糕點切片機課程設計說明書

1、<p>　　機械原理課程設計說明書</p><p>　　設計題目： 糕點切片機 </p><p>　　專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 </p><p>　　姓名、學號 </p><p>　　指導教師：

2、 鄭小玲 </p><p>　　2010年7月1日至2010年7月9日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一．設計任務1</b></p><p>　　二．機械系統(tǒng)運動方案設計的構思2</p>

3、<p>　　三. 機構運動方案的選擇和評定3</p><p>　　四. 根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖4</p><p>　　五．傳動系統(tǒng)設計5</p><p>　　六．執(zhí)行系統(tǒng)設計6</p><p><b>　　七．方案評價10</b></p><p><b>

4、;　　八．參考資料10</b></p><p>　　九．創(chuàng)新設計心得10</p><p>　　1．工作原理及工藝動作過程</p><p>　　糕點先成型(如長方體、圓柱體等)經(jīng)切片后再烘干。糕點切片機要求實現(xiàn)兩個執(zhí)行動作：糕點的直線間歇移動和切刀的往復運動。通過兩者的動作配合進行切片。改變直線間歇移動速度或每次間隔的輸送距離，以滿足糕點不同切片厚度的

5、需要。</p><p><b>　　2．設計任務</b></p><p>　　1)根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖；</p><p>　　2)進行間歇運動機構和切口機構的選型，實現(xiàn)上述動作要求；</p><p>　　3)機械運動方案的評定和選擇；</p><p>　　4)根據(jù)選定的原動機和

6、執(zhí)行機構的運動參數(shù)擬定機械傳動方案；</p><p>　　5)畫出機械運動方案簡圖(機械運動示意圖)；</p><p>　　6)對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構進行尺度設計。</p><p>　　3．原始數(shù)據(jù)及設計要求</p><p>　　1)糕點厚度。10～20 mm。</p><p>　　2)糕點切片長度(亦即切片的高)范

7、圍。5～80 mm。</p><p>　　3)切刀切片時最大作用距離(亦即切片的寬度方向)300 mm。</p><p>　　4)切刀工作節(jié)拍。40次／min。</p><p>　　5)生產(chǎn)阻力很小。要求選用的機構簡單、輕便、運動靈活可靠。</p><p>　　6)電動機可選用0.55kW (或0.75 kW)、1390 r／min。<

8、/p><p><b>　　主要設計要求是：</b></p><p>　?。?）通過調(diào)整進給的距離，達到切出不同厚度糕點的需要。</p><p>　?。?）要確保進給機構與切片機構協(xié)調(diào)工作，全部送進運動應在切刀返回過程中完成，輸送運動必須在切刀完全脫離切口后方能開始進行。</p><p>　　二：機械系統(tǒng)運動方案設計的構思&l

9、t;/p><p>　　切刀的往復直線移動可采用連桿機構、凸輪機構、齒輪齒條、組合機構等；</p><p>　　糕點的直線間歇運動可選擇連桿機構、齒輪機構、凸輪機構、棘輪機構、槽輪機構等。</p><p>　　方案一：凸輪連桿機構:從動件在某一側(cè)極限位置停歇的間歇移動機構；</p><p><b>　　機構組成：</b><

10、;/p><p>　　圖一所示機構由凸輪機構和連桿機構所組成。固定在凸輪4在a角的范圍內(nèi)溝槽是一段凹圓弧，以圓弧的半徑r為連桿5的桿長，圓心為滑塊1與連桿5的鉸鏈中心。</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　主動導桿3勻速轉(zhuǎn)動，帶動同時也在凸輪溝槽中運動的滾子2，通過連桿5使滑塊1作往復移動。當導桿3在a角范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動時，滑

11、塊一在左極限位置停歇。從而實現(xiàn)單側(cè)停歇的間歇移動。</p><p><b>　　三，此機構的優(yōu)點：</b></p><p>　　連桿部分運動副均為低副，底副的兩運動副元素為面接觸，壓強較小，可承受較大的載荷，并且有利于潤滑，運動副元素的幾何形狀較簡單，便于加工制造。當原動件的運動規(guī)律不變，可用改變各構件的相對長度來使從動件得到不同的運動規(guī)律。</p>&

12、lt;p>　　連桿上各點的軌跡是各種不同形狀的曲線，其形狀還隨著各構件相對長度的改變而改變，從而可以得到形式眾多的連桿曲線，我們可以利用這些曲線來滿足不同曲線的設計要求。</p><p><b>　　四，此機構的缺點：</b></p><p>　　連桿機構的運動必須經(jīng)過中間構件進行傳遞，傳遞路線較長，易產(chǎn)生較大的誤差累計，使機械效率降低。</p>

13、<p>　　不能夠?qū)崿F(xiàn)切刀下切速度慢而收回速度快的特性，也不能夠很好的縮短空程的時間，影響效率。故放棄。</p><p><b>　　各執(zhí)行機構的設計：</b></p><p><b>　　曲柄滑塊機構</b></p><p>　　此機構主要是執(zhí)行切刀的上下往復運動。由于所切糕點的厚度最大為20mm,所以切刀在2

14、0mm之上運動時,糕點才能運動。為了給糕點足夠的傳送時間,設計刀的行程為90mm,即曲柄長45mm； </p><p>　　棘輪機構，曲柄搖桿機構</p><p>　　已知棘輪機構的半徑R=</p><p><b>　　曲柄長：64mm</b></p><p>　　連桿長：112.46mm</p><

15、p><b>　　連架桿：76mm</b></p><p>　　機架長：108.49mm</p><p><b>　　設計過程：</b></p><p>　　根據(jù)曲柄滑塊的搖桿擺角范圍14度——229度，所設計的曲柄搖桿機構范圍為14度——229度即能滿足設計要求，我們利用桿與機構的運動關系及借助計算機VB程序輔助計算

16、得到曲柄長64mm,連桿長112.46mm，連架桿76mm,機架長108.49mm。</p><p><b>　　齒輪系的設計:</b></p><p>　　經(jīng)皮帶減速后的轉(zhuǎn)速為240r/min,而我們所要的轉(zhuǎn)速為40r/min。因此還需要的傳動比為6/1,選用的齒輪為標準齒輪。</p><p>　　m=4mm; z1=25,z2=50,z

17、2'=25,z3=75。</p><p>　　傳動比 i=6/1。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　機構組成：皮帶齒輪減速機構，曲柄滑塊切片機構，摩擦輪送料機構。</p><p>　　工作原理：1通過皮帶齒輪減速機構將1390r/min的電動機減速到40r/min.2通過曲柄滑

18、塊機構實現(xiàn)刀具的往復運動（曲柄轉(zhuǎn)動一周通過連桿帶動滑塊實現(xiàn)一個行程為80的來回運動）。3通過摩擦輪實現(xiàn)單向間歇移動（凸輪主軸順時針轉(zhuǎn)動，輪上的突出圓弧廓線與工件接觸時，2,3輪對滾，輪間的摩擦力使工件1左移送進。當輪2的廓線與工件脫離接觸后，工件則靜止。輪2轉(zhuǎn)動一周，工件完成一個周期的送進和停歇動作）。</p><p>　　該機構優(yōu)缺點：皮帶齒輪減速機構可以實現(xiàn)較長距離的運動傳送，切刀的往復移動所采用的曲柄滑塊機

19、構桿機構具有急回特性，可使刀在向下運動及切糕時速度加快，從而使切口光滑。同時該機構可承受較大載荷，運動副元素的幾何形狀簡單。改變個機構件的相對長度來使從動件得到預期的運動規(guī)律。此機構具有連桿機構的共同缺點，機械效率降低，這是連桿機構所不能避免的。糕點的直線間歇移動采用了摩擦輪機構，這是步進式的單向送進機構，適合與板條形狀工件輸送，且機構設計簡單，成本低，但很難實現(xiàn)改變切片的長度。</p><p><b>

20、;　　方案三：</b></p><p>　　機構組成：皮帶齒輪機構，曲柄滑塊機構，棘輪機構，曲柄搖桿機構。</p><p>　　工作原理：1通過皮帶齒輪減速機構將1390r/min的電動機減速到40r/min</p><p>　　2通過偏置的曲柄滑塊機構實現(xiàn)刀具的往復運動，從而實現(xiàn)糕點的切割。</p><p>　　3通過皮帶輪的旋

21、轉(zhuǎn)帶動曲柄的擺動，進而是搖桿往復擺動一定角度，隨而推動棘輪擺動，由于皮帶輪和棘輪以共同角速度轉(zhuǎn)動，繼而使傳送帶向前移動10mm~20mm.</p><p>　　該機構優(yōu)缺點:該機構能實現(xiàn)間歇直線運動，并能通過調(diào)節(jié)遮板來調(diào)節(jié)傳送帶的前進距離。缺點是該機構的磨損較大，應采用鑄鐵鑄造完成。</p><p>　　三：機構運動方案的選擇和評定</p><p>　　方案一：動副

22、均為低副，兩運動副元素為面連接，壓強較小，可承受較大的載荷，且?guī)缀涡螤詈唵危阌诩庸?。而且連桿上各點的軌跡是各種不同形狀的曲線，氣形狀隨著各構件相對長度的改變而改變，從而可以得到形式眾多的連桿曲線，可以這些曲線來滿足不同曲線的設計要求。</p><p>　　此機構雖有上下往復運動，但她并沒有機會運動特性。不能夠?qū)崿F(xiàn)切刀下切速度慢而收回速度快的特性，也不能夠很好的縮短空程的時間，影響效率。</p>&

23、lt;p>　　方案二：只要適當?shù)脑O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預期的運動規(guī)律，而且機構簡單緊湊，可承重較大，運動平穩(wěn)。</p><p>　　但是凸輪廓線與推桿之間為點、線接觸，易磨損。切沒有急回特性，不能夠?qū)崿F(xiàn)切刀下切速度慢而收回速度快的特性，也不能夠很好的縮短空程的時間，影響效率。</p><p>　　方案三：此機構急回特性。結(jié)構簡單。具有連桿機構的共同優(yōu)點，同時<

24、;/p><p>　　此機構具有連桿機構的共同缺點，機械效率降低，這是連桿機構所不能避免的。</p><p>　　方案設計的創(chuàng)新改進措施:</p><p>　　1.我們開始構思方案時,考慮到在以后的生活和生產(chǎn)中,自動化是必然的趨勢，因此設計的機構要盡量滿足自動化的要求。此機構的運作是切糕點與送糕點,切的時候糕點不能動,沒有切的時候,糕點要運動并前進一定的距離到達指定位置.

25、為了實現(xiàn)切的動作,我們開始采用凸輪機構,來實現(xiàn)刀的往復運動,用凸輪可以很好的控制刀的運動,實現(xiàn)最優(yōu)的運動軌跡,可是凸輪的設計和制造比較復雜，且不能傳遞較大的力,而且切糕點也不需要那么高的精度。于是我們考慮用曲柄滑塊機構,曲柄滑塊機構一樣可以實現(xiàn)刀的往復運動,可傳遞較大的力,能足我們的需要, 而且其機構簡單，加工制造方便，能減少生產(chǎn)成本，于是我們確定用曲柄滑塊機構。</p><p>　　2.對于蛋糕的傳送, 既要滿

26、足間歇運動的要求,又能通過改變進給距離而切出不同厚度的糕點。我們剛開始試用了槽輪機構,但我們的糕點切片機要求可以改變所切糕點長度的,如用槽輪機構的話, 很難實現(xiàn)改變切片的長度,我們想到用齒輪組減速器改變速度來實現(xiàn)。用許多齒輪來改變速度很復雜且不太方便操作,于是我們否定了這個方案。經(jīng)過查資料后，我們選擇了棘輪機構。用棘輪機構可以方便的實現(xiàn)改變切片的長度。且棘輪機構設計加工簡單，改變切片的長度時操作方便。所以機構的總體方案就這么大概的定下來

27、了. </p><p>　　四、根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖</p><p><b>　　刀具往復運動</b></p><p>　　切刀每分鐘得完成切割40次的工作節(jié)拍。所以連接曲柄的齒輪的轉(zhuǎn)速為40次/min，切刀做豎直面內(nèi)的往復直線運動，當其往下運動到與最低點相距約5mm至80mm（這是糕點的厚度）時開始切割糕點，此時糕點靜止不動，

28、切割完畢切刀往上運動到距離最低點約80mm時糕點運動起來，把切好的糕點片帶走并把糕點送進待切，切刀繼續(xù)往上運動，直到最高點，之后再往下運動，直到最低點相距約5mm至80mm（這是糕點的厚度）時又開始切割糕點，此時糕點又靜止。如此往復循環(huán)。下圖是刀具的位移運動圖（兩個周期）：</p><p><b>　　五：棘輪的設計</b></p><p>　　棘輪機構主要是執(zhí)行糕點

29、的進給運動,每一次的運動距離就是所切糕點的長度。為了更好的控制和改變這個長度,設棘輪每轉(zhuǎn)動30度,糕點運動10mm,設棘輪共有12個齒,既每齒代表30度。棘輪外設有遮板，轉(zhuǎn)動遮板的位置可控制棘輪所擺動的角度。于是一共有兩個檔,即10mm,20mm。即棘輪每轉(zhuǎn)動30度,60度。傳送帶向前移動10mm,20mm。對于棘輪的轉(zhuǎn)動,設計一個曲柄搖桿機構推動棘輪旋轉(zhuǎn)。搖桿上裝一個棘爪, 棘爪推動棘輪旋轉(zhuǎn),棘輪上再固定一個皮帶輪,用以帶動皮帶旋轉(zhuǎn)。

30、</p><p>　　棘輪的尺寸確定：m=5,Z=12,齒頂圓d=60mm,齒根圓d=60-0.75x5=56.25mm</p><p>　　皮帶輪的尺寸確定：皮帶輪直徑D=60mm</p><p>　　曲柄搖桿機構的設計：</p><p>　　曲柄滑塊機構（刀具）的設計：</p><p>　　齒輪皮帶減速系統(tǒng)設計&l

31、t;/p><p>　　減速皮帶輪 減速齒輪 送料皮帶輪</p><p>　　本機構原動件為一高速電機,其轉(zhuǎn)速為1390 r/min,但我們所需要的轉(zhuǎn)速是40r/min,所以要減速。對于減速裝置我們采用皮帶加齒輪的方法。第一級降速是用皮帶減速,減為240r/min。第二級是用齒輪減為40r/min。兩傳動機構設計分析如下:</p>

32、;<p>　　(一)皮帶傳達設計：</p><p>　　皮帶傳動設計主要是采用兩個半徑不相同的皮帶輪實現(xiàn)。由于皮帶上線速度相等，由r1*v1=r2*v2，</p><p>　　1390*r1=240*r2；</p><p>　　r1 /r2=24/139.</p><p>　　由此可見算出電機上皮帶輪直徑大小r1=36mm；另一

33、端皮帶輪半徑大小r2=220mm。傳動比i=139/24.</p><p>　　(二)齒輪系的設計:</p><p>　　經(jīng)皮帶減速后的轉(zhuǎn)速為240r/min,而我們所要的轉(zhuǎn)速40r/min。因此還需要的傳動比為6/1,選用的齒輪為標準齒輪。</p><p><b>　　直齒輪參數(shù)表</b></p><p>　　傳動比

34、 i=6/1。</p><p>　　六：執(zhí)行系統(tǒng)機構設計</p><p>　　執(zhí)行機構分兩個,第一個為曲柄滑塊機構,第二個為棘輪機構,現(xiàn)分別介紹如下: </p><p><b>　　（帶切刀）</b></p><p>　　(一) 曲柄滑塊機構</p><p>　　此機構主要是執(zhí)行切刀的上下往復運

35、動。由于所切糕點的厚度最大為20mm,所以切刀在20mm之上運動時,糕點才能運動。為了給糕點足夠的傳送時間,設計刀的行程為60mm,即曲柄長30mm；刀的高度設為37mm?？紤]到衛(wèi)生問題,刀不能縮到滑塊的軌道里去,所以設計滑塊的長度為65mm；又設計連接桿的長度為60mm。這樣曲柄滑塊機構的高度比較高,所以采用皮帶傳動。又切刀應能剛好切斷糕點,綜合曲柄滑塊和棘輪機構的尺寸,我們得出曲柄滑塊機構和棘輪機構軸心距為269mm。</p&

36、gt;<p>　　所以曲柄滑塊機構的尺寸為:</p><p><b>　　曲柄長30mm;</b></p><p><b>　　連接桿長60mm;</b></p><p><b>　　滑塊長65mm;</b></p><p><b>　　刀片高37mm;

37、</b></p><p><b>　　皮帶長1.63m</b></p><p>　　曲柄滑塊機構和棘輪機構軸心距為269mm。</p><p><b>　　(二) 棘輪機構</b></p><p>　　棘輪機構主要是執(zhí)行糕點的進給運動,每一次的運動距離就是所切糕點的長度。為了更好的控制

38、和改變這個長度,設棘輪每轉(zhuǎn)動一定角度,糕點運動20mm,設棘輪共有24個齒,既每齒代表15度。于是一共有四檔,即20,40,60,80mm,也就是說棘輪轉(zhuǎn)動15,30,45,60度。對于棘輪的轉(zhuǎn)動,設計一個曲柄搖桿機構推動棘輪旋轉(zhuǎn)。于是棘輪的旋轉(zhuǎn)角度就可以轉(zhuǎn)化為搖桿的擺角。即15,30,45,60度。在棘輪外加裝一個棘輪罩，用以遮蓋搖桿擺角范圍內(nèi)棘輪上的一部分齒。這樣，當搖桿順時針搖動時，棘爪先在罩上滑動，然后才嵌入棘輪的齒槽中推動其轉(zhuǎn)

39、動。被罩遮住的齒越多，則棘輪每次轉(zhuǎn)動的角度就越小。棘輪罩設置四個轉(zhuǎn)角分別為15，30，45，60度。設有槽的圓盤直徑為150mm,棘輪半徑為100mm,在搖桿上裝一個棘爪, 棘爪推動棘輪旋轉(zhuǎn),棘輪上再固定一個皮帶輪用以帶動皮帶旋轉(zhuǎn)。由運動距離可以得出皮帶輪的直徑為153mm, 這樣棘輪機構就設計完了。</p><p><b>　　其尺寸為:</b></p><p>&

40、lt;b>　　曲柄搖桿機構:</b></p><p><b>　　曲柄長50mm;</b></p><p><b>　　連桿長210mm;</b></p><p><b>　　搖桿長200mm;</b></p><p><b>　　棘輪半徑86mm;

41、</b></p><p><b>　　棘輪齒數(shù)24個;</b></p><p>　　皮帶輪直徑153mm;</p><p><b>　　皮帶長1.5m.</b></p><p>　　整個機器的關鍵就在于切刀運動與糕點傳送運動之間的協(xié)調(diào),因此需要詳細計算．</p><p

42、>　　依據(jù)零件尺寸，作圖計算得出：</p><p>　　推動棘輪的曲柄搖桿機構的行程速比系數(shù)為：k=1；又工作周期為1.5秒，則搖桿推程時間為：0.75秒，回程時間為：0.75秒．</p><p>　　因此，切刀在0.75秒的時間內(nèi)不能接觸糕點（最大厚度為20mm）,而在0.75秒的時間里切刀應完成切糕點的動作并離開糕點表面．即切刀在糕點外運動的時間應大于0.75秒．據(jù)此驗證切刀的曲

43、柄滑塊機構的尺寸．計算得切刀在20mm以上的高度運動時間為1秒，滿足設計要求．</p><p><b>　　七：傳動系統(tǒng)演示</b></p><p><b>　　九：方案評價</b></p><p>　　運動精確性：由于齒輪設計和棘輪設計都是按照糕點長度5~80mm來設計的，因此改變棘輪的轉(zhuǎn)角就能得到相應的長度的糕點。而且

44、達到40r/min。</p><p><b>　　十：主要參考資料</b></p><p>　　《機械原理》 西北工業(yè)大學 孫恒 2006</p><p>　　《機械原理課程設計手冊》 鄒慧君 2005</p><p><b>　　十一：

45、創(chuàng)新設計心得</b></p><p>　　經(jīng)過幾天的努力，機械原理課程設計就要結(jié)束了?；仡欉@些天的勞動，我收獲頗豐，所完成的不僅僅是一個課程設計，對課本知識的理解也加深了許多。</p><p>　　剛開始，我認為這個課程設計題目很簡單，根本沒有把它當回事，可開頭的傳動輪選擇就給我上了一課。我本來認為傳動只負責把糕點從一端傳到另一端就好了，可在我們討論的時候才發(fā)現(xiàn)錯了。這個不僅要

46、考慮糕點的傳動，還要考慮糕點的切的動作，我們6個人那天中午在教室里討論了將近1小時也沒有確定可行的方案，只好將討論時的幾種方案記下，回頭再研究?；厝ノ覀兘?jīng)過再三的商量，最終才確立了這套方案。</p><p>　　過程是辛苦的，但結(jié)果是甜蜜的，我們的課程設計終于做好了。通過這次課程設計，我懂的了：1、對課本知識掌握的還不牢靠，還要更深一層的理解；2、在學習知識的同時，要注意知識和實際的結(jié)合，切記學死知識，那樣就是學