机械原理课程设计说明书玉米剥皮机 (2)

机械原理—课程设计说明书院系：机电工程学院专业：机械工程及自动化2012级姓名：舒智超(201210301407)梁大恒（201210301317）卢文昌（201210301349）指导老师：吴海涛日期：2014年9月1日—9月12日目录一设计题目 (3)1 工作原理及其机构组成 (3)2 设计要求与技术条件 (3)3 机构的主要参数汇总 (4)二机构选型及对各方案的评价 (5)1机构选型 (5)2评分标准及最终方案的确定 (6)三执行机构设计及仿真 (11)1 玉米剥皮机剥皮机构的设计及SolidWorks 实体造型 (11)1.1剥皮辊的设计 (11)1.2 SolidWorks的造型 (13)2 玉米剥皮机剥皮机构的动力学 Adams 仿真辅助分析 (13)2.1 传动机构的 Adams 动力学仿真 (13)2.2 仿真参数设定 (14)2.3仿真结果及分析 (14)3 齿轮参数的确定及SolidWorks 建模 (17)3.1齿轮参数的确定 (17)3.2齿轮的建模 (21)4 传动机构的 SolidWorks 建模 (21)4.1 传动机构的 SolidWorks 建模 (21)5 玉米剥皮机的SolidWorks 建模 (22)四设计总结与体会 (22)五参考资料 (23)六附件 (24)一 设计题目1 工作原理及其机构组成脚踏式玉米撕皮机用于撕开包住玉米的苞叶。

玉米撕皮机的执行机构主要包括剥皮机构、传动机构和驱动机构，其剥皮机构工作原理如图1a 所示，玉米在两辊间由于受到两辊磨擦力a F ，b F 而使玉米可以发生自转，在自转的过程中使苞叶进入两辊互相啮合的凹槽中，使得苞叶被撕开。

其驱动机构工作原理如图1b 所示，踏板和AB 是焊死为一体的，AB 为摇杆、BC 为连杆、CD 为曲柄。

通过人踩踏板，使曲柄转动起来。

剥皮辊与驱动机构之间使用齿轮传动，曲柄转起来之后，带动齿轮，齿轮再带动剥皮辊转动，从而达到撕开玉米皮苞叶的目的。

a 剥皮原理图b 传动机构图图 12 设计要求与技术条件1）以人力作为动力源，通过人力踩脚踏板，使曲柄摇杆机构的摇杆转动起来，再通过齿轮啮合传动，使剥皮辊转动起来。

2）机构应具有较好的传力性能、省力性能。

3）剥皮辊的转速要达到300r/min ，人踩脚踏板在50下/min ，传动比i 至少要达到6。

4）生产率为1000kg/h ，每小时剥玉米1吨左右。

剥净率在90%以上。

5) 机架总高700-800mm ，剥皮辊长度600mm ，直径70mm 。

6）踏板行程最多在180-220mm ，00=3035φ。

7）机器运转速度波动系数δ 不超过0.05。

3 机构的主要参数汇总表1-1执行机构的主要设计参数二 机构选型及对各方案的评价1机构选型方案一：双脚踏式玉米剥皮机—齿轮传动机构如图2-1，我们设计的脚踏式玉米剥皮机是以人力为动力进行剥皮(因此在设计驱动机构时必须满足省力，人体不易疲劳等要求。

驱动机构踏板频率不能高，踏板行程不能大，踏板的最低位置应接近不动的脚底，辊轮转速应均匀，脚踏应省力等。

方案1我们采用的是齿轮传动机构，它的驱动机构采用的是双脚驱动机构，这样的机构避免了死点的位置时卡死。

而它的传动机构我们采用了齿轮的2级放大机构，由于该机构的传动比至少要达到6，所以我们设计了2组齿轮的传动比分别为3和3，这样就达到了我们的目的。

图2-1方案二：双脚踏式玉米剥皮机—链轮传动机构如图2-2，方案二我们采用了链轮作为传动机构，它的驱动机构同样是采用双脚踏式传动机构。

此机构我们采用了链轮链传动平均传动比准确,传动效率高，轴间距离适应范围较大，能在温度较高、湿度较大的环境中使用；应此能保证达到传动的目的。

我们设设计了2级传动机构，第一级我们用的是传动比为3的链传动，第二级我们采用了传动比为2的齿轮传动。

ABD CHEG F1 23 45 6图2-2方案三：单脚脚踏式玉米剥皮机—齿轮传动机构如图2-3，方案3我们采用的是单脚式脚踏板的，而它的传动机构同样采用齿轮传动机构，这种机构的安全性可靠，采用单脚操作，可以让另一只脚休息。

图2-32评分标准及最终方案的确定一个机械运动方案要求完成某一个工艺动作过程，这一工艺动作又可分解成若干个动作，采用一些执行机构来加以实现。

由于机械运动方案的评价指标是多方面的，选用某一机构型式时往往对各评价指标反应不一，有时会互相矛盾。

因此需要建立一个评价体系，进行全面的，综合性的评价，由此可以得出整个最优的机械运动方案。

机械运动方案是由若干个执行机构组成的。

在方案设计阶段，对于单一机构的选型机械原理课程设计或整个机械运动方案的选择都应该建立合理的，有效的评价指标。

从机构和机械运动方案的选择和评定的要求来看，主要应该满足五个方面的性能指标，具体见表2-1 所列表2-1机构选型的评价体系采用机构选型评估体系进行各种被选用机构进行评估、选优的重要步骤就是将各种常用机构的各项指标进行评价量化。

由于实际评价较难量化，因此对于五档评价见表 1-3五档评价表1—3表 2-4 方案三的机械运动方案评在该设计中，各因素均很重要，故选用乘法规则作为价值组合规则，可得方案一的H值为72.5 ⋅47.5 = 3443.75；方案二的H值为62.5 ⋅ 47.5 = 2968.75；方案三的H值为62.5 ⋅ 36.25 = 2265.625最终可得方案一H值最高，说明方案一的综合情况最好，因此最终选择方案一。

方案二由于链轮的噪音大，容易磨损，所以淘汰。

方案三由于采用单脚操作，不能完美的达到剥皮效果，所以淘汰。

三执行机构设计及仿真1 玉米剥皮机剥皮机构的设计及SolidWorks 实体造型1.1剥皮辊的设计剥皮装置是由一对相向逆向转动的剥皮辊组成辊的里面是轴，外面包裹着高笨橡胶辊。

剥皮装置的作用是利用两根剥皮辊的相对旋转清除茎叶混合物及剥掉玉米果穗苞皮。

其原理是相对旋转的一对剥皮辊表面凹槽抓取在剥皮辊组上运动的玉米果穗苞皮，通过旋转将玉米苞皮及茎叶等混合物拉曳到辊下以完成剥掉玉米苞皮。

要完成玉米苞皮的剥掉动作，首先要保证剥皮辊与苞叶间的磨擦力必须大于苞叶与穗杆间的联接力，所以采用摩擦力全橡胶的剥皮辊。

两根剥皮辊并排装置。

(1) 剥皮辊长度剥皮辊长度对剥皮性能有着重要的影响。

现在市场常见机型的玉米剥皮辊长度为1300mm左右，剥皮辊长度过短使得剥净率低，长度过长又会使果穗及籽粒的损伤率和脱粒率增大，而且导致机械尺寸较大，因此应选取合适的剥皮辊长度。

经过理论与实践结合，我们设计的脚踏玉米剥皮机加装了防落装置，故剥皮辊长度选择较短长度为600mm。

(2) 剥皮辊运动参数的确定根据辽宁省农业机械化研究所对玉米剥皮机的研究：剥皮机生产率随剥皮辊转速与倾角的增加而增加。

剥净率随剥皮辊倾角的降低而增加。

由实验可知，剥皮辊转速n=372.5r／min时，剥净率J=90％，α。

此时，破碎率及落粒率均小于国家标准。

所以我们生产率Q=1835kg/h，剥皮辊的水平倾角为=12α。

选取剥皮辊的运动参数为n=350 r／min，水平倾角=12（3）剥皮辊直径确定剥皮辊的直径大小和转速对剥净率与子粒损失率也有一定的影响。

选择3种不同直径的剥皮辊进行对比试验(全橡胶辊，长度为800 mm)，试验结果见表1[8]。

直径大转速过高使剥净率降低，增加子粒损失，动力消耗大，机器故障率增高，使用寿命降低。

直径小转速低则子粒损失率明显降低，剥净率也有所下降。

最终我们选择剥皮辊直径为70mm（轴的直径为50mm,橡胶套厚10mm）。

表1：剥皮辊不同的直径和转速试验结果(4)剥皮辊生产能力的确定根据实验得出剥皮辊的最佳转速范围在n=300~350r ／min ，这里我们取n=350r/min 。

单对剥皮辊生产能力：=3600........................(31) (32)600000.4kg250mm u g g g qQ u L ls nu f L ⨯-+∆=---剥其中：q 剥净果穗质量平均为,q=果穗长度最大为,L=-果穗沿剥皮辊移动速度（m/s ）900r =s s mm n n f f -=--剥皮辊螺距,剥皮辊转速,=350/min 滑动综合系数试验得,0.05 50l mm -33--=3600600000.490103500.053600(25050)106000060.49003500.0510*******/q s nfL l kg h --⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=剥将（32）代入（31）：Q考虑到喂入玉米棒采用手工以及人力驱动的不确定性，故实际生产力在1000kg/h 左右。

1.2 SolidWorks的造型由各零件的尺寸得出玉米剥皮机剥皮机构的模型，用SolidWorks造型如下图3—1 所示图3-12 玉米剥皮机剥皮机构的动力学 Adams 仿真辅助分析2.1 传动机构的 Adams 动力学仿真.2.2 仿真参数设定设利用工具可以设定仿真的时间和帧数，参数设置如图 3-3 所示，仿真时间为10S, 步长为0.01.图3-3 仿真参数2.3仿真结果及分析踏板的位移曲线分析脚踏板的位移曲线图如图3-4所示:图3-4从图中我们可以看出脚踏板的位移行程为120mm,我们设计初的要求脚踏板的位移行程在120-180mm之间，得出的仿真数据与设计初相符合，到达了我们的要求。

脚踏板转过的角度如图3-5所示:图3-5我们设计初的要求是脚踏板转过的角度要达到30-35度之间，我们从仿真的数据可以看出到达了我们的设计要求，与实际相符合。

脚踏板的受力分析如图3-6所示：图3-6仿真时我们在脚踏板上施加力，当脚踏板1受力时脚踏板2不受力，当脚踏板1受力时脚踏板2不受力，这样交替受力，每隔1s交替一次。

脚踏板的角速度分析如图3-7所示：图3-7辊的角速度和角加速度分析曲线如图3-8所示：图3-8从辊的角速度和角加速度分析曲线可以看出辊的角速度从0增加到3800左右，通过计算得出辊的速度到达了10.56转/s,剥皮辊的速度要到达300转/min ，仿真的数据到达了我们的要求。

辊的力矩分析图如图3-9所示图3-9从图中可以看出辊的力矩为3500N*mm ，设计初我们设计的辊的半径为35mm ，经过计算得出辊受的力为100N ，辊剥皮需要的力为100N 左右，仿真与实际相符合，达到了要求。

3 齿轮参数的确定及SolidWorks 建模3.1齿轮参数的确定硬齿面(HBS ≤350)闭式齿轮传动，按齿根弯曲疲劳强度计算，然后按齿面接触疲劳强度校验。

材料采用40cr ，齿轮精度等级为8。

根据齿根弯曲强度设计[2][]F S 132d 1F Y Y 2KT ()a am z φσ≥（1）确定公式内的各计算数值1)为了使传动整体紧凑，轴向尺寸小。