机械毕业设计（论文）-一种曲柄摇杆式拨蛋机构的设计【全套图纸SW三维】

13 届毕业设计 一种曲柄摇杆式拨蛋机构的设计一种曲柄摇杆式拨蛋机构的设计 学生姓名 学 号 8031209121 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 13-1 指导教师 日 期 2013. 05 塔里木大学教务处制 前前 言言 我国国内每年生产大量的禽蛋，但是由于没有较为先进的包装分级机构，所以需要大 量的人力。用人力劳动处理鸡蛋不仅劳动强度大，而且会消耗宝贵的时间，所以对禽蛋的 及时加工处理设备的研制，一直是许多科研机构和单位的重点。本文根据市场的需求设计 一种曲柄摇杆式拨蛋机构，实现了对禽蛋包装分级的机械化以及自动化，节省人力和时间。 同时为以后的研究开发打好铺垫。本文根据通过对我国的现状的分析，在此基础上设计了 该曲柄摇杆拨蛋机构。本文中设计的机构适合大多数禽蛋的分级包装，在此过程中完成了 曲柄摇杆、传动系统以及输送部分的设计及计算。本机构采用简单的机构、动力消耗小， 从而保证本机械的工作性能及和工作可能性。 关键词：关键词：曲柄摇杆；拨蛋；设计；带轮 全套图纸，完整版设计，加全套图纸，完整版设计，加 153893706 目目 录录 1 绪论绪论.1 1.1 研究对象及内容1 1.2 研究目的1 1.3 可行性分析1 1.4 研究现状1 1.5 设计内容及设计步骤2 2 曲柄摇杆式拨蛋机构的结构及工作原理曲柄摇杆式拨蛋机构的结构及工作原理.2 2.1 曲柄摇杆式拨蛋机构的结构2 2.2 曲柄摇杆式拨蛋机构的工作过程3 2.3 曲柄摇杆式拨蛋机构的工作原理3 2.4 各零件作用3 3 曲柄摇杆拨蛋机构的设计过程曲柄摇杆拨蛋机构的设计过程.6 3.1 曲柄摇杆机构的设计6 3.2 电机的选择6 3.3 皮带及带轮的选择过程7 3.4 接近开关的设计9 3.5 输送带速的选择9 3.7 轴承的选型9 3.8 输送部分减速器的设计11 结结 论论15 致致 谢谢16 塔里木大学毕业设计 1 1 绪论绪论 1.1 研究对象及内容研究对象及内容 鸡蛋具有丰富的营养价值，从直接食用到各种食品行业的加工，都有鸡蛋的身影，深 得市场的欢迎。但是由于鸡蛋的保质期较短，一般只能放一个月左右，但夏天入伏后到立 秋这段时间的鸡蛋放不住，只能放 1015 天左右，特别是对于一些禽蛋产区，每批次的产 蛋量极大，用人力劳动处理鸡蛋不仅劳动强度大，而且会消耗宝贵的时间，所以对禽蛋的 及时加工处理设备的研制，一直是许多科研机构和单位的重点。本文就目前世界上现有的 禽蛋加工处理技术设备进行了全面的调查，就其各种禽蛋加工工艺流程和设备结构进行比 较分析，在此基础上设计开发出适合我国国情的可以应用与中等规模的鸡蛋加工企业的需 要。在工艺流程方面，遵循目前世界上较流行的鸡蛋处理过程，采用鸡蛋的导向、分级、 包装等主要顺序步骤。 1.2 研究目的研究目的 为了满足工程设计的需要，说明曲柄摇杆机构的尺寸变化对机构性能的影响，一些专 供设计者使用的四杆机构综合图谱已经被总结出来。例如德国工程师手册中有很多机构的 性能图谱，但是很难查明给定机构尺寸所对应的性能是这些机构的运动性能（如从动件和 原动件所能实现的摆角）为坐标的图谱缺点所在。前苏联学着绘制了摆角图谱、类角速度 和类角加速度图谱、极为夹角图谱等等一系列机构性能图谱，但容纳机构的尺寸类型不全， 也不能形象的显示机构实际尺寸特点，而且这些图谱的空间坐标轴的实际尺寸的换算很复 杂，虽能实现将机构尺寸型都容纳与有限的封闭三维空间，但是应用上很难实现。因此， 机构完整的、系统的、可供技术人员在设计中查找的图谱成为当今机构学着的任务之一。 所以建立一种简单、方便、实用的设计方法，绘制便于查阅的图谱，再利用多目标函 数限定选择最优方案成为连杆机构设计的首要任务。 1.3 可行性分析可行性分析 (1)减少包装设备成本。与大型的禽蛋分级装备所配置的末端分级执行机构相比该实用 新型可以采用较少的硬件设施，能够降低成本。 (2)扩大了末端分级机构的试用范围。因为末端分级执行机构的设计为曲柄摇杆可调试 机构，在不同的机构具有不同的运动学和动力学特性，所以可以针对多种类型的禽蛋实施 末端分级，具有通用性。 (3)本实用新型使拨蛋动作用力适当、可控，实现拨蛋机构参数精确调节；并可实现对 电机对本实用新型拨蛋机构的拨蛋动作的精确控制。 1.4 研究现状研究现状 世界上禽蛋产量最大的 5 个国家依次是中国、美国、日本、俄罗斯、印度。但我国禽 蛋出口量仅占世界总出口量的不到十分之一，原因之一我国禽蛋精深加工水平低。目前我 过禽蛋加工专业化程度仅为 0.26%，远低于发达国家水平。 本课题实用新型涉及禽蛋的分级设备尤其设计一种禽蛋末端分级机构。鸡蛋具有丰富 的营养价值,从直接食用到各种食品行业的加工，都有鸡蛋的身影,深得市场的欢迎。但是由 于鸡蛋的保质期较短，一般只能放一个月左右，但夏天入伏后到立秋这段时间的鸡蛋放不 住，只能放 1015 天左右，特别是对于一些禽蛋产区，每批次的产蛋量极大，用人力劳动 处理鸡蛋不仅劳动强度大，而且会消耗宝贵的时间，所以对禽蛋的及时加工处理设备的研 制，一直是许多科研机构和单位的重点。本文就目前世界上现有的禽蛋加工处理技术设备 进行了全面的调查，就其各种禽蛋加工工艺流程和设备结构进行比较分析，在此基础上设 计开发出适合我国国情的可以应用与中等规模的鸡蛋加工企业的需要，在工艺流程方面， 遵循目前世界上较流行的鸡蛋处理过程，采用鸡蛋的导向、分级、包装等主要顺序步骤。 塔里木大学毕业设计 2 本研究的主要研究内容和结果如下：1、综述了国内外的禽蛋自动化分级设备的应用研究进 展和现状，通过对国外同类产品的研制生产与应用情况，结合国内禽蛋业的产业化处理情 况，指出开展自主设备研发的迫切需求。2、通过分析国内外禽蛋分级末端执行器的类型综 述，结合三维设计软件实现对鸡蛋分级装备中末端执行器的机构设计，并且对末端执行器 进行运动学分析，与实际样机的实验情况对照,验证理论的分析结果。3、在综述国外禽蛋 包装设备的研发应用现状基础上，提出了能实现 55 纸质蛋托和 24 塑料翻盖蛋托包装 的包装台，实现对鸡蛋分级包装设备中的包装台的结构设计和样机建立，并且通过样机实 验获得了方案的可行性。4、实现对鸡蛋气室导向机构的设计，以对鸡蛋夹持式的旋转导向 为特点，进行了三维建模和动态仿真，并采用 ADAMS 进行了机构的运动学分析，从理论 上论证了方案的可行性。在具体实施时，提出机构设计的因素和要求，对核心工作部分的 结构完成设计，并进一步提出了运动学和动力学模型，对分级效果和机构设计进行理论分 析验证。最后通过鸡蛋分级设备进行试验验证分级设备对鸡蛋分级效果的良好性。 1.5 设计内容及设计步骤设计内容及设计步骤 1.5.1 设计内容 (1)查阅有关资料选择相关参数及材料,设计曲柄摇杆式拨蛋机构。 (2)设计完各零部件后，进行装配组合，试验设计的可靠性。 (3)运用 Solidworks 软件，绘制三维零件图和装配图。 (4)运用三维设计软件完成整机各零部件的三维建模并进行运动仿真。 1.5.2 设计步骤 (1)禽蛋分级执行机构的选用。 (2)电机的选用要适合。 (3)曲柄摇杆式拨蛋机构主要零部件的设计。 (4)曲柄摇杆式拨蛋机构参数的精确调节。 (5)绘制所有零部件并查阅相关说明，各零部件尺寸要啮合达到合适效果。 (6)组装装配图并生成三维立体模型，观察效果并加以改进。 2 曲柄摇杆式拨蛋机构的结构及工作原理曲柄摇杆式拨蛋机构的结构及工作原理 2.1 曲柄摇杆式拨蛋机构的结构曲柄摇杆式拨蛋机构的结构 塔里木大学毕业设计 3 图 2-1 曲柄摇杆机构 2.2 曲柄摇杆式拨蛋机构的工作过程曲柄摇杆式拨蛋机构的工作过程 使用拨蛋机构时，将一组曲柄摇杆式拨蛋机构并排安装于安装平台上，拨片位置靠近 输送链，保证拨片摆动时，能将鸡蛋从输送连上拨下，掉到鸡蛋包装台上。 2.3 曲柄摇杆式拨蛋机构的工作原理曲柄摇杆式拨蛋机构的工作原理 电机的转动驱动皮带轮转动，通过皮带将扭矩传递给曲柄轮，固定在曲柄轮的第一滑 槽内的曲柄会随着曲柄轮一起绕曲柄轮的旋转中心旋转，曲柄通过连杆把力传递给摇杆， 摇杆会伴随着曲柄轮的转动而往复摆动，与摇杆固定连接的传动轴也会围绕自身轴线旋转 同样角度，由于摇杆轮与传动轴固定，因此摇杆轮伴随着摇杆的摆动而摆动，固定在摇杆 轮上的拨片可以在摆动过程中完成拨蛋过程。本实用新型通过调节曲柄在第一滑槽的位置 可改变曲柄摇杆机构中曲柄与连杆的连接点到曲柄轮的旋转中心的距离，由此相应地改变 拨片的转动角度，使拨蛋动作用力适当、可控。 2.4 各零件作用各零件作用 (1)电机 电动 机 （ Motors）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也 就是定子绕组） 产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式式闭 合铝框形成磁电动力旋转扭矩 ，如图2-2。 塔里木大学毕业设计 4 图2-2 电动机 (2)接近开关 接近开关也叫近接开关，又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外， 还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频 脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。特点有工作可靠、寿命长、功耗低、复 定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等。 (3)皮带和输送带 连接皮带轮与被传动物体，传递动力和输送鸡蛋到指定的位置，同时皮带传动比较平 稳。 图 2-3 皮带 (4)皮带轮 主要用于传送动力及改变向曲柄摇杆输入的速度和传动方向。 塔里木大学毕业设计 5 图 2-4 皮带轮 (5)拨片 将输送带上传送到指点位置的鸡蛋拨到包装蛋盘里完成鸡蛋包装。 (6)带滑槽的曲柄轮 在曲柄轮上开滑槽目的是为了根据拨片拨蛋过程中需要的摆角来调节摇杆的长度，从 而达到调节拨片摆角，调节曲柄摇杆的运动规律。 图 2-5 曲柄轮 (7)感应块 通过感应块来控制接近开关已达到控制电机。 塔里木大学毕业设计 6 3 曲柄摇杆拨蛋机构的设计过程曲柄摇杆拨蛋机构的设计过程 3.1 曲柄摇杆机构的设计曲柄摇杆机构的设计 此处已删除此处已删除 -9) 式中：P1 为电机的实际功率; P 为电机的额定功率； T1为轴传递的转矩； 为电机的效率。 3.6.2 计算轴承的受力 N d T Ft9 . 8 1 2 1 NFF tr 2 . 3tan (3-10) NFF ra 5 . 1tan 式中：为轴所受的轴向力； F 为轴所受的轴向力； r F 塔里木大学毕业设计 7 轴承轴向力； a F 为接触角。 3.6.3 计算当量动载荷 （1）求比值 (3-11) 47 . 0 2 . 3 5 . 1 r a F F 根据参考文献16中表 13-5，深沟球轴承的最大 e 值为 0.44，故此时 e F F r a （2）初步计算当量动载荷 P2， (3-12)() pra PfX FY F 式中：为径向动载荷系数；X 为轴向动载荷系数；Y 为载荷系数。 P f 查参考文献16中表 13-6，取。1.0 1.2 p f 1.2 p f 按照参考文献16中表 13-5，取中间值，则1X 0Y NFP r 84. 32 . 1 2 基本额定动载荷值 N Ln PC h 6 . 122 10 60 3 6 1 2 式中：为轴承的基本额定动载荷。C 3.6.4 计算轴承寿命 (3-13) 1 53 21 6 106 . 3)( 60 10 hh Lh P C n L 式中：为轴承的额定寿命； 1h L 为轴承的计算寿命。 h L 根据上述计算结果可以得出所选择的的轴承符合机构和使用的要求。 3.7 输送部分减速器的设计输送部分减速器的设计 由公式 塔里木大学毕业设计 8 2 1 i 式中：为电动机的出角速度； 1 为减速器的输出角速度。 2 得带入电机的输出角速度和输送带的输入角速度可知传动比 i=2.85 参照参考文献16 表 13-5 及上述所得的传动比可选择减速器的类型为水平轴一级圆 柱齿轮减速器，此减速器的特点是：效率高，工艺简单，精度易于保证，制造简单等优点。 由于在此机构中减速器起到减速变向，且速度较小，因此选用直齿圆柱齿轮传动，此机构 用于鸡蛋的输送，转速不宜太高，故选用 8 级精度，齿轮材料为 45 钢（调制） ，硬度为 240HBS。 选齿轮 1 齿数为 Z1=10，则齿轮 2 的齿数为 Z2=2.8525=28，n2=573r/min。 3.7.1 按接触强度进行初步计算 由参考文献16中设计计算公式 10-9a 进行试算，即 （4-14） 2 1 3 1 21 2.32() tE t dH K TZu d u 式中：ZE为弹性影响系数; d 为齿宽系数； T1为小齿轮传递扭矩； 为齿轮疲劳强度许用应力； H 为两轮的齿数比； d1t为小齿轮的标准园直径。 （1）试选载荷系数 Kt=1.3 （2）计算轴 2 传递的转矩 （4-15） 22 1 0.11 0.80.07PPkW （4-16） 66 1 1 1 0.07 9.55 109.55 10782 855 P TN mmN mm n （3）由参考文献2中表 10-7 选取齿宽系数 d=1。 （4）由参考文献2中表 10-6 查得材料的弹性影响系数 1 2 a 189.8 E ZMP （5）由参考文献2中图 10-21d 按齿面硬度查得齿轮 1 与齿轮 2 的接触疲劳强度极限 值为 （4-17） lim1lim2 450 HH MPa 式中：为小齿轮的解除疲劳极限； 1HN 为大齿轮的解除疲劳极限。 2HN 塔里木大学毕业设计 9 （6）由参考文献2中式 10-13 计算应力循环次数。 （4- 9 12 60 855 1 8 300 151.8 10NN 18） （7）由参考文献2中图 10-19 取接触疲劳寿命系数 KHN1=0.94。 （8）计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为，安全系数 S=1,由参考文献2中式 10-12 得1% （4-19） 1lim1 0.94 450 423 1 HNH H H K MPa S （9）计算齿轮 1 分度圆直径 d1t，将H代入上式得 （4-20） 3 4 2 1 2 1.3 2.13 101 1189.8 2.32()56.3 1.01526 t dmmmm （10）计算圆周速度 （4-21） 61 855 2.7/ 60 1000 vm s （11）计算齿宽b （4-22） 1 1.0 56.4456.44 dt bdmm （4-23） 1 1 56.44 2.26 25 t t d mmm Z （4-24）2.252.25 2.265.08 t hmmmmm （4-25） 56.44 11.11 5.08 b h （12）计算载荷系数 根据 v=2.7m/s，8 级精度，由参考文献16中图 10-8 查得动载系数 Kv=1.12； 直齿轮，KH=KF=1； 由参考文献16中表 10-2 查得使用系数 KA=1.0； 由参考文献16中表 10-4 用插值法查得 8 级精度，非对称布置，KH=1.315。 由 b/h=12.23，查参考文献16中图 10-13 得 KF=1.3；故载荷系数 （4-26）1.0 1.12 1.0 1.3151.446 vHH KK KKK 式中：Kv动载荷系数； 为按齿面接触疲劳强度计算时的齿间载荷分配系数； H k 按齿根弯曲疲劳强度计算时的齿间载荷分配系数。 F K （13）按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由文献16式 10-10a 得 （4-27） 3 3 11 1.446 5658 1.3 t t K ddmm K 塔里木大学毕业设计 10 （4-28） 1 1 58 2.32 25 d mmm z 式中：m 为模数； d1为小齿轮分度圆直径； 3.7.2 按齿根弯曲强度设计 由参考文献16中式 10-5 得弯曲强度得设计公式为 （4-29） 2 2 1 2 () Fasa dF Y YKT m Z 式中：为齿形系数； Fa Y 为应力校正系数。 Sa Y （1）由参考文献16中图 10-20c 查得齿轮 1 得弯曲疲劳强度极限 FE1=420MPa； （2）由参考文献16中图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.85； （3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 SF=1.4，由参考文献16中式 10-12 得 （4-30） 11 1 0.85 423 225 1.4 FNFE Fa F K MP S （4）计算载荷系数 K （4-31） 1 1.12 1 1.31.53 AVFF KK K KK （5）查取齿形系数 由参考文献16中表 10-5 查得 YFa1=2.62；YSa1=1.59 代入上式 33 2.26 1.59 0.02 225 FaSa F YY （4-32） 5 2 2 1.53 1.58 10 0.022.35 1 25 mmmmm 3.7.3 确定模数 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模m 数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度m 所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关。可取由弯曲强度算得的 模数 m=2.35mm,并就近原则为标准值 m=2.5mm。 3.7.4 确定齿数 按接触强度算得的分度圆直径 d1=57mm ，算出齿轮 1 的齿数 1 1 58 23 2.5 d Z m （4-34） 2 1 2323Z 塔里木大学毕业设计 11 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做 到结构紧凑，避免浪费。 3.7.5 确定几何尺寸 （1）计算分度圆直径 （4-35） 11 23 2.561dZmmmmm (4-36) 22 28 2.580dZmmmmm 式中：d1为小齿轮的分度圆直径； （2）计算中心距 (4-37) 12 61 80 70.5 22 dd ammmm （3）计算齿轮宽度 (4-38) d bd 取 B1=B2=61mm。 式中：B1为小齿轮齿宽； B2大齿轮的齿宽。 结结 论论 通过本次对对该曲柄摇杆拨蛋机构的设计经历得出如下结论： （1）由于禽蛋是比较容易打破的，所以再设计拨片的拨蛋速度时不宜太快，本文选择 了以 0.8m/s 的速度利用拨片将指定位置的禽蛋拨入包装盒内，完成对禽蛋的包装。 （2）该机构的安装尺寸较小，不宜添加减速箱以及拨片的速度也比较小，通过计算得 出的结论是需要选择安装尺寸为、转速为的小型电动mmmmmm4540106min/600r 机，这样不仅可以满足安装空间的需求，同时也可以取得较小的输出速度，已达到保护禽 蛋的作用，并且不影响拨蛋的效率。 （3）根据实际情况知，不同禽类有大小不同的禽蛋，所以再设计曲柄轮时，曲柄轮上 上开有适当的滑槽，这样可以确保不同类别的禽蛋都可以运用该机构来实现包装分级。这 样来不仅可以扩大该机构的适用范围，同时也可以通过调节实现最优的拨蛋速度及角度。 （4）为了实现将禽蛋安全拨到包装盘内并且不会影响该机构的工作效率，所以本文通 过使用接近开关来控制电动机的转动，实现曲柄摇杆的间歇运动，使得拨片能够准确的将 禽蛋拨到包装盘中。 塔里木大学毕业设计 12 （5）由于输送带是为了将禽蛋输送到规定的位置，实现拨蛋包装，所以选择带有牙型 表面的皮带，这样可以确保禽蛋在输送过程中较为平稳并且能够安全到达目标位置。通过 计算得知所用的传动系统中，载荷较小。选择安装一根皮带即可达到要求，所以选择一根 A 型 V 带带动曲柄摇杆工作。 致致 谢谢 致谢对于这次毕业设计的完成，首先感谢母校-塔里木大学的辛勤培育，感谢学校给 我提供了如此难得的学习环境和机会，使我将以前学到的知识又重新回顾了一遍，知道了 学习的可贵与获取知识的辛勤。承蒙指导老师肖老师的耐心指导，使我顺利地完成了毕业 设计。在此，深深地感谢指导老师肖爱玲老师，给予了我耐心的指导和帮助，体现出了她 对工作高度负责的精神，特别肖爱玲老师，她利用上班后的休息时间赶来为我指导，同时， 在周末她也会随时过来检查进度。在整个设计的过程中，她耐心的指导，才使我的设计顺 利完成，同时也感谢在这几年中给予我知识的各位老师。 对于这次毕业设计，由于时间仓促和自己所学软件掌握熟练程度等因素，使这次毕业 设计的仿真没有达到最完美的效果，这不能不说是本次设计的遗憾之处。不过，它至少启 发了我的思维，提高了我的动手能力，使我应用了以前 solid works 软件中没有用到的工具， 同时，使我将以前所学的书本知识又重新复习了一遍，这为我在今后的工作岗位上发挥自 己的才能奠定了坚实的基础。 本次毕业设计的顺利完成离不开老师和同学的