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設(shè)計(jì)要求
1）確定工作流程，完成落料—投料—間歇—投料一系列動(dòng)作；
2）對(duì)魚(yú)塘定時(shí)自動(dòng)投料機(jī)個(gè)組成部分（儲(chǔ)能裝置、投料裝置）設(shè)計(jì)；
3)PLC控制定時(shí)投料
3）輔助設(shè)計(jì)：采用Pro/E對(duì)完成了設(shè)計(jì)的建模與仿真，用AutoCAD完成了設(shè)計(jì)的二維。
方案。1、曲柄滑塊投料
2、圓筒離心
3葉輪離心
采用葉輪
魚(yú)飼投料機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
我國(guó)是世界上第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó),隨著各地養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，采用機(jī)械代替人工投飼已被普遍認(rèn)可。水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)戶在喂養(yǎng)魚(yú)飼料時(shí)，大多數(shù)采用人工拋料的方法。投喂機(jī)械化程度低, 隨著人工成本增高，成為制約我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的環(huán)節(jié)之一。
基于以上原因，本文設(shè)計(jì)了魚(yú)塘養(yǎng)殖自動(dòng)投飼料機(jī)。本文首先分析了魚(yú)塘投飼機(jī)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，介紹了現(xiàn)有主流投飼機(jī)。接著根據(jù)現(xiàn)有投飼機(jī)的特點(diǎn)及要求，擬定了兩種可行投飼機(jī)方案，為滿足間歇性投飼要求，選擇了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作為送料機(jī)構(gòu)的方案。接著對(duì)投飼機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并繪出裝配圖及零件圖。
最后對(duì)投飼機(jī)進(jìn)行零件三維建模及虛擬裝配，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性及干涉。最后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，所設(shè)計(jì)的投飼機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修使用方便。
關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖，投飼機(jī)，曲柄搖桿，料斗
ABSTRACT
China is the world's first aquaculture country, along with the rest of the breeding scale unceasing expansion, the use of machinery instead of manual feeding has been generally recognized. Specialized households aquaculture fish feed in the feeding, most of the artificial material throwing method. Feeding of low degree of mechanization, as labour costs increased, becomes one of the restricting the development of aquaculture in our country link.
Based on the above reasons, this paper designed the aquiculture automatic feeding machine. This paper analyzed the domestic and international situation and development trend of fish feeding machine, introduced the current mainstream of feeding machine. Then according to the characteristics and requirement of the existing feeding machine, designed two kinds of feasible feeding machine, in order to meet the requirements of intermittent feeding, the crank rocker mechanism as the feeding mechanism scheme. Then the detailed design of the feeding machine, and draw the assembly drawing and part drawing.
Finally, the 3D modeling of parts and virtual assembly of the feeding machine, verify the rationality of the design and interference. Finally, the motion simulation of feeding machine, the design of simple structure, convenient repair and use.
Keywords: aquaculture, feeding machine, crank rocker, hopper
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
目 錄 III
第一章 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2 漁塘投飼機(jī)分類 1
1.2.1 漁業(yè)用投飼機(jī)的分類 1
1.2.1 從投飼物性狀分 1
1.2.2 從應(yīng)用動(dòng)力分 1
1.2.3 從應(yīng)用范圍分 1
1.3 漁塘投飼機(jī)應(yīng)用 2
1.4 漁塘投飼機(jī)組成 3
第二章 總體方案設(shè)計(jì) 4
2.1 總體方案選擇 4
第三章 傳動(dòng)計(jì)算 6
3.1電機(jī)選擇 6
3.2 減速傳動(dòng)方案擬定 8
3.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算 9
3.4齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 9
第四章 詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.1 拋料盤(pán)的計(jì)算 15
4.1.1 拋料盤(pán)的轉(zhuǎn)速n 15
4.1.2拋料盤(pán)功率P計(jì)算 16
4.1.3 拋料盤(pán)盤(pán)配套電機(jī)的選擇 16
4.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 16
4.2.1 平面連桿機(jī)構(gòu)的定義 16
4.2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用 17
4.2.3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 19
4.2.4四連桿機(jī)構(gòu)求解方法 19
4.2.5 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù) 21
4.3機(jī)架設(shè)計(jì) 21
4.4 料斗設(shè)計(jì) 24
4.5 頁(yè)輪設(shè)計(jì) 24
第五章 控制器設(shè)計(jì) 26
5.1輸入部分 26
5.2 過(guò)零檢測(cè)電路 27
5.3 輸送減速電機(jī)控制 28
5.4 投飼電機(jī)控制 28
第六章 ProE三維建模與仿真 29
6.1 零件建模 29
6.1.1曲柄建模 29
6.1.2機(jī)架創(chuàng)建 30
6.1.3 料斗創(chuàng)建 31
6.2 虛擬裝配 31
6.3 Pro/E動(dòng)畫(huà)仿真 32
總結(jié) 36
參考文獻(xiàn) 37
致 謝 38
5
第一章 緒論
1.1 課題背景
我國(guó)是世界上第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó), 1993 年養(yǎng)殖水面達(dá)474. 7 萬(wàn)公頃, 養(yǎng)殖總產(chǎn)達(dá)957 萬(wàn)噸。除投喂鮮活飼料和某些魚(yú)類的特種飼料外, 人工投喂顆粒飼料是我國(guó)養(yǎng)殖生產(chǎn)中的主要喂養(yǎng)方式。
盡管人工投喂在小面積試驗(yàn)田可以取得很好的效果, 但作為大面積精養(yǎng)措施,受人的體能、情緒以及環(huán)境、氣候條件的影響很大。投喂機(jī)械化程度低, 成為制約我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的環(huán)節(jié)之一。近年來(lái), 人工費(fèi)用的上漲, 更出現(xiàn)了對(duì)投喂機(jī)械化的迫切要求。
水產(chǎn)養(yǎng)殖機(jī)械化投喂效益好, 可較人工投喂節(jié)省飼料10% ～15%, 平均單產(chǎn)可增加10%～15%, 節(jié)省勞力且降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。
據(jù)估計(jì), 投飼機(jī)全國(guó)年使用臺(tái)數(shù)約5000臺(tái), 使用面積不足3000hm2。預(yù)計(jì)投飼機(jī)將是繼增氧機(jī)、水力挖塘機(jī)、顆粒飼料機(jī)之后又一量大面廣、有顯著增產(chǎn)增收效果的水產(chǎn)養(yǎng)殖機(jī)械。
魚(yú)飼投料機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
我國(guó)是世界上第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó),隨著各地養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，采用機(jī)械代替人工投飼已被普遍認(rèn)可。水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)戶在喂養(yǎng)魚(yú)飼料時(shí)，大多數(shù)采用人工拋料的方法。投喂機(jī)械化程度低, 隨著人工成本增高，成為制約我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的環(huán)節(jié)之一。
基于以上原因，本文設(shè)計(jì)了魚(yú)塘養(yǎng)殖自動(dòng)投飼料機(jī)。本文首先分析了魚(yú)塘投飼機(jī)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，介紹了現(xiàn)有主流投飼機(jī)。接著根據(jù)現(xiàn)有投飼機(jī)的特點(diǎn)及要求，擬定了兩種可行投飼機(jī)方案，為滿足間歇性投飼要求，選擇了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作為送料機(jī)構(gòu)的方案。接著對(duì)投飼機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并繪出裝配圖及零件圖。
最后對(duì)投飼機(jī)進(jìn)行零件三維建模及虛擬裝配，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性及干涉。最后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，所設(shè)計(jì)的投飼機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修使用方便。
關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖，投飼機(jī)，曲柄搖桿，料斗
ABSTRACT
China is the world's first aquaculture country, along with the rest of the breeding scale unceasing expansion, the use of machinery instead of manual feeding has been generally recognized. Specialized households aquaculture fish feed in the feeding, most of the artificial material throwing method. Feeding of low degree of mechanization, as labour costs increased, becomes one of the restricting the development of aquaculture in our country link.
Based on the above reasons, this paper designed the aquiculture automatic feeding machine. This paper analyzed the domestic and international situation and development trend of fish feeding machine, introduced the current mainstream of feeding machine. Then according to the characteristics and requirement of the existing feeding machine, designed two kinds of feasible feeding machine, in order to meet the requirements of intermittent feeding, the crank rocker mechanism as the feeding mechanism scheme. Then the detailed design of the feeding machine, and draw the assembly drawing and part drawing.
Finally, the 3D modeling of parts and virtual assembly of the feeding machine, verify the rationality of the design and interference. Finally, the motion simulation of feeding machine, the design of simple structure, convenient repair and use.
Keywords: aquaculture, feeding machine, crank rocker, hopper
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
目 錄 III
第一章 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2 漁塘投飼機(jī)分類 1
1.2.1 漁業(yè)用投飼機(jī)的分類 1
1.2.1 從投飼物性狀分 1
1.2.2 從應(yīng)用動(dòng)力分 1
1.2.3 從應(yīng)用范圍分 1
1.3 漁塘投飼機(jī)應(yīng)用 2
1.4 漁塘投飼機(jī)組成 2
第二章 總體方案設(shè)計(jì) 4
2.1 總體方案選擇 4
第三章 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
3.1平面連桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)理論 6
3.1.1 平面連桿機(jī)構(gòu)的定義 6
3.1.2 平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) 6
3.1.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式 6
3.1.4 平面四桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用 7
3.1.5 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化 10
擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副，使轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副 10
3.2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 11
3.2.1四連桿機(jī)構(gòu)求解方法 11
3.2.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù) 12
第四章 詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
4.1 減速電機(jī)選擇 14
4.1.1電動(dòng)機(jī)選擇的方法 14
4.2 拋料盤(pán)的計(jì)算 16
4.2.1 拋料盤(pán)的轉(zhuǎn)速n 16
4.2.2拋料盤(pán)功率P計(jì)算 17
4.2.3 拋料盤(pán)盤(pán)配套電機(jī)的選擇 17
4.3機(jī)架設(shè)計(jì) 18
4.3.1機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 18
4.4 料斗設(shè)計(jì) 20
第五章 控制器設(shè)計(jì) 21
5.1輸入部分 21
5.2 過(guò)零檢測(cè)電路 22
5.3 輸送減速電機(jī)控制 22
5.4 投飼電機(jī)控制 23
第六章 ProE三維建模與仿真 24
6.1 Pro/E軟件簡(jiǎn)介 24
6.2 零件建模 26
6.2.1曲柄建模 26
6.2.2機(jī)架創(chuàng)建 28
6.3 虛擬裝配 32
5.3 Pro/E動(dòng)畫(huà)仿真 37
總結(jié) 40
參考文獻(xiàn) 41
致 謝 42
42
第一章 緒論
1.1 課題背景
我國(guó)是世界上第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó), 1993 年養(yǎng)殖水面達(dá)474. 7 萬(wàn)公頃, 養(yǎng)殖總產(chǎn)達(dá)957 萬(wàn)噸。除投喂鮮活飼料和某些魚(yú)類的特種飼料外, 人工投喂顆粒飼料是我國(guó)養(yǎng)殖生產(chǎn)中的主要喂養(yǎng)方式。
盡管人工投喂在小面積試驗(yàn)田可以取得很好的效果, 但作為大面積精養(yǎng)措施,受人的體能、情緒以及環(huán)境、氣候條件的影響很大。投喂機(jī)械化程度低, 成為制約我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的環(huán)節(jié)之一。近年來(lái), 人工費(fèi)用的上漲, 更出現(xiàn)了對(duì)投喂機(jī)械化的迫切要求。
水產(chǎn)養(yǎng)殖機(jī)械化投喂效益好, 可較人工投喂節(jié)省飼料10% ～15%, 平均單產(chǎn)可增加10%～15%, 節(jié)省勞力且降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。
據(jù)估計(jì), 投飼機(jī)全國(guó)年使用臺(tái)數(shù)約5000臺(tái), 使用面積不足3000hm2。預(yù)計(jì)投飼機(jī)將是繼增氧機(jī)、水力挖塘機(jī)、顆粒飼料機(jī)之后又一量大面廣、有顯著增產(chǎn)增收效果的水產(chǎn)養(yǎng)殖機(jī)械。
1.2 漁塘投飼機(jī)分類
1.2.1 漁業(yè)用投飼機(jī)的分類
從宏觀上, 漁業(yè)用投飼機(jī)有以下幾種分類方法。
1.2.1 從投飼物性狀分
顆粒飼料投飼機(jī)——目前已較成熟。
特種飼料投飼機(jī)——如投喂鮮活飼料、非粘滯性液體飼料, 僅見(jiàn)個(gè)別樣機(jī)。
1.2.2 從應(yīng)用動(dòng)力分
電力——這是最基本的。
太陽(yáng)能——適于架線不方便的地區(qū), 如網(wǎng)箱養(yǎng)殖、海洋牧場(chǎng)。
柴( 汽) 油機(jī)——適用移動(dòng)投飼, 尤以船用投飼居多。
水力、風(fēng)力——尚未見(jiàn)報(bào)道。
1.2.3 從應(yīng)用范圍分
池塘養(yǎng)殖投飼機(jī)——每臺(tái)負(fù)擔(dān)0. 6hm2 水面。
網(wǎng)箱投飼機(jī)——每箱( 約5 m×5 m) 一臺(tái)。
工廠化養(yǎng)殖投飼機(jī)——每池( 約8m×3m) 一臺(tái)。
大水面( 如蝦池、水庫(kù)、海洋牧場(chǎng)) 投飼機(jī)——尚處于探索階段。
網(wǎng)箱和工廠化養(yǎng)殖用投飼機(jī), 由于水面較小, 飼料投距1 m～2 m 即可, 常較池塘投飼機(jī)簡(jiǎn)單。本文以下僅述及池塘養(yǎng)殖用顆粒飼料投飼機(jī)。
1.3 漁塘投飼機(jī)應(yīng)用
a 投餌機(jī)的選擇：
（1）要根據(jù)養(yǎng)殖方式來(lái)選擇哪種投餌機(jī)；
（2）要根據(jù)自己的經(jīng)濟(jì)條件來(lái)選擇投餌機(jī)的功能，在條件允許的情況下盡可能選擇功能全的投餌機(jī)；
（3）如果選擇池塘使用的投餌機(jī)，還要根據(jù)池塘面積和魚(yú)產(chǎn)量進(jìn)行取舍，并不是投餌機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高越好、投餌的距離越遠(yuǎn)越好、面積越大越好。比如：在3-5畝的池塘中，畝產(chǎn)1500千克左右，投餌機(jī)的投餌距離最好在5-8米左右，如果投餌機(jī)的投餌距離過(guò)遠(yuǎn)、面積過(guò)大，就會(huì)造成飼料浪費(fèi)。在投喂過(guò)程中，還要及時(shí)根據(jù)魚(yú)的攝食量來(lái)調(diào)整投食量，減少飼料的損失；
（4）在選用網(wǎng)箱投餌機(jī)時(shí)要考慮網(wǎng)箱的大小，網(wǎng)箱布置的密度以及網(wǎng)箱載魚(yú)量等因素。
b 投餌機(jī)的使用：自動(dòng)投餌機(jī)因省時(shí)省力，又能減輕勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，所以備受漁工青睞，但投餌機(jī)的使用還需正確的方法，以免得不償失。
（1）在安裝和使用投餌機(jī)之前，要仔細(xì)閱讀投餌機(jī)的使用說(shuō)明書(shū)，弄清楚或向經(jīng)銷商了解清楚投餌機(jī)的使用電壓、接線方法和注意事項(xiàng)；
（2）無(wú)論在使用哪一種投餌機(jī)時(shí)都與水面較接近，因此一定要經(jīng)常進(jìn)行巡查，檢查是否漏電和放電，
（3）在生產(chǎn)管理過(guò)程中，要注意觀察天氣、水溫、水色和魚(yú)吃食的情況變化，并根據(jù)這些變化及時(shí)調(diào)整投餌機(jī)的位置。以保證魚(yú)既得到充分的飼料又不造成飼料的浪費(fèi)；
（4）如果遇到投餌機(jī)發(fā)生故障，應(yīng)及時(shí)與廠家或經(jīng)銷商聯(lián)系，切勿自行拆卸，以免發(fā)生危險(xiǎn)或使故障擴(kuò)大。
1.4 漁塘投飼機(jī)組成
為了完成撒布顆粒飼料的功能, 應(yīng)包含容料、分料、拋撒、控制等幾個(gè)分功能。
(1) 料箱
供容納飼料。內(nèi)壁應(yīng)平整光滑, 箱壁傾角大于飼料自然休止角。應(yīng)注意外觀美感,爭(zhēng)取采用塑料外殼或沖壓件。
(2) 分料器
按規(guī)定投喂量, 連續(xù)或間歇由料箱中撥分飼料。
其中有些存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜( 如槽輪) 、卡料、能耗大( 如負(fù)壓) 、下料不夠精確( 如開(kāi)口薄盤(pán)) 等缺點(diǎn)。所有結(jié)構(gòu)中, 以電磁鐵諧振或偏心電機(jī)振動(dòng)送料為好: 分料精確, 開(kāi)放結(jié)構(gòu)不碎料, 能耗低(1W～2 W),且可防止料箱中飼料架空。
(3) 拋料器
將飼料定向( 或周向) 均勻地拋撒至投飼區(qū)內(nèi)。其結(jié)構(gòu)有:
——水平旋轉(zhuǎn)葉輪( 專利2, 3, 9, 12, 14, 17 等)
——垂直旋轉(zhuǎn)拋料輪( 專利27, 34)
——帶式揚(yáng)場(chǎng)機(jī)
——鼓風(fēng)機(jī)氣流送料( 專利25, 27)
——水泵高壓水帶料( 專利31)
水平旋轉(zhuǎn)葉輪功耗較低(約20W),拋撒面較大, 破碎率較低( 不像垂直旋轉(zhuǎn)葉輪飼料觸及外殼) 。葉片多后傾, 形狀可取為直線、漸開(kāi)線、弧線等。
(4) 控制器
一般由拋撒器控制回路和分料器控制回路構(gòu)成, 而由定時(shí)器控制總通斷時(shí)間, 或采用時(shí)鐘線路或單片( 板) 機(jī)使之24h自動(dòng)工作。
第二章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 總體方案選擇
方案一：
方案一如下圖2-1所示，投飼機(jī)由機(jī)架，曲柄、連桿、搖桿、復(fù)位彈簧、料斗、拋料器、頁(yè)輪、拋料電機(jī)組成。曲柄旋轉(zhuǎn)，則搖桿上下擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一開(kāi)一合，從而使魚(yú)飼間歇性落入拋料器中，由拋料器將飼料甩出。當(dāng)曲柄停止工作時(shí)，遙桿會(huì)在復(fù)位彈簧的作用下，將料斗口封住。
方案二：
方案一如下圖2-2所示，投飼機(jī)由機(jī)架，螺桿、料斗、拋料器、頁(yè)輪、拋料電機(jī)組成。當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，則魚(yú)飼被螺桿從料斗中擠出，落入拋料器中，由拋料器將飼料甩出。當(dāng)螺桿停止工作時(shí)，料被堵住。
比較方案一和方案二，方案一的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)，生產(chǎn)成本較低，能間歇性控制落料。缺點(diǎn)是不適合做大型拋飼機(jī)，對(duì)復(fù)位彈簧的耐久性要求比較高。
方案二的優(yōu)點(diǎn)是：送料速度可通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)螺旋攪龍的微型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢來(lái)實(shí)現(xiàn)；因飼料料斗出口和拋料裝置的入料口之間有一個(gè)橫向送料機(jī)構(gòu)，因此飼料料斗口的位置不受拋料裝置的入料口位置的局限，可以設(shè)計(jì)在中心的位置，這樣可以獲取較大的斗倉(cāng)容積，節(jié)省材料和便于制作。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高，電子控制裝置復(fù)雜，易損壞；在輸送過(guò)程中旋轉(zhuǎn)的攪龍不斷推動(dòng)飼料,飼料間互相擠壓，造成飼料破碎，細(xì)碎的飼料在水中容易溶解，造成污染水質(zhì)，浪費(fèi)飼料。
綜合比較方案一與方案二，根據(jù)題目要求，需要間歇性控制魚(yú)飼機(jī)拋料，因此，決定采用方案一。
第三章 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1平面連桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)理論
3.1.1 平面連桿機(jī)構(gòu)的定義
平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副）連接組成的平面機(jī)構(gòu)，又稱平面低副機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的 運(yùn)動(dòng)形式多樣，可以實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡；低副以圓柱面或平面相接觸，承載能力高，耐磨損，制造簡(jiǎn)便，易于獲得較高的制造精度。因此，平面連桿機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械、儀器中獲得了廣泛的應(yīng)用。
平面連桿機(jī)構(gòu)是由一些剛性構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副相互聯(lián)接而組成的在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。使用平面連桿機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)一些較為復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)。因此，平面連桿機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最早也是應(yīng)用很廣泛的機(jī)構(gòu)。在各種原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)和操作裝置中，特別是在紡織機(jī)、印刷機(jī)等各種輕工業(yè)機(jī)械中，都采用了不同的平面連桿機(jī)構(gòu)。
平面連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件形狀是多種多樣的，但大多為桿狀的，最常用的是四根桿，也就是四個(gè)構(gòu)件組成的平面四桿機(jī)構(gòu)，它的各構(gòu)件互相作平面的相對(duì)移動(dòng)。
3.1.2 平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)
平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械和儀表中，其主要優(yōu)點(diǎn)有：
(1) 平面連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副都是低副，組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件之間為面接觸，因而承受的壓強(qiáng)小，便于潤(rùn)滑，磨損較輕，可以承受較大的載荷；
(2) 構(gòu)件形狀簡(jiǎn)單，加工方便，構(gòu)件之間的接觸是由構(gòu)件本身的幾何約束來(lái)保持的，所以構(gòu)件工作可靠；
(3) 在原動(dòng)件等速連續(xù)運(yùn)動(dòng)的條件下，當(dāng)各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度不同時(shí)，可使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)多種形式的運(yùn)動(dòng)，滿足多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求；
(4) 利用平面連桿機(jī)構(gòu)中的連桿可滿足多種運(yùn)動(dòng)軌跡的要求。
平面連桿機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)有：
(1) 根據(jù)從動(dòng)件所需要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或軌跡來(lái)設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，而且精度不高；
(2) 連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力難以平衡，所以不適用于高速的場(chǎng)合。
3.1.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式
在平面連桿機(jī)構(gòu)中，廣泛應(yīng)用四桿機(jī)構(gòu)，只有在實(shí)現(xiàn)某些特殊要求時(shí)才用多桿機(jī)構(gòu)，大多數(shù)多桿機(jī)構(gòu)均可由四桿機(jī)構(gòu)演化而成。因此四桿機(jī)構(gòu)是平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式。
最基本的四桿機(jī)構(gòu)是具有四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，如圖所示為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式。
圖3-1
它由四根桿狀的構(gòu)件，分別用鉸鏈聯(lián)接而成。桿4是固定不動(dòng)的，稱為機(jī)架。不與機(jī)架直接聯(lián)接的桿2，稱為連桿。桿1和桿3稱為連架桿。
如果桿1或桿3能繞鉸鏈A或D作整周的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，則桿1或桿3被稱為曲柄，如果不能做旋轉(zhuǎn)，而只能來(lái)回?cái)[動(dòng)一個(gè)角度，則此桿被稱為搖桿。
由于四桿機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)連架桿，可以有一個(gè)是曲柄，而另一個(gè)是搖桿；也可以兩個(gè)都是曲柄或都是搖桿，因此四桿機(jī)構(gòu)按照連架桿中是否有曲柄存在，會(huì)出現(xiàn)以下三種基本形式：
（1） 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)——在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿中的一個(gè)桿為曲柄，另一個(gè)為搖桿，則稱之為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。
（2） 雙曲柄機(jī)構(gòu)——在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿均為曲柄，則稱之為雙曲柄機(jī)構(gòu)。當(dāng)兩曲柄的長(zhǎng)度相等且平行時(shí)，稱為平行雙曲柄機(jī)構(gòu)。若雙曲柄機(jī)構(gòu)的對(duì)邊桿長(zhǎng)都相等，但互不平行，則稱為反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。
（3） 雙搖桿機(jī)構(gòu)——在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿均為搖桿，則稱之為雙搖桿機(jī)構(gòu)。
3.1.4 平面四桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用
（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)
圖3-2
曲柄搖桿機(jī)構(gòu)能將主動(dòng)件的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成搖桿的往返擺動(dòng)同，也可以使搖桿的擺動(dòng)轉(zhuǎn)換為整周的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在工程機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛，如在牛頭刨床、剪刀機(jī)、破碎機(jī)、攪拌機(jī)、雷達(dá)設(shè)備等方面都得到應(yīng)用，且可連續(xù)地工作。
（2） 不等雙曲柄機(jī)構(gòu)
圖3-3
當(dāng)主動(dòng)曲柄AB轉(zhuǎn)過(guò)180°時(shí)，從動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)過(guò)φ1角度，AB再轉(zhuǎn)180°時(shí)，CD轉(zhuǎn)過(guò)φ2角。很明顯φ1>φ2，所以當(dāng)主動(dòng)曲柄作等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄作變速運(yùn)動(dòng)。利用這一特點(diǎn)，可以做成慣性篩，使篩子作變速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
（3） 平行雙曲柄機(jī)構(gòu)
圖3-4
兩曲柄的長(zhǎng)度相等且平行，四桿組成平行四邊形，因此兩曲柄轉(zhuǎn)向一致，且轉(zhuǎn)速相等。由于主動(dòng)曲柄AB轉(zhuǎn)動(dòng)一周，從動(dòng)曲柄CD將會(huì)出現(xiàn)兩次與連桿BC共線位置，這樣會(huì)造成從動(dòng)曲柄CD轉(zhuǎn)向不確定現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^(guò)增大慣性進(jìn)行導(dǎo)向。這種機(jī)構(gòu)在機(jī)車上應(yīng)用較多。
圖3-5
（4） 反向雙曲柄機(jī)構(gòu)
雙邊桿相等，但不平行，兩曲柄的轉(zhuǎn)向相反，且角速度不相等。這一特點(diǎn)，可以應(yīng)用到需要作反相運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置上去。例如，雙扇門(mén)的啟閉裝置使用該機(jī)構(gòu)，就可保證兩扇門(mén)能同時(shí)關(guān)閉和開(kāi)啟。
（5） 雙搖桿機(jī)構(gòu)
圖3-6
兩搖桿的擺動(dòng)最大角度發(fā)生在：
a、連桿與搖桿已拉成一條直線
b、搖桿與連桿已重疊成一條直線
上述極限位置之間的夾角為搖桿擺動(dòng)的最大角度，如、。一般情況下，這種擺角不等的特點(diǎn)能滿足汽車、拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的需要。
3.1.5 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化
一般生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用著各種四桿機(jī)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)雖然具有不同的外形和構(gòu)造，但都具有相同的運(yùn)動(dòng)特性，或一定的內(nèi)在聯(lián)系，并且都可看作是從鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而來(lái)的。揭示各種平面四桿機(jī)構(gòu)間的內(nèi)在聯(lián)系，可為其分析和設(shè)計(jì)提供很大的方便。
擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副，使轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副
圖3-1a所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，桿1為曲柄，桿3為搖桿，現(xiàn)把桿4作成環(huán)形槽，槽的中心在D點(diǎn)，而把桿3作成弧形滑塊，與環(huán)形槽相配合，如圖3-7b
所示。由于桿3僅在環(huán)形槽的一部分中運(yùn)動(dòng)，因此可將環(huán)形槽的多余部分除去，如圖3-7c所示。圖2-7a、b、c所示的機(jī)構(gòu)中，盡管轉(zhuǎn)動(dòng)副D的形狀發(fā)生了變化，但其相對(duì)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)卻完全相同。如果再將環(huán)形槽的半徑增加到無(wú)窮大，轉(zhuǎn)動(dòng)副D的中心移到無(wú)窮遠(yuǎn)處，則環(huán)形槽變成了直槽，而轉(zhuǎn)動(dòng)副變成了移動(dòng)副（圖3-7d），機(jī)構(gòu)演化成偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。圖中e為曲柄中心A至直槽中心線的垂直距離，稱為偏距。當(dāng)e≠0時(shí)，稱為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；當(dāng)e=0時(shí)，稱為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（圖3-8a）。因此可以認(rèn)為，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是從曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化來(lái)的。
同樣將轉(zhuǎn)動(dòng)副C的半徑擴(kuò)大，使其超過(guò)桿2的長(zhǎng)度，將桿2改成滑塊在環(huán)形槽3內(nèi)繞C點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)（圖3-8b），此時(shí)各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)都沒(méi)有發(fā)生變化。將轉(zhuǎn)動(dòng)副C的中心移到無(wú)窮遠(yuǎn)處，環(huán)形槽變成直槽，得到了移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（圖3-8c）。若將圖3-8a中對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)副B的半徑擴(kuò)大，使之超過(guò)桿1的長(zhǎng)度，桿1變成了圓盤(pán)1，則對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化成偏心輪機(jī)構(gòu)（圖3-8d）。
圖3-7曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化
圖3-8曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化
如圖3-9所示，若曲柄AB為主動(dòng)件，作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則滑塊C作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。反之，若滑塊C為主動(dòng)件作直線運(yùn)動(dòng)，則曲柄AB則作連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械中應(yīng)用很廣泛。
圖3-9 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
3.2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.2.1四連桿機(jī)構(gòu)求解方法
當(dāng)曲柄L1的旋轉(zhuǎn)角度α〈180度時(shí)，如圖3-10所示。將A點(diǎn)C點(diǎn)聯(lián)結(jié)，作為一條輔助線，利用三角形OAC可求出輔助線長(zhǎng)度L0，然后利用三角函數(shù)關(guān)系可求出角度β1，β2，?1，?2,φ
圖3-10 曲柄連桿機(jī)構(gòu)求解圖一
L02=L12+L42-2L1L4cosα
L0=√L12+L42-2L1L4cosα
由△OAC可知：
L12=L02+L42-2L0L4cos?1
?1=cos-1（（L02+L42-L12）÷（2L0L4））
同理
?2=cos-1（（L02+L32-L22）÷（2L0L3））
β1=cos-1（（L02+L12-L42）÷（2L0L1））
β2=cos-1（（L02+L22-L32）÷（2L0L2））
φ=cos-1（（L22+L32-L02）÷（2L2L3））
由圖可知
β=β1 +β2
?=?1 +?2
當(dāng)曲柄L1的旋轉(zhuǎn)角度ang1〉180度時(shí)，如圖2所示。
β=β1 -β2
?=?1 -?2
圖3-11 曲柄連桿機(jī)構(gòu)求解圖二
3.2.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)
通過(guò)計(jì)算及作圖確定曲柄連桿尺寸參數(shù)如下：
L1=31mm
L2=150mm
L3=120mm
L4=189.5mm
擺角?2=30O
圖3-12 曲柄連桿參數(shù)
第四章 詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 減速電機(jī)選擇
4.1.1電動(dòng)機(jī)選擇的方法
選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，除了正確的選擇功率外，還要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求及工作環(huán)境等，正確的選擇電動(dòng)機(jī)的種類、型式、電壓和轉(zhuǎn)速。
A 電動(dòng)機(jī)種類的選擇：
電動(dòng)機(jī)的種類分為直流和交流電動(dòng)機(jī)兩大類。直流電動(dòng)機(jī)又分為他勵(lì)、并勵(lì)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)等。交流電動(dòng)機(jī)又分為籠型、繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)及同步電動(dòng)機(jī)等。電動(dòng)機(jī)種類的選擇主要是從生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)性能的要求來(lái)考慮，例如，對(duì)于調(diào)速范圍、調(diào)速精度、調(diào)速平滑性、低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等性能來(lái)考慮。
凡是不需要調(diào)速的拖動(dòng)系統(tǒng)，總是考慮采用交流拖動(dòng)，特別是采用籠型異步電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期工作、不需要調(diào)速、且容量相當(dāng)大的生產(chǎn)機(jī)械，如空氣壓縮機(jī)、球磨機(jī)等，往往采用同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，因?yàn)樗芨纳齐娋W(wǎng)的功率因數(shù)。
如果拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速范圍不廣，調(diào)速級(jí)數(shù)少，且不需要在低速下長(zhǎng)期工作，可以考慮采用交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)或變級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)。因?yàn)槟壳皯?yīng)用的交流調(diào)速范圍拖動(dòng)，大部分由于低速運(yùn)行時(shí)能量損耗大，鼓一般均不宜在低速下長(zhǎng)期運(yùn)行。
對(duì)于調(diào)速范圍寬、調(diào)速平滑性要求較高的場(chǎng)合，通常采用支流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，或者采用近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。
B電動(dòng)機(jī)型式的選擇：
各種生產(chǎn)機(jī)械的工作環(huán)境差異很大，電動(dòng)機(jī)與工作機(jī)械也有各種不同的連接方式，所以應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的生產(chǎn)機(jī)械類型、工作環(huán)境等特點(diǎn)，來(lái)確定電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式，如直立式、臥式、開(kāi)啟式、封閉式、防滴式、防暴式等各種型式。
C 電動(dòng)機(jī)容量的選擇：
（1）等效電流法
等效電流法的基本的基本思想是用一個(gè)不變的電流Icq來(lái)等效實(shí)際上變化的負(fù)載帶暖流，要求在同一個(gè)周期內(nèi)，等效電流Icq與實(shí)際變化的負(fù)載電流所產(chǎn)生的損耗等。假定電動(dòng)機(jī)的鐵損耗與繞組電阻不變，損耗只與電流的平方成正比，由此可得等效電流為
Icq = I12t1+I22t2+…+In2tn
t1+t2+…+tn
式中，tn為對(duì)應(yīng)負(fù)載電流In時(shí)的工作時(shí)間。求出Icq后，則選用電動(dòng)機(jī)的額定電流In應(yīng)大雨或等于Icq。采用等效電流法時(shí)，必須先求出用電流表示的負(fù)載圖。
（2） 等效轉(zhuǎn)矩法
如果電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)矩與電流成正比（如他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁保持不變，異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和氣隙磁通保持不變時(shí)），則式（9.3.1）可以改寫(xiě)成等效轉(zhuǎn)矩公式。
Teq= T12t1+T22t2+…+Tn2tn
t1+t2+…+tn
此時(shí)，選用電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩T應(yīng)大于或等于T，當(dāng)然，這時(shí)應(yīng)先求出用轉(zhuǎn)矩表示的負(fù)載。
（3）等效功率法
如果電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)速保持不變，則功率與轉(zhuǎn)局成正比，于是由式可得等效功率為
Peq= P12t1+P22t2+…+Pn2tn
t1+t2+…+tn
此時(shí)，選用電動(dòng)機(jī)的功率P大于或等于P即可。
必須注意的是用等效法選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)，要根據(jù)最大負(fù)載來(lái)校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力是否要求，如果過(guò)載能力不能滿足，應(yīng)當(dāng)按過(guò)載能力來(lái)選擇較大容量的電動(dòng)機(jī)。
電動(dòng)機(jī)的選擇要根據(jù)動(dòng)力源和工作條件，首先要滿足的就是所需功率要求。根據(jù)設(shè)計(jì)目的，本電機(jī)主要是帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)搖桿張合，需要克服彈簧力。
按料斗里盛料25KG計(jì)算，對(duì)搖桿造成的壓力為250N，彈簧的拉力為G。
克服彈簧力為400N
需要克服轉(zhuǎn)矩T=4000.031=12.4N.m
因此選用減速電機(jī)59TYD-375-2A，其參數(shù)如下
圖 4-1 減速電機(jī)尺寸參數(shù)
????? ???產(chǎn)品型號(hào)
主要技術(shù)指標(biāo)
59TYD-375-2A
額定電壓???? ???(V)
AC120V、AC220V、
?????????頻????????率????????(Hz)
50/60
?????????轉(zhuǎn)????????速??????(r/min)
1.6
5
12
20
40
104
?????????力????????矩???????(N.m)
68
34
22
10
5
2.5
?????????額定電流????????(mA)
≤55(220V)???????≤100(120V)
?????????功????????率????????(W)
≤53
?????????噪????????聲????????(dB)
≤40
?????????絕緣介電強(qiáng)度
1500V 1min
泄露電流???????(mA)
≤0.25
?????????絕緣電阻?????(mΩ)
500VDC≥100
?????????旋轉(zhuǎn)方向
CW或CCW(順向或逆向靠電機(jī)輸入電源接線來(lái)?yè)Q向)
應(yīng)用范圍
魚(yú)塘投料機(jī)，漁業(yè)投料機(jī)，喂魚(yú)機(jī)，喂養(yǎng)機(jī)
4.2 拋料盤(pán)的計(jì)算
4.2.1 拋料盤(pán)的轉(zhuǎn)速n
取拋料盤(pán)的直徑D=260 ，假設(shè)拋料盤(pán)與水平面平行，對(duì)拋料盤(pán)進(jìn)行分析，可得飼料的運(yùn)動(dòng)軌跡方程為：
由上兩式可推出飼料在空中運(yùn)行時(shí)間：
假設(shè)飼料投放距離為： ，則：
代入數(shù)據(jù)可得：
又因?yàn)椋? ，則：
又因?yàn)椋?
由上可推出拋料盤(pán)的轉(zhuǎn)速為：
4.2.2拋料盤(pán)功率P計(jì)算
已知 ，采用聯(lián)軸器傳動(dòng)，則：
如圖對(duì)拋料盤(pán)進(jìn)行受力分析可得：
圓周力 ，取
則有：
代入數(shù)據(jù)可得：
4.2.3 拋料盤(pán)盤(pán)配套電機(jī)的選擇
由上計(jì)算可選拋料盤(pán)的配套電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為： Y80S-4
電動(dòng)機(jī)的相關(guān)基本數(shù)據(jù)如下：
功率 0.55 效率 70%
功率因數(shù) 0.20 電壓 380V
額定電流 4.5A 轉(zhuǎn)速 750
頻率 50 接線法
4.3機(jī)架設(shè)計(jì)
4.3.1機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
底座、機(jī)架、箱體、基板等零件都屬于機(jī)架零件。
機(jī)架零件可劃分為四大類：即機(jī)座類、機(jī)架類、基板類和箱殼類，對(duì)機(jī)架零件一般可提出下列要求:
(1)工況要求：即任何機(jī)架的設(shè)計(jì)首先必須保證機(jī)器的特定工作要求。例如，保證機(jī)架上安裝的零部件能順利運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運(yùn)動(dòng)件通過(guò)的突起,設(shè)置執(zhí)行某一工況所必需的平臺(tái)；保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。
(2)剛度要求：在必須保證特定的外形條件下，對(duì)機(jī)架的主要要求是剛度。如果基礎(chǔ)部件的剛性不足，則在工作的重力、夾緊力、摩擦力、慣性力和工作載荷等的作用下，就會(huì)產(chǎn)生變形，振動(dòng)或爬行，而影響產(chǎn)品定位精度、加工精度及其它性能。例如機(jī)床的零部件中，床身的剛度則決定了機(jī)床的生產(chǎn)率和加工產(chǎn)品的精度。
(3)強(qiáng)度要求：對(duì)于一般設(shè)備的機(jī)架，剛度達(dá)到要求，同時(shí)也能滿足強(qiáng)度的要求
(4)穩(wěn)定性要求：對(duì)于細(xì)長(zhǎng)的或薄壁的受壓結(jié)構(gòu)及受彎-壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問(wèn)題，某些板殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問(wèn)題或局部失穩(wěn)問(wèn)題。失穩(wěn)對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計(jì)時(shí)必須校核。
(5)美觀：目前對(duì)機(jī)器的要求不僅要能完成特定的工作，還要使外形美觀。
(6)其它：如散熱的要求，防腐蝕及特定環(huán)境的要求。
在滿足機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的前提下，必須根據(jù)機(jī)架的不同用途和所處環(huán)境，考慮下列各項(xiàng)要求，并有所偏重。
(1)機(jī)架的重量輕，材料選擇合適，成本低。
(2)結(jié)構(gòu)合理，便于制造。
(3)結(jié)構(gòu)應(yīng)使機(jī)架上的零部件安裝、調(diào)整、修理和更換都方便。
(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性好，還應(yīng)使機(jī)架本身的內(nèi)應(yīng)力小，由溫度變化引起的變形應(yīng)力小。
(5)抗振性能好。
(6)耐腐蝕，使機(jī)架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少修理。
(7)有導(dǎo)軌的機(jī)架要求機(jī)架導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性良好。
圖4-2 機(jī)架底座
4.4 料斗設(shè)計(jì)
圖4-3 料斗
料斗采用304不銹鋼板材焊接而成，板材厚度為2mm, 料斗角度為60度。
第五章 控制器設(shè)計(jì)
采用MCS－51 系列單片機(jī)89C51作為控制系統(tǒng)控制器。89C51單片機(jī)內(nèi)部有128RAM，4KE2PROM，2 個(gè)16 位定時(shí)器，2 個(gè)外部中斷和多達(dá)32 個(gè)I/O 控制口。魚(yú)用投餌機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖如圖2 所示。其中，輸入部分可設(shè)定魚(yú)用投餌機(jī)的各控制參數(shù)的控制檔位。通過(guò)輸送減速電機(jī)來(lái)控制供餌時(shí)間和停餌時(shí)間，以及控制投餌機(jī)的投餌量和投餌速度；通過(guò)控制投餌電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制投餌距離，過(guò)零檢測(cè)電路為系統(tǒng)提供控制時(shí)鐘和投餌電機(jī)控制的同步信號(hào)。
圖5-1 魚(yú)用投飼機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖
5.1輸入部分
控制系統(tǒng)輸入部分主要設(shè)定供餌時(shí)間、停餌時(shí)間、投餌時(shí)間和投餌距離4 個(gè)參數(shù)。每個(gè)參數(shù)又分為8 個(gè)檔位，形成不同的供料方式，以適應(yīng)魚(yú)在不同時(shí)期的不同需求，達(dá)到既節(jié)省飼料又提高產(chǎn)量的目的。各參數(shù)的控制采用一個(gè)8 位滑動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行檔位選擇，經(jīng)過(guò)74LS148 編碼器編碼后，單片機(jī)通過(guò)直接讀取編碼數(shù)值，得出相應(yīng)控制檔位，從而設(shè)定相應(yīng)控制參數(shù)，電路如圖5-2所示。
圖5-2 輸入部分電路
5.2 過(guò)零檢測(cè)電路
過(guò)零檢測(cè)電路主要是實(shí)現(xiàn)工頻交流電壓的過(guò)零檢測(cè)并在過(guò)零時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，用于系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)和晶閘管導(dǎo)通角控制的同步，電路如圖4 所示。交流電壓經(jīng)過(guò)橋式整流，成為直流脈動(dòng)電壓，輸入運(yùn)算放大器反相輸入端。脈動(dòng)電壓經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓管限幅在4.5V 以下，以保護(hù)運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器同相輸入端由分壓電路輸入一個(gè)可調(diào)比較電壓。當(dāng)脈動(dòng)電壓低于比較電壓時(shí)，運(yùn)算放大器輸出低電平；當(dāng)脈動(dòng)電壓高于比較電壓時(shí)，運(yùn)算放大器輸出高電平。運(yùn)算放大器的輸出接入單片機(jī)的外部中斷0，從而可在交流電過(guò)零時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè)外部中斷。過(guò)零檢測(cè)電路每10ms 產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖引發(fā)外部中斷0，系統(tǒng)以此為計(jì)時(shí)單位。
圖5-3 過(guò)零檢測(cè)電路
5.3 輸送減速電機(jī)控制
輸送減速電機(jī)采用轉(zhuǎn)速為9r/min、功率為20W的220V 交流減速電動(dòng)機(jī)。輸送電機(jī)的控制電路如圖3-4所示。
圖5-4 輸送減速電機(jī)電路
輸送電機(jī)是間歇工作的，其供餌時(shí)間和停餌時(shí)間由相應(yīng)參數(shù)輸入部分的控制檔位加以設(shè)定。輸送電機(jī)工作狀態(tài)決定了投餌量和投餌速度。
5.4 投飼電機(jī)控制
投餌電機(jī)采用功率為120W 的直流電動(dòng)機(jī)，投餌電機(jī)控制電路如圖5-5所示。
圖5-5 投飼電機(jī)控制電路
通過(guò)控制投餌電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制投餌的距離和分散度。交流式電源經(jīng)過(guò)全波整流后直接給直流電動(dòng)機(jī)供電。單片機(jī)依據(jù)過(guò)零檢測(cè)電路發(fā)出的同步中斷信號(hào)，通過(guò)光電耦合器和單向晶閘管來(lái)控制全波整流后電流的導(dǎo)通角，改變投餌電機(jī)兩端的平均電壓，控制投餌電機(jī)的轉(zhuǎn)速。投餌電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串接了一個(gè)0.5Ω/2W 的水泥電阻，在投餌電機(jī)通過(guò)時(shí)提供足夠的電壓，使發(fā)光二極管發(fā)光進(jìn)行過(guò)載報(bào)警。
第六章 ProE三維建模與仿真
6.1 Pro/E軟件簡(jiǎn)介
Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。
Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。
1）Pro/Engineer
Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色，實(shí)體或線框造型，完整工程圖的產(chǎn)生及不同視圖展示（三維造型還可移動(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過(guò)各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽殼（Shells）等，采用這種手段來(lái)建立形體，對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)是更自然，更直觀，無(wú)需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號(hào)式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個(gè)參數(shù)改變，其也相關(guān)的特征也會(huì)自動(dòng)修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機(jī)上或一些支持Postscript格式的彩色打印機(jī)。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來(lái)實(shí)現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用 C語(yǔ)言編程，以增強(qiáng)軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下（沒(méi)有任何附加模塊）具有大部分的設(shè)計(jì)能力，組裝能力（運(yùn)動(dòng)分析、人機(jī)工程分析）和工程制圖能力（不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS標(biāo)準(zhǔn)），并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀（HP，HPGL）和黑白及彩色打印機(jī)的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下：
1．特征驅(qū)動(dòng)（例如：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼等）；
2．參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）；
3．通過(guò)零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
4．支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)（規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM的各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等）。
5．貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性（任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方變動(dòng)）。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 Pro/ENGINEER的基本功能。
2）Pro/E機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真
工程師無(wú)需等待物理原型就能測(cè)試產(chǎn)品的動(dòng)力行為。利用 Pro/ENGINEER 機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真，您可以虛擬地仿真包含運(yùn)動(dòng)元件的系統(tǒng)中的作用力和加速度。而且，您可以綜合考慮諸如彈簧、電動(dòng)機(jī)、摩擦力和重力等動(dòng)力影響，相應(yīng)地調(diào)整產(chǎn)品性能。改善檢驗(yàn)和認(rèn)證過(guò)程并最大程度地提高設(shè)計(jì)信心，而無(wú)需承受制造昂貴原型的負(fù)擔(dān)。
與設(shè)計(jì)和分析工具完全集成，從而無(wú)需再花費(fèi)時(shí)間、精力和金錢來(lái)處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和關(guān)聯(lián)的錯(cuò)誤。
利用Pro/E機(jī)構(gòu)仿真有以下優(yōu)點(diǎn)：
? 可以創(chuàng)建虛擬樣機(jī)在桌面計(jì)算機(jī)中進(jìn)行測(cè)試，從而降低開(kāi)發(fā)成本 模擬賽車懸架所受到的實(shí)際作用力。
? 能夠更快速和更早地將變更反映在產(chǎn)品中，并從桌面計(jì)算機(jī)測(cè)試中即時(shí)獲得結(jié)果。
? 通過(guò)縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間率先向市場(chǎng)推出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。
? 通過(guò)對(duì)產(chǎn)品壽命進(jìn)行更準(zhǔn)確的估計(jì)，從而可降低保修成本。
? 利用具體的動(dòng)畫(huà)式生產(chǎn)指令進(jìn)行裝配，可以避免代價(jià)高昂的制造錯(cuò)誤。
? 通過(guò)利用從虛擬測(cè)試中所節(jié)省的時(shí)間來(lái)評(píng)估更多設(shè)計(jì)構(gòu)思，從而可開(kāi)發(fā)出更新穎的產(chǎn)品。
? 在易于學(xué)習(xí)、直觀明了的用戶界面中工作。
6.2 零件建模
6.2.1曲柄建模
曲柄建模，利用 “拉伸”命令創(chuàng)建出曲柄主體，創(chuàng)建厚度為5mm的圓柱。
圖6-2 曲柄
圖6-3 拉伸圓柱
拉伸出孔
圖6-4拉伸出孔
創(chuàng)建螺釘孔，及創(chuàng)建出銷軸孔
圖6-5 創(chuàng)建螺釘孔及銷軸孔
圖6-6 曲柄零件
6.2.2機(jī)架創(chuàng)建
1）利用掃描命令，創(chuàng)建框架，框架截面為30*30的角鋼，
圖6-6 角鋼截面
2）拉伸
圖6-6 拉伸
3）通過(guò)拉伸命令創(chuàng)建聯(lián)接板，創(chuàng)建螺紋孔，最后創(chuàng)建出來(lái)的底座支架如下圖所示：
圖6-7 底座支架三維模型
6.2.3 料斗創(chuàng)建
1）利用“拉伸”命令，創(chuàng)建一個(gè)350mm高的方塊。
圖6-8 拉伸方塊
2）利用拔模命令，將方塊創(chuàng)建成錐塊，
圖6-9 錐形塊
3）利用抽殼命令抽殼
圖6-10 抽殼命令
4）
圖6-10 料斗零件圖
6.3 虛擬裝配
應(yīng)用前述建立的各零件的三維圖型進(jìn)行虛擬裝配，首先進(jìn)行子裝配，完成子裝配工作后，進(jìn)行總裝配。零件裝配好了以后，進(jìn)行裝配體的干涉檢查，以便確定裝配體中各零件之間是否存在實(shí)體邊界沖突(即干涉)、沖突發(fā)生在何處、進(jìn)而為消除沖突做好準(zhǔn)備。一般對(duì)零件較多或裝配要求較嚴(yán)格的裝配體，應(yīng)該裝配好—個(gè)零件就進(jìn)行一次裝配檢查，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，及時(shí)修正。
1）裝配一維機(jī)械臂
（1）新建裝配組件
圖6-11 新建組件
（2）調(diào)入基座零件，缺省放置
圖6-12 放置基座
（3）調(diào)入拋料器并用剛性聯(lián)接安裝好。
圖6-13拋料器安裝
（4）調(diào)入鉸鏈，讓鉸鏈與基架剛性聯(lián)接。
圖6-14 安裝鉸鏈零件
（5）安裝送料槽，這里很關(guān)鍵，關(guān)系到后面的仿真。先調(diào)入送料槽零件，選擇“銷軸”，使軸與鉸鏈中心對(duì)齊。
圖6-15 安裝送料槽（搖桿）
（6）將曲柄與電機(jī)安裝好，這里很關(guān)鍵，關(guān)系到后面的仿真。先調(diào)入電機(jī)，選擇“銷軸”，使電機(jī)軸與曲柄中心對(duì)齊。
圖6-16 曲柄
（7）將曲柄連同電機(jī)安裝到機(jī)架上
（8）安裝連桿，安裝連桿要選擇“銷軸”，將連桿的兩頭分別與送料槽及曲柄聯(lián)接，
圖6-17 安裝連桿
（9）再安裝好頁(yè)輪及料斗，主體基本完成
圖6-18 基架主體
（10）最后安裝外殼及彈簧及螺絲等，
圖6-19 整體裝配圖
5.3 Pro/E動(dòng)畫(huà)仿真
（1）點(diǎn)“應(yīng)用程序”-“機(jī)構(gòu)”進(jìn)入動(dòng)畫(huà)仿真模塊，將外殼先隱藏，將各電機(jī)軸設(shè)置為“伺服電機(jī)”。
圖6-20 動(dòng)畫(huà)仿真
（2）點(diǎn)“機(jī)構(gòu)分析”，選擇“動(dòng)態(tài)”，點(diǎn)“運(yùn)行”開(kāi)始分析。
圖6-21 動(dòng)態(tài)分析
（3）點(diǎn)回放，可觀看到剛才仿真的動(dòng)畫(huà)，并用“捕捉”，將動(dòng)畫(huà)輸出為“視頻”，
圖6-21 仿真動(dòng)畫(huà)輸出
總結(jié)
轉(zhuǎn)眼間，畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，想想自己在這學(xué)期所走過(guò)的路，實(shí)在是要比其他學(xué)期學(xué)到了很多的東西。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來(lái)工程師重要的一步。從最初的選題，開(kāi)題到計(jì)算、繪圖直到完成設(shè)計(jì)。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改圖紙，每一個(gè)過(guò)程都是對(duì)自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。
“實(shí)踐出真知”這句話一點(diǎn)不錯(cuò)，做畢業(yè)設(shè)計(jì)可以學(xué)到很多我們無(wú)法理解的東西，可以很好的拓展我們的知識(shí)面。怎么去做主要靠我們自己，常去工廠觀察設(shè)備的結(jié)構(gòu)，研究其中的奧妙，以至于我們?cè)诤芏痰臅r(shí)間里就基本了解了設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
通過(guò)這次實(shí)踐，我了解了機(jī)械設(shè)計(jì)的基本方法，熟悉了機(jī)械的設(shè)計(jì)步驟，鍛煉了工程設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我專業(yè)知識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí)也是走向工作崗位前的一次熱身。學(xué)會(huì)了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經(jīng)驗(yàn)公式的獲得是前人不懈努力的結(jié)果。同時(shí)，仍有很多課題需要后輩去努力去完善。
但是畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力，對(duì)材料的不了解，等等。
這次實(shí)踐是對(duì)自己大學(xué)四年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識(shí)還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長(zhǎng)，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己 成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有所貢獻(xiàn)的人，為中國(guó)機(jī)械行業(yè)添己的微薄之力。
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致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,我們受到了指導(dǎo)老師 的耐心認(rèn)真的指導(dǎo)，十分感謝 老師自始至終對(duì)我無(wú)私的幫助，在我們?cè)O(shè)計(jì)期間，他在百忙中給我們開(kāi)會(huì)，對(duì)我們進(jìn)行耐心的指導(dǎo)，這才使的我能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，再次向老師表示衷心的感謝和崇高的敬意！
同時(shí)，老師是一個(gè)治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦蠋?在設(shè)計(jì)中,他嚴(yán)格要求我們,對(duì)我們?cè)谠O(shè)計(jì)中遇到的疑難問(wèn)題進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的講解. 老師經(jīng)驗(yàn)豐富,在講解問(wèn)題的過(guò)程中給我們涉及了很多現(xiàn)實(shí)施工中的講解,使我們獲益匪淺.在設(shè)計(jì)中 老師一遍一遍地給我們指出設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和錯(cuò)誤,不厭其煩的為我們講解在繪圖中存在的疑問(wèn),仔細(xì)認(rèn)真的為我們找出在出圖時(shí)細(xì)節(jié)方面的不足,使我們的設(shè)計(jì)得以順利進(jìn)行和完善.在此對(duì) 老師表示深深的感謝!
在設(shè)計(jì)的構(gòu)思,資料的收集,繪圖的處理等方面,得到了多位老師,同學(xué)的積極幫助,占用了他們?cè)S多寶貴時(shí)間,在此也向他們表示由衷的感謝！