齒面硬度查得齒輪5的接觸疲勞強(qiáng)度極限；齒輪4的接觸疲勞強(qiáng)度極限。6)由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。（2）校核計(jì)算1）由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)。2）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式（10-12）得3）按以上數(shù)據(jù)帶入式（10-9a）得出齒輪5和齒輪6的實(shí)際接觸疲勞應(yīng)力故<，<，因此按照齒面接觸強(qiáng)度校核齒輪5和齒輪6是安全的。3.按齒根彎曲強(qiáng)度校核由式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的校核公式為 （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）計(jì)算載荷系數(shù)。2）查取齒形系數(shù)。由表10-5查得 ； 3）查取應(yīng)力校正系數(shù)。由表10-5查得 ； （2）校核計(jì)算1）由圖10-20c查得齒輪5的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；齒輪4的彎曲強(qiáng)度極限；2）由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式（10-12）得4）按以上數(shù)據(jù)帶入式（10-5）得出齒輪5和齒輪6的實(shí)際齒根彎曲應(yīng)力故<，<因此按照齒根彎曲強(qiáng)度校核齒輪5和齒輪6是安全的。將以上計(jì)算結(jié)果整理后列于下表，供以后設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)使用表4.1 齒輪的參數(shù)項(xiàng)目齒輪3齒輪4齒輪5齒輪6齒輪7壓輥模數(shù)2.52.52.52.52.5-齒數(shù)201201204040-直徑50300300100100954.2剝豆機(jī)外部V帶的設(shè)計(jì)4.2.1已知條件和設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)V帶傳動(dòng)時(shí)的已知條件包括；帶傳動(dòng)的工作條件；傳動(dòng)位置與總體尺寸限制；所需傳遞的額定功率P；小帶輪的轉(zhuǎn)速n1；大帶輪轉(zhuǎn)速n2或傳動(dòng)比i。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括選擇帶的型號(hào)、確定基準(zhǔn)長(zhǎng)度、根數(shù)、中心距、帶輪的材料、基準(zhǔn)直徑以及結(jié)構(gòu)尺寸、初拉力和壓軸力、張緊裝置等。4.2.2設(shè)計(jì)步驟和方法1.確定計(jì)算功率由表8-7查得工作情況系數(shù)，故 2選擇V帶的帶型根據(jù)、由圖8-11選用A型。3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑。由表8-6和表8-8，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑。2）驗(yàn)算帶速。按式（8-13）驗(yàn)算帶的速度 因?yàn)?，故帶速合適。3）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)式（8-15a），計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 根據(jù)表8-8，圓整為。4確定V帶的中心距和基準(zhǔn)長(zhǎng)度1）根據(jù)式（8-20），初定中心距。2）由式（8-22）計(jì)算帶輪所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 由表8-2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度。3）按式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距。 中心距的變化范圍為324400mm。5驗(yàn)算小帶輪上的包角 6.計(jì)算帶的根數(shù)z1)計(jì)算單根V帶的額定功率。由和，查表8-4a得。根據(jù)，和Z型帶，查表8=4b得。查表8-5得，查8-2得，于是2）計(jì)算V帶的根數(shù)z。 取6根。7.計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值由表8-3得Z型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量，所以應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力。8.計(jì)算壓軸力壓軸力的最小值為9.V帶輪的設(shè)計(jì)1）帶輪的材料常用帶輪的材料為HT150或HT200.轉(zhuǎn)速較高時(shí)可采用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成。小功率時(shí)可以采用鑄鋁或塑料。就本次設(shè)計(jì)的剝豆機(jī)，其功率較小，而且傳遞的載荷較小，故可以選HT150帶輪的材料。2）帶輪的結(jié)構(gòu)形式V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成。根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同，V帶輪可以分為實(shí)心式、腹板式、孔板式、橢圓輪輻式。對(duì)于小帶輪由于（為實(shí)際安裝帶輪的軸的直徑），可采用實(shí)心式。對(duì)于大帶輪由于?？刹捎酶拱迨健Ｏ旅胬L出小帶輪和大帶輪的結(jié)構(gòu)草圖圖4.2小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖圖4.3大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖3）V帶輪的輪槽V帶輪的輪槽與所選用的V帶的型號(hào)想對(duì)應(yīng)，現(xiàn)將其草圖和尺寸列如下 圖4.4 V帶輪的輪槽截面圖槽型bdhaminhfminefminddA11.02.758.715+0.391004）V帶輪的技術(shù)要求鑄造的帶輪在輪、腹板、輪輻及輪轂上不允許有砂眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應(yīng)力的前提下，允許對(duì)輪緣、凸臺(tái)、腹板及輪轂的表面缺陷進(jìn)行修補(bǔ)。4.3軸的設(shè)計(jì)與校核4.3.1軸I的設(shè)計(jì)與校核1.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。第一要擬定軸上零件的裝配方案；第二要完成軸上零件的定位；第三要定出各軸段的直徑和長(zhǎng)度。對(duì)于軸1的設(shè)計(jì)首先從齒輪3的安裝開(kāi)始，由于齒輪3的直徑過(guò)小，所以我們把它直接加工在軸上，做成齒輪軸，齒輪3的齒頂圓直徑為55mm，在齒輪3的左側(cè)軸段要裝軸承，根據(jù)尺寸上的要求選擇了深溝球軸承6028，因此這段軸徑定為40mm。在齒輪3的右側(cè)要裝一個(gè)不完全齒輪，因此在不完全齒輪和齒輪3中間要加工一個(gè)長(zhǎng)為10mm的軸肩，其軸徑可以根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；安裝不完全齒輪的這段軸可以按照不完全齒輪的孔徑及其輪轂寬度來(lái)設(shè)計(jì)，軸長(zhǎng)度應(yīng)該略短于不完全齒輪的輪轂寬度，這樣可以便于套筒對(duì)其進(jìn)行軸向定位。接下來(lái)的這段軸要安裝軸承，由于軸的兩端軸承必須一樣，因此這段軸的軸徑定位為40mm，又由于在這段軸的上方還需要安裝一個(gè)平帶傳動(dòng)，因此從各個(gè)構(gòu)件的安裝位置來(lái)考慮，這段軸要比較長(zhǎng)，這里選為80mm；下段軸要安裝軸承蓋，因此按照機(jī)械設(shè)計(jì)課本里的設(shè)計(jì)原則，定這段軸的長(zhǎng)度為50mm，軸徑為38mm；最后一段軸在剝豆機(jī)的箱體外部，其上要接V帶的帶輪，因此其長(zhǎng)度和軸徑按照大帶輪來(lái)設(shè)計(jì)，其長(zhǎng)度為50mm，軸徑為35mm；對(duì)于兩個(gè)鍵槽可以按照機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)書(shū)上的根據(jù)此段軸徑的大小來(lái)設(shè)計(jì)鍵的公稱(chēng)尺寸，其長(zhǎng)度可以根據(jù)這段軸的長(zhǎng)度和鍵的長(zhǎng)度系列來(lái)定。對(duì)于剝豆機(jī)中所有軸的材料均采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理。下面給出軸I的結(jié)構(gòu)方案草圖。圖4.5 軸I的結(jié)構(gòu)圖2軸的強(qiáng)度校核由于不完全齒輪的嚙合是斷斷續(xù)續(xù)的，所以在對(duì)軸1的校核中我們采用一個(gè)簡(jiǎn)化算法，即不記不完全齒輪，而只算齒輪3對(duì)軸的影響。1）軸的彎矩計(jì)算由于軸I作為輸入軸其轉(zhuǎn)速最大，故只對(duì)軸I進(jìn)行校核計(jì)算。軸I的支承跨距L=80+55+10+40+50-18=217mm。由軸結(jié)構(gòu)圖4.2和彎距的計(jì)算得出截面B是軸的危險(xiǎn)截面，根據(jù)受力圖繪出軸的彎矩、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖4.3。B面受力分析： a) 轉(zhuǎn)矩：T43.03 Nmm b) 直徑：已知d=50mmc) 求圓周力: d) 求徑向力: e) 求支反力：RV1 、 RV2 、 RH1 、 RH2 RV1342.1N RV2284.4N RH1939.9N RH2781.3Nf)彎矩： MH=9.258104 N.mm MV= 3.3697104 Nmmg)總彎矩： Nmmh)扭矩： Nmm （?。?i) 計(jì)算當(dāng)量彎矩： Nmm圖4.6軸I的載荷分析圖將上述結(jié)果列表4.2： 表4.2 軸彎扭距計(jì)算結(jié)果載荷水平面H垂直面支反力R(N)RH1= 939.9N RH2=781.3NRV1=342.1N RV2284.4N彎矩M(Nmm) MH=9.258104 N.mm MV= 3.3697104 Nmm總彎矩(Nmm)M9.851104Nmm扭矩T(Nmm)T25.818Nmm當(dāng)量彎矩McaMca9.852104 Nmm MPa -1=70MPa，因<-1=70MPa，所以安全。3軸的疲勞強(qiáng)度校核1) 確定危險(xiǎn)截面因截面兩端所受的扭矩和彎矩比、處小，所以截面、 、無(wú)需校核。安裝不完全齒輪的截面雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大（過(guò)盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且此處軸徑比較大，故此截面也不需要校核。截面處雖受力很大，但應(yīng)力集中明顯較截面小，軸徑也比截面大，所以截面不需校核。2）截面左側(cè)a抗彎截面系數(shù)：mm3b抗扭截面系數(shù)：mm3c左側(cè)彎矩：d扭矩： T43.03 e彎曲應(yīng)力：MPaf剪切應(yīng)力：MPag軸材為40，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1及附表3-2查得： 應(yīng)力集中系數(shù)：（ 插值）材料敏感系數(shù)： 尺寸系數(shù)： 軸表面質(zhì)量系數(shù)： 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理： 材料特征系數(shù)， 則： 故安全。2）截面右側(cè)a抗彎截面系數(shù)： mm3b抗扭截面系數(shù)： mm3c右側(cè)彎矩： d扭矩： T43.03 e彎曲應(yīng)力： MPaf剪切應(yīng)力： MPag由附表3-8用插值法求出，并取，于是得， h軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)：i軸IV右截面處的安全系數(shù)為： 則： 故安全。因在傳動(dòng)時(shí)無(wú)較大的瞬間過(guò)載和嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱(chēng)，故無(wú)須靜強(qiáng)度校核。4.3.2軸II的設(shè)計(jì)圖4.7 軸II的結(jié)構(gòu)圖從軸的左端向右邊看，第一段是安裝深溝球軸承6208，其長(zhǎng)度是根據(jù)軸上需要安裝的各零件的位置要求而定的，第二段軸是安裝凸輪的，其長(zhǎng)度和軸徑是根據(jù)凸輪的孔和輪轂來(lái)定的，第三段式軸肩，其長(zhǎng)度按原則定為10mm，軸肩定位5mm,第四段是安裝齒輪4，這段軸的長(zhǎng)度和直徑也是根據(jù)齒輪4的孔和輪轂長(zhǎng)度來(lái)定的，第五段軸的軸徑要安裝軸承，因此其值和第一段一樣為40mm,其長(zhǎng)度根據(jù)軸I的長(zhǎng)度來(lái)定。4.3.3軸III的設(shè)計(jì)圖4.8 軸III的結(jié)構(gòu)圖從左向右看，第一段裝深溝球軸承6209 ，其軸徑根據(jù)軸承來(lái)定為45mm，其長(zhǎng)度也是根據(jù)軸上要安裝的其它零件的位置而定，這里定位80mm，第二段裝齒輪5，這段軸的長(zhǎng)度和軸徑根據(jù)齒輪5的孔和輪轂來(lái)定；第三段為過(guò)度軸肩，其作用是為齒輪5進(jìn)行軸向定位，其軸徑和長(zhǎng)度按原則定位寬10mm,高為60mm；第四段安裝軸承，其軸徑和第一段一樣為45mm，其長(zhǎng)度根據(jù)軸I來(lái)定位125mm。4.3.4軸IV的設(shè)計(jì)圖4.9 軸IV的結(jié)構(gòu)圖從左向右看，第一段軸安裝深溝球軸承6207 ，其軸徑為35mm，長(zhǎng)度根據(jù)軸上其它需要安裝的零件的要求來(lái)定位75mm，第二段軸需要安裝齒輪6，因此其軸徑和長(zhǎng)度根據(jù)齒輪6的孔和輪轂寬度來(lái)定，第三段是軸肩，其作用是實(shí)現(xiàn)齒輪6的軸向定位，其寬度和高度按原則來(lái)定；最后一段安裝軸承，軸徑和第一段一樣為35mm，長(zhǎng)度4.4軸承的選擇與校核4.4.1軸承的選擇選擇軸承類(lèi)型的依據(jù)：安裝軸承處的最小直徑和軸承所受負(fù)荷的大小、方向及性質(zhì)；軸向固定形式；調(diào)心性能要求；剛度要求；轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境等。軸I、軸II、軸、軸IV軸承選擇為深溝球軸承（GB276-89）。現(xiàn)將各軸承的參數(shù)列表如下，為后面畫(huà)圖及計(jì)算做準(zhǔn)備。表4.2 軸承參數(shù)軸號(hào)軸承型號(hào)（新）外形尺寸（mm）安裝尺寸（mm）額定動(dòng)載荷（kN）額定靜載荷（kN）DB(min)(max)(max)軸I62084080184773122.815.8軸II62084080184773122.815.8軸62094585195278124.517.5軸IV62073572174265119.813.54.4.2軸承的校核因?yàn)楦咚佥SI傳遞的扭矩、受力比其它軸大，所以只對(duì)與高速軸I配合的軸承進(jìn)行校核即可。1. 查表15-3可知深溝球軸承6208的基本參數(shù)如下：Cr=22.8kN Cor=15.8kN 由前面計(jì)算可知n=162r/min Nmm P=0.73kw2. 求軸承受到的徑向力 因，所以只對(duì)軸承左側(cè)校核即可。因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中沖擊載荷較小，按表13-6，取。則有當(dāng)量載荷：軸承預(yù)期壽命： 3. 驗(yàn)算軸承壽命：故可達(dá)到預(yù)計(jì)壽命要求，安全。4.5鍵的選擇與校核4.5.1鍵的選擇根據(jù)軸的公稱(chēng)直徑，可以定出各軸上鍵的尺寸，所有的鍵均選擇A型平鍵（16x100GB1096-79），且材料為45鋼。 表4.3鍵的參數(shù)與鍵配合的輪齒輪3不完全齒輪凸輪齒輪4齒輪5齒輪6公稱(chēng)尺寸bxh16x1014x914x916x1016x1012x8鍵長(zhǎng)度L4028284540454.5.2鍵的校核平鍵傳遞扭矩時(shí)，其主要失效形式是工作面壓潰，因此，通過(guò)計(jì)算工作面上的壓力進(jìn)行條件性強(qiáng)度校核。下面校核與齒輪4連接的鍵為例。鍵的材料是45鋼，軸的材料是45Cr，輪轂的材料是灰鑄鐵，由表6-2可知，取三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力為=7080Mpa，取其最大值，=80Mpa。鍵的工作長(zhǎng)度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。由式（6-1）可得故鍵是安全的。第5章 其它零部件設(shè)計(jì)5.1剝豆機(jī)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 圖5.1運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖是以凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律即轉(zhuǎn)角為基準(zhǔn)來(lái)繪制的。振動(dòng)下料機(jī)構(gòu)和壓緊切皮機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖為一條直線(xiàn)，代表它們?cè)谡麄€(gè)過(guò)程中都處于勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。送料不完全齒輪的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖為四條直線(xiàn)段，每一條直線(xiàn)段代表其在這段區(qū)間內(nèi)處于勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，空白處表示其處于間歇狀態(tài)，此時(shí)正是壓豆切皮機(jī)構(gòu)執(zhí)行切皮過(guò)程。壓豆切皮凸輪的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖為三段完全相同的折線(xiàn)，每個(gè)折線(xiàn)表示壓豆切皮機(jī)構(gòu)在這段時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)切皮過(guò)程，三段折線(xiàn)表示其在凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過(guò)程中完成3次切皮。上升的線(xiàn)段表示刀片向下運(yùn)動(dòng)完成切皮過(guò)程，下降的線(xiàn)段表示刀片向上運(yùn)動(dòng)完成空程返回過(guò)程，其余的直線(xiàn)段表示刀片處于停歇狀態(tài)。5.2凸輪設(shè)計(jì) 圖5.2凸輪結(jié)構(gòu)草圖凸輪是用來(lái)控制壓塊和刀片的運(yùn)動(dòng)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(jì)的凸輪是個(gè)非常對(duì)稱(chēng)的圖形。凸輪運(yùn)動(dòng)一周可帶動(dòng)刀片上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)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015，