机械原理课程设计-制香机香烛制造挤出机设计

机械原理课程设计设计说明书班级姓名学号指导教师年月日

目录一、 设计任务说明书 31、 设计背景 32、设计题目 33、设计参数 3二、功能分析与功能原理设计 41、功能目标 42、动作原理 43、功能原理分解 44、功能原理方案 5三、机械系统运动方案 51、机构的选型 52、机械系统运动方案分析 83、机械系统运动方案设计 9（1）各机构设计 9（2）机械系统协调设计 9（3）机械运动及动力学分析 10（4）机械系统运动简图 10四、机械系统运动方案验证 11五、结束语 12参考文献 13

设计任务说明书设计背景随着人们对于佛教文化认可度的提高，佛香（卫生香）的消耗水平逐渐提高，传统的手工制香工艺存在这成本高、效率低的问题。制香机的出现恰能完成现在对于佛香需求，但是现在市面上常用的制香机存在如下问题：制香机是用于制造佛香的设备，现有的制香机在推料的过程中，容易造成推料轴的偏心而损坏，同时造成推料卡壳，这就降低了制香的速度；另一方面，现有的制香机制造出的成品香脚不齐，使得制出的成品品质下降。也因此造成了现在市场上佛香水平参差不齐，价格各异等市场乱象，对此我对于现有制香机的基础上进行了改进以便于更好地生产高质量香料。2、设计题目该机用于卫生香(即寺庙使用的香)的制造,其工艺原理为将原料研磨成细粉,加水搅拌均匀,形成香的浆料。浆料用泵送入料斗,再从管形挤香口挤出,形成与香一般形状的细条,经剪切、风干后就形成了香。原料由操作者送入搅拌器皿,由机器自动完成如下主要工艺。动作：(1)搅拌原料(尽可能模拟手动搅拌动作,使浆料搅拌均匀)；(2)挤香；(3)切断。3、设计参数该机采用电动机驱动,传动方式为机械传动,设计参数见表5-44。二、功能分析与功能原理设计1、功能目标按照一定的比例要求，将被研磨充分的佛香原料细粉与等比例水进行充分搅拌形成佛香的浆料，之后把佛香的浆料运输到挤香口，通过控制压力以及出香口的直径控制成品佛香的直径，另外需要控制佛香的长度，在挤出的佛香到达指定长度后进行切断，切断的佛香掉入收纳的容器，进行晾晒即为成品。2、动作原理将原料研磨成的细粉与水等比例混合，通过搅拌机部分（一个多刀式螺旋机构，能够由下到上充分搅拌，更加充分的混合水和香料细粉）充分搅拌一段时间，使其成为香的浆料；浆料通过底部的出口传送到运料口，通过运输泵运输到出料口，并对佛香的浆料进行压缩，然后进行挤香过程，浆料通过挤压从出香口缓慢的流出，之后在到达设定长度的时候，切刀把佛香切断，之后将切断的佛香经过简单的晾晒就能得到成品佛香了。3、功能原理分解搅拌：将佛香细粉和水等比例混合，成为佛香浆料。运输：把搅拌好的佛香浆料运送到挤香部分。挤香：通过物理增压把浆料挤压成型。切断：把香嘴出来的佛香切割成等长度的佛香。4、功能原理方案搅拌：通过模拟手搅拌原料，繁衍出机器刀翻滚的形式，而机器刀翻滚需要电动机驱动，因此可以通过电动机旋转带动机器刀相当于电风扇式结构，通过他的不断翻滚使得佛香细粉和水充分混合。运输：经查阅资料得知，佛香细粉和水混合的浆料为黏糊状物质，可以通过运输泵、皮带等传送装置进行传送。挤香：通过源源不断的浆料供应，推杆运动使得佛香浆料被挤压成型，逐渐成为我们所常见的圆柱形。切断：在从香嘴出来的佛香到达指定长度后切断佛香，保证佛香的长度。三、机械系统运动方案1、机构的选型（1）搅拌机：采取多刀式滚轮结构，能够充分的把水以及原料细粉混合，使其成为佛香浆料，接触性好，结构简单，方便安装，同时由上到下采取喇叭形结构，利用重力的作用，使得搅拌好的浆料到达底部的同时被运输泵吸纳。（2）运输泵：经过搅拌机搅拌过后的佛香浆料，为黏糊状液体，通过运输泵可以完成佛香浆料的运输，该小型泵恰好符合我所需要的黏糊状液体运输标准，能够低速增压的把佛香浆料运送到挤香机，同时顶着压力为挤香提供动力。（3）挤香：挤香口这里是一个垂直结构为了保证佛香的挤香成品更加坚固，之后出香口支管长度300mm，这是为了保证佛香成型，为总长度的60%，降低了佛香出口损坏的概率，轨道直径10mm，为方案A制品佛香，在此我称这个结构为挤香机，通过更换挤香机就可达到更改佛香出口直径（香嘴）。蓝色部位即为出香口（香嘴）。根据我的需求，得到图像如下：根据图像，得到圆柱凸轮如下：（4）切断过程：该过程为间歇性往复运动，根据对几种能够满足此过程机构的考量，其中凸轮顶杆机构最符合我对于此种运动的需求：它结构简单，制造方便，运动副为低副，安装过程比较简便，本机构运行不需要高速，因此这个凸轮顶杆机构的低速稳定性恰好符合了我的选型要求。将顶杆末端加上切刀，其生产我设为一分钟10根香，故滑轮绕行一周的时间为60s/10=6s，因此凸轮旋转周期为10r/min，而切断香的时间为1.5s，故接触香到完全切断的时间为1.5s，故因此得到以下机构数据：1.5s/6s=0.250.25*360°=90°根据数据，绘制出如下图像：由此图像，设计出由下凸轮：基准圆直径160mm，虚线圆直径163mm，最远距离1.5mm，其切割角度为90°，返回角度90°。2、机械系统运动方案分析搅拌：这是一个漏斗式形状，在机器运转的时候多刀式扇叶高速旋转，最顶端一层扇叶旋转过程中因为速度产生离心力就可以将佛香细粉吸入搅拌室，同时从顶部小孔缓慢输入水，使得水与佛香细粉按照一定速度进入搅拌室，也因此可以保证水与佛香细粉按照一定的比例混合，保证了佛香浆料的常态化，佛香细粉和水经过三层高速旋转的扇叶，达到了较好的混合，成为符合要求的佛香浆料。运输泵：搅拌室底端的小孔与运输泵相连接，运输泵抽取佛香浆料到达存料仓，在这个过程中，泵体运输能够保证平稳运输，以使于下一步的操作得以保障。挤香：在此，我添加了两个推杆，通过两个推杆推送存料仓的浆料达到压缩的目的，而推杆的运动我利用两个齿轮相互啮合，使得两个圆柱凸轮相反方向运动，因此也就保障了两个料仓开始存料以及推杆挤压浆料的操作正好相反，在左侧存料仓在进行存料工作的时候，右侧的存料仓进行挤香工作，设计变得灵活，两个存料仓达到了百分之一百的利用率，靠近出香嘴的那个存料仓，在进行推杆回收的时候会在左侧出口释放活塞，以保证挤香工作的正常进行，也因此不必进行运输泵的停车工作。切断：在开车启动之后，成型的佛香按照设定速率从出香嘴出来，经过空车时间成型，经过1.5s切断佛香，本过程结束，准备下一阶段循环。3、机械系统运动方案设计（1）各机构设计搅拌机旋转机构：通过电动机带动扇叶高速旋转达到搅拌的目的。圆柱凸轮机构：通过凸轮的旋转带动推杆进行往复运动，来实现挤香操作。普通凸轮机构：通过普通凸轮的旋转使得切刀进行往复运动。（2）机械系统协调设计本机器通过多种机构组合而成，我设计用一个电动机带动，因此需要根据各种方向的传导以及需要的转速而计算传动比，另外选择合适的齿轮进行传导、转向等操作。（3）机械运动及动力学分析通过一个电动机驱动，该电动机经过减速箱后转速为n1=1000r/min，运输泵转速n2=100r/min，因此i12=z1/z2=n2/n1=1/10，而圆柱凸轮以及普通凸轮需要10r/min，另外需要转换方向，故使用伞状齿轮转换方向，其传动比i23=n3/n2=1/10，同时圆柱凸轮两者相互啮合，方向相反构成两者不同进程，使得存料仓可以分批进行进程，同时最后的齿轮保证了切刀的正常切割，佛香的正常生产。（4）机械系统运动简图主要我的机械运动，涉及到齿轮等各种复杂构件，将利用虚约束、高副低代等各种方法进行简化：圆柱凸轮机构：简化为曲柄滑块机构，滑块在确定的直线上运动，而滑块即为确定的推杆，推杆行程为500mm，即为一次推杆挤香行程则为一根香的长度，所以一次推杆挤香形成之后，切断佛香进程要进行一次。n=3,Pl=4,Ph=0.F=3*n-2*Pl-1*Ph=3*3-2*4–0=1，自由度为1，符合设计要求。同时切刀凸轮机构与这种相同，其远行程为1.5mm，以此为切断佛香作业，自由度为1，符合我初始设计要求。四、机械系统运动方案验证本自动制香机（不包括切断装置）简单装配图如下：仿真整个机械运转过程：开机运转，按下开机启动键，电动机运转，带动搅拌机部分、运输泵、圆柱凸轮部分以及切割凸轮开始运转，佛香原料细粉在离心力的作用下从输料口进入，同时水从输水口缓慢进入，在搅拌机部分扇叶高速旋转的环境下，水与佛香原料细粉充分混合，搅拌完毕，到达底部的运输泵口，此时搅拌成为佛香浆料，经过下一步骤。佛香浆料运输进仓：此设计中，共设计两个存料仓，当其中一个存料仓打开的时候另外一个存料仓关闭，关闭的存料仓进行挤香进程，而打开的存料仓则进行接收运输泵泵入的佛香浆料，等待储存足够下一次挤香过程的佛香浆料的时候，打开的存料仓关闭，进行挤香过程，另外一个挤香过程结束，开始存料进程。涉及到此进程的计算：运输泵以100r/min的速率运转，所以将以23.55立方厘米/分钟的速率进行运输佛香原料，而佛香一分钟的生产量为0.1*0.1*3.14*50/4*10=23.55立方厘米，在理想状态下，此设计符合常理，此次设计并没有考虑原料压缩损失。同时在两个存料仓交替工作的情况是两个圆柱凸轮的作用：在此我以左右进行区分，左边圆柱凸轮与右边圆柱凸轮运动方向相反，在同一位置的时候，开始运动，即进行相反运动，而每个3s的周期停止运动间隔，即为存料仓存料过程，其余1.5s为挤香过程，另外1.5s为收推杆的进程，恰好是下面切割凸轮的收刀进程，所以完美的解决了其在不同位置的问题。切断进程：该进程由普通凸轮完成：0°——90°：切刀开始切削做工，整个图像满足余弦运动规律，符合我低速运动的需求，切割速度逐渐下降能够减缓香掉落的速度，能够保证香脚更加完好。90°——180°，收刀进程，在此进程，圆柱凸轮的挤香进程结束，现在是回收推杆进程，两个进程恰好重合，避免了佛香切断进程原料损坏的损耗。同时在切刀停止3s时候，另一挤香过程开始进行，洽和下一次切割进程重复，即开始进行了下一循环，如此往复，完成制香作业。五、结束语本款自动制香机是我大学以来第一次独自完成的课程设计任务，从一开始的一头雾水到现在的懵懵懂懂，我也是经历了从无到有的蜕变，我知道我的设计很不完美，但是我觉得我能在一周的时间内达到达到这么大的进步已经是很难得的了，我实现了对自身能力的突破，这些天我查阅资料，思考阅读，有时候把自己折磨的很烦躁，但是我也最终战胜了自己，认认真真的一点一滴做了这次的报告，通过这次设计我也了解到了我自身能力的不足，也激发了我对机械原理这门课程的热爱，想要更加学好这门学科的迫切更加深入我心，虽然学校的这门课程结束了，但是我依然会继续学下去，同时我也要指出我设计中存在的一个缺点，我认为我的机器设计齿轮运用过多，这无疑加高了我机械的造价，同时我的设计有不灵活性，容易出现卡机器的情况，另外就是，我考虑的情况都是理想化模型，并没有考虑实际损耗。本制香机，方案A，每分钟500mm长，1