1 / 16全国大学生系列科技竞赛学术竞赛新型可调式筷子分拣机设计人员: 指导老师：2014-9-20 2 / 16摘要全国大学生课外学术科技作品竞赛，简称挑战杯。再设计产品的过程中特别注重设计的方法及其实用性。作品的设计做到有系统性规范性和创新性；设计过程中综合考虑产品背景、材料 、加工 、制造成本应用前景等方面因素。我们借鉴了模型化设计 、优化设计 、系统设计等现代设计发发明理论方法；采用了 SOLIDER WORKS 、VC 等软件进行辅助设计。该产品的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、模型检验、实物调试。通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。方案设计阶段根据该筷子分拣机的功能要求我们把该机构分为筷子收集斗、电机传动机构、筛子筛选机构、二次传送、分拣箱等五个模块，进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为：筷子收集斗上设有压力传感器，电机传动机构连接单片机并受传感器信号控，制，筛子筛选机构采用偏心曲柄滑块结构，二次传送采用特殊带棱履带并倾斜安装，分拣箱中间部位设有垂直挡板。技术设计阶段我们先对方案进行理论分析，进行能源消耗分析、运动学分析、动力学分析、传感器灵敏度分析等。进而得出了筷子分拣机的具体参数。电机和传感器型号的确定。在 3 / 16实体建模的基础上对每一个零件进行详细的分析设计。综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等。该机构所用零件大多是标准件， 、可以购买，同时除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多数都可以通过手工加工出来。因为筷子受力不大，因此模型采用亚克力板和板用胶接完成。简化模型上的零件及零件装配。调试过程会通过微调曲面弧度、微调传感器感应点、调节电机转速及挡板距离等方式改变该机构的参数进行试验，在试验的基础上验证筷子的运动规律同时确定机构的最优参数。关键字：新型筷子分拣机 参数化设计 软件辅助设计 微调机构 灵敏度分析 4 / 16目录1、设计任务书32、电动机的选择和计算4传感器的选择和计算3、传动方案的拟定54、整个传动系统运动和动力参数的选择和计算 5 / 1675、传动零件的设计计算136、的选择187、其他，如装配、拆卸、安装、使用和维护208、参考资料219、总结22 6 / 16方案设计通过该机构完成筷子的掉头自动分拣。为了得到令人满意方案，采用扩展性思维设计每一个模块，寻求多种可行的方案和构思。 7 / 16设计背景与内容简介：现在大多数学校、部队、员工食堂和餐厅就餐用的筷子都是多次回收利用的，对筷子进行清洗，消毒，最后由人工理顺其大小头后进行整理或无菌包装。这种方法费时费力，效率低下。而且由于用手工整理筷子，整理过程中很容易使筷子再次被污染。新型筷子分拣机是集自动分拣整理装箱为一体的分拣筷子机器。它融机械原理、传感器技术、自动控制技术等多方面的知识于一身。根据筷子两头粗细不同，质量不同的特点实行分拣，能够快速准确地把筷子由散乱排布变成方向一致整齐排布。此装置还可根据实际筷子长度调节尺寸，应用广泛，可适用于食堂、餐厅等餐饮场所。产品结构一种新型筷子调头分拣机，包括机架，机架上固定有盛放筷子的料斗，出料口一侧固定有由电机驱动且相对设置传送带一，放置在料斗侧面的压力传感器检测料斗侧壁上的压力，通过控制电路来控制电机的启动、停止。传送带一末端下方设置整理筷子的筛子，筛子底部设有长度与筷子稍长且等距离平行排布的若干细管，筛子由电机带动的曲柄滑块机构控制，通过往复运动来筛选整理筷子。使筛子里的筷子能够以合适的速度且平行于筛孔的方向水平落在筛子正下方的传送带二上。传送带二的传送方向沿水平方向向下偏离 515 度，其外侧固定有一对对称的挡板用以矫正筷子的方向使其居中的。在传送带二的 8 / 16末端设有一对可对称调节间距的挡板二，能够通过调节适应各种尺寸的筷子，传送带二的外表面上带有一周形状特殊的对称的凸槽，传送带二的末端设有筷子分拣箱，分拣箱中间有竖直放置的平衡板，平衡板位于传送带的正中间，分拣箱下端出口接收纳箱。新型可调式筷子分拣机设计过程及计算说明一电动机的选择及计算电机的功率计算及扭矩计算。带轮上槽数为 k=9，相邻两槽之间的夹角为 ，传送带始端带轮的角速度 1，半径为 r1，线速度为 1，转速为 n1； 9 / 16传送带末端的带轮的角速度为 2， ，半径为 r2，线速度为2；传送带上槽数为 N，传送带，传送带上的筷子数，传送带轴，筛子的质量分别为 m1m2m3M。有用功为 p1，效率为，总功为 p 总。电机的扭矩为 Me。121231112=r 4+Mv=n954/minkwtvNpmvvmvpkwMer (max)有 有总总 m 2由此确定电机的扭矩，以选择电机的驱动轴。1. 溢满自动启动装置：当槽内筷子高度到达一定时，触碰压力传感器，压力传感器发送信号到单片机，由单片机控制电机传送带的启动。2. 特殊筛子筛选装置：该装置分为底部和支架两部分，该筛子底部由 N 个特 10 / 16殊排列的圆柱杆构成，由对心曲柄滑块带动筛子沿筛子支架的滑槽进行往复运动，把落下的筷子推到筛子支架前后两端，通过支架的前后挡板阻挡而达到使筷子沿筛子的空隙水平落下的目的。3.1.2 运动学分析模型筛子的往返运动采用偏心曲柄滑块结构来实现。利用反转法计算曲柄滑块的数据。曲柄长度为 a，连杆长度为 b，偏心距为 e，行程速度比为k，极位夹角为 。 的长度为 ， 与机架 M（与曲12cl2c 11 / 16柄相连）在 的投影上点的距离为 x。12c由于空间问题，设计纵向运动范围（a+e）最小。 min() a =ee =a 求 ， 取 近 似 极 限 ， 令 ；将 带 入 ， 得 ：a=e=57，b=135，a+e=57+57=114 ；2222min180301(ab)(a)()bacoscos30(ba)()()kklxeleae 求3. 带棱皮带:传送带上有很多突起的两边对称水平的小棱，该传送 12 / 16带在安装时与水平方向有一定夹角，能够使少量不太水平的筷子在行进中因受重力的分力打滑而趋向于水平，进一步提高了准确率。4. 分拣筷子长度可调：通过旋转机身两侧的旋钮使两个挡板二之间的距离增大或减小，实现对不同长度筷子的分拣。5. 自动分拣箱：筷子经过重力分拣设施后，可以沿着有特别弧度的曲面以大头向外的方向整齐地进入筷子收纳箱。 13 / 16产品性能和特点新型筷子分拣机是集自动分拣、整理装箱为一体的分拣筷子机器。它融机械原理、电动原理、传感器技术、自动控制技术等多方面的技术于一身。能够快速准确的使散乱的筷子变为方向一致的整齐筷子。此装置还可根据筷子的实际长度调节尺寸，可以适应市面上的大多数筷子。该产品结构性能稳定，设计合理，应用面广泛，节省人力，时间，生产成本较低。值得大力推广。零件材料的选取模型采用亚克力板、板及 PBC 管。实物采用主体采用：不锈钢机架，铁皮外壳。部分零件采用标准件：1轴承型号 ISO 49102传送带一型号 按照需求设定，裁剪； 14 / 16产品保养与维修定期选用机油对机构进行润滑。定时用清洁剂清洗传送带；其他事项工作条件：使用年限 10 年，载荷平稳，环境清洁。a=e=57b=135 15 / 16 16 / 16