機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)糕點(diǎn)切片機(jī)

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1、 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目： 糕點(diǎn)切片機(jī) 機(jī)電與車輛工程 學(xué)院 車輛工程101 班 設(shè)計(jì)者： 指導(dǎo)老師： 2012年5月20日 目錄 1. 設(shè)計(jì)題目……………………………………………１ 1.1設(shè)計(jì)目的………………………………………………１ 1.2設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介…………………………………………１ 1.3設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)要求…………………………………１ 2.運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)……………………………………２ 2.1機(jī)械預(yù)期的功能要求………………………………２ 2

2、.2運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的構(gòu)思………………………………2 2.3運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)…………………………………………5 2.3.1工藝動(dòng)作的分解……………………………………………6 2.3.2運(yùn)動(dòng)方案選擇……………………………………………7 2.3.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)………………………………………8 2.3.4運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析…………………………………………10 2.3.5執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖………………………………………14 3、設(shè)計(jì)總結(jié)……………………………………………14 4、參考資料……………………………………………15 一、設(shè)計(jì)題目：糕點(diǎn)切片機(jī) 1.1、工作原理及工藝動(dòng)作過

3、程 糕點(diǎn)先成型（如長(zhǎng)方體、圓柱體等）經(jīng)切片后再烘干。糕點(diǎn)切片機(jī)要求實(shí)現(xiàn)兩個(gè)動(dòng)作： （a）糕點(diǎn)的直線間歇移動(dòng),（b）切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 通過兩者的動(dòng)作配合進(jìn)行切片。改變直線間歇移動(dòng)速度或每次間歇的輸送距離，以滿足糕點(diǎn)的不同切片厚度的需要。 1.2、原始數(shù)據(jù) 1） 糕點(diǎn)厚度：10~20mm。 2） 糕點(diǎn)切片長(zhǎng)度（亦即切片高）范圍：5~8mm。 3） 切刀切片時(shí)最大作用距離（亦即切片寬度方向）：300mm。 4） 切刀工作節(jié)拍：40次/min。 5） 工作阻力很小。要求選用的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、運(yùn)動(dòng)靈活可靠。 6） 電機(jī)可選用：960r/min 1.2、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1） 要求

4、的設(shè)計(jì)該切片機(jī)糕點(diǎn)直線間歇移動(dòng)機(jī)構(gòu)和切刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。一般應(yīng)包括凸輪機(jī)構(gòu)、平面連桿機(jī)構(gòu)以及齒輪機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)。至少設(shè)計(jì)出三種能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式要求的機(jī)構(gòu)，繪制所選機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)示意圖，比較其優(yōu)缺點(diǎn)，并最終選出一個(gè)自己認(rèn)為最合適的機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)，繪制出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 2）設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配（皮帶傳動(dòng)傳動(dòng)比i~2，每組齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比i<7.5）。3)在圖紙上畫出糕點(diǎn)切片機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)方案圖和工作循環(huán)圖。 4)在圖紙上畫出凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖（包括位移曲線、凸輪輪廓和從動(dòng)件的初始位置，要求確定運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，確定圖輪廓線）。 5）設(shè)計(jì)計(jì)算其中一對(duì)齒

5、輪機(jī)構(gòu)。 6）同一小組內(nèi)，每人至少有一種與別人不一樣的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。 7) 以上所要求繪制的圖形均繪制在一張一號(hào)圖紙上。 8) 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份。 2、 運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 2.1機(jī)械預(yù)期的功能要求 1） 傳送帶在水平方向上要求能夠進(jìn)行間歇式直線運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)把未切的糕點(diǎn)輸送到指定位置進(jìn)行切片，同時(shí)把已經(jīng)切好的糕點(diǎn)輸送到指定位置進(jìn)行包裝。 2） 切刀能夠?qū)崿F(xiàn)上下往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還要能夠?qū)崿F(xiàn)急回特性，使切刀在向下切片的時(shí)候速度較快，向上運(yùn)動(dòng)的時(shí)候要慢速，這樣可以使糕點(diǎn)切片過后不會(huì)粘到刀片上。 2.2運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的構(gòu)思 我們所要設(shè)計(jì)的糕點(diǎn)切片機(jī)需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：一是切刀的往

6、復(fù)運(yùn)動(dòng)，一是傳送帶的間歇式直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這一點(diǎn)我們組提出三種設(shè)計(jì)方案。主要機(jī)構(gòu)是：連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)。 方案一： 如上圖所示，電動(dòng)機(jī)先通過降速機(jī)構(gòu)進(jìn)行降速，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到一定的轉(zhuǎn)速后和不完全齒輪嚙合，再由不完全齒輪上的同軸齒輪與皮帶輪嚙合，是皮帶輪每分鐘轉(zhuǎn)1.04轉(zhuǎn)。對(duì)于切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)也是先通過輪系先進(jìn)行降速，使其轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘40轉(zhuǎn)，再通過皮帶輪帶動(dòng)凸輪運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（見附圖) 方案二： 方案二與方案一基本相同，都是先通過輪系將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到一定的速度后帶動(dòng)不完全齒輪，再使不完全齒輪帶動(dòng)皮帶輪，從而實(shí)現(xiàn)間歇式直線運(yùn)

7、動(dòng)。刀片的往復(fù)運(yùn)動(dòng)于是如此，唯一不同的是降速過后由齒輪帶動(dòng)連桿，再由連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)來帶動(dòng)刀片的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)（見附圖） 方案三： 如上圖所示：方案三的間歇式直線運(yùn)動(dòng)是由槽輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)圓銷未進(jìn)入徑向槽時(shí)內(nèi)凹鎖住弧被外凸圓弧卡住，導(dǎo)致其靜止不動(dòng)，圓銷進(jìn)入徑向槽時(shí)將帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)直至其分開。從而實(shí)現(xiàn)單向愛間歇式直線運(yùn)動(dòng)。切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)首先將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由變速箱進(jìn)行變速，使其變速后達(dá)到40轉(zhuǎn)每分鐘，再由連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 2.3運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì) 2.3.1工藝動(dòng)作分解 1、 實(shí)現(xiàn)切刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu) 方案一：凸輪機(jī)構(gòu) 由上圖可知，是由凸輪與刀架直接接觸，通過凸輪的輪

8、廓曲線來實(shí)現(xiàn)刀片的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)體現(xiàn)出急回特性。這對(duì)凸輪的選用非常嚴(yán)格。 方案二：四桿機(jī)構(gòu) 由上圖可知，連桿的主動(dòng)件是變速后的齒輪，將連桿與齒輪用低副連接，齒輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，再利用杠桿定理轉(zhuǎn)變連桿的擺動(dòng)方向，將刀片與另一頭的連桿用低副連接由連桿的擺動(dòng)來帶動(dòng)刀片的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 方案三：與方案二基本相同。 2、直線間歇式移動(dòng) 方案一：不完全齒輪機(jī)構(gòu) 當(dāng)滑塊向上運(yùn)動(dòng)即刀向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，不完全齒輪進(jìn)入嚙合區(qū)，不完全齒輪帶動(dòng)皮帶輪運(yùn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)糕點(diǎn)的移動(dòng)，當(dāng)滑塊向下運(yùn)動(dòng)即刀向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，不完全齒輪進(jìn)入非嚙合區(qū)即糕點(diǎn)靜止，進(jìn)行切割。 方案二：方案一相同，唯一不同的是不完全齒

9、輪嚙合的位置不同。 方案三：當(dāng)滑塊帶著刀片向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，槽輪的圓銷進(jìn)入徑向槽帶動(dòng)其運(yùn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)與之嚙合的皮帶輪，使其上的糕點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)镀蛳逻\(yùn)動(dòng)時(shí)圓銷與徑向槽分離同時(shí)被外凸圓弧卡死使其停止運(yùn)動(dòng)。 2.3.2運(yùn)動(dòng)方案選擇 方案一： 凸輪機(jī)構(gòu)的與刀架是以高副連接，這對(duì)凸輪的輪廓曲線要求非常嚴(yán)格。同時(shí)這也極易磨損，而且凸輪的輪廓加工比較困難，如若從動(dòng)件的行程過大則會(huì)使凸輪變得笨重。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(shí)間，影響效率。 方案二： 動(dòng)副均為低副，兩運(yùn)動(dòng)副元素為面連接，壓強(qiáng)較小，可承受較大的載荷，且?guī)缀涡螤詈?jiǎn)單，便于加

10、工。而且連桿上各點(diǎn)的軌跡是各種不同形狀的曲線，氣形狀隨著各構(gòu)件相對(duì)長(zhǎng)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(shè)計(jì)要求。此機(jī)構(gòu)不僅具有連桿機(jī)構(gòu)的有點(diǎn)以及切刀的急回運(yùn)動(dòng)要求，且可使切刀在工作行程中得到近似等速的運(yùn)動(dòng)，以滿足切削質(zhì)量。 不完全齒輪機(jī)構(gòu)與其從動(dòng)件嚙合從動(dòng)輪每轉(zhuǎn)一周的停歇時(shí)間、運(yùn)動(dòng)時(shí)間及每次轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化范圍都較大，設(shè)計(jì)較靈活。但其加工工藝較復(fù)雜，而且從動(dòng)輪在運(yùn)動(dòng)的開始與終止時(shí)沖擊較大，但對(duì)于低速輕載的場(chǎng)合這種沖擊的影響較小。 方案三：對(duì)于槽輪機(jī)構(gòu)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，在進(jìn)入和脫離嚙合區(qū)時(shí)運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。但槽輪的轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)

11、節(jié)，而且在槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)的始末位置加速度變化較大，所以有沖擊。同時(shí)槽輪在運(yùn)動(dòng)的過程中平穩(wěn)性較差。 通過對(duì)比以上三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)我們最終決定選用方案二為我們的最終方案。 2.3.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為960r/min，由i=w1/w2可得v1*r1=v2*r2。i=24過大，所以要進(jìn)行降速，經(jīng)計(jì)算可得需要進(jìn)行三級(jí)降速。一級(jí)降速：將皮帶輪2與發(fā)動(dòng)機(jī)上的齒輪1用皮帶嚙合，傳動(dòng)比i=2,將轉(zhuǎn)速降480r/min。二級(jí)降速：用齒輪3與皮帶輪同軸的齒輪2嚙合，傳動(dòng)比i=6，此時(shí)齒輪3的轉(zhuǎn)速被降,80r/min。三級(jí)降速：將齒輪4與錐齒輪3同軸的齒輪3嚙合，傳動(dòng)比i=2，將齒輪的轉(zhuǎn)速

12、降到40r/min。此時(shí)的轉(zhuǎn)速即為要求的轉(zhuǎn)速，也就是刀片每分鐘工作的次數(shù)。再將齒輪5與齒輪4嚙合，傳動(dòng)比i=1。 刀片要求每分鐘工作40次，即每1.5秒一次，也就是T=1.5s 所以傳送帶每1.5s運(yùn)動(dòng)的距離為糕點(diǎn)的寬度，首先用皮帶輪6與齒輪4上的同軸齒輪4嚙合，皮帶輪的規(guī)格與齒輪4相同，傳動(dòng)比i=1。 完全齒輪選用漸開線齒形，轉(zhuǎn)速為40r/min。分度圓直徑d=120mm齒數(shù)z=30實(shí)際齒數(shù)z=8。再將不完全齒輪與一個(gè)相同規(guī)格的齒輪7嚙合，在齒輪7的軸上固定一個(gè)半徑為30mm的滾筒，傳送帶放在滾筒上由滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)傳送帶運(yùn)動(dòng)。 直齒輪參數(shù)表 名稱 齒數(shù) 模數(shù)

13、分度圓 齒輪z1 20 4mm 80mm 齒輪z2 40 4mm 160mm 齒輪z2 10 4mm 40mm 齒輪z3 60 4mm 240mm 齒輪z3 30 4mm 120mm 齒輪z4 60 4mm 240mm 齒輪z4 60 4mm 80m 齒輪z5 60 4mm 240mm 不完全齒輪z6’ 30 4mm 120mm 齒輪z6 20 4mm 80mm 齒輪z7 30 4mm 120mm 2.3.4運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析 刀具往復(fù)運(yùn)動(dòng) 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

14、齒輪的轉(zhuǎn)速為40次/min，切刀做豎直面內(nèi)的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其往下運(yùn)動(dòng)到與最低點(diǎn)相距約10mm至20mm（這是糕點(diǎn)的厚度）時(shí)開始切割糕點(diǎn)，此時(shí)糕點(diǎn)靜止不動(dòng)，切割完畢切刀往上運(yùn)動(dòng)到距離最低點(diǎn)約20mm時(shí)糕點(diǎn)運(yùn)動(dòng)起來，把切好的糕點(diǎn)片帶走并把糕點(diǎn)送進(jìn)待切，切刀繼續(xù)往上運(yùn)動(dòng)，直到最高點(diǎn)，之后再往下運(yùn)動(dòng)，直到最低點(diǎn)相距約10mm至20mm（這是糕點(diǎn)的厚度）時(shí)又開始切割糕點(diǎn)，此時(shí)糕點(diǎn)又靜止。如此往復(fù)循環(huán)。下圖是刀具的位移運(yùn)動(dòng)圖： 刀具位移 角度 四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及分析 如上圖所示： 圖示機(jī)構(gòu)可以近似的看做是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，根據(jù)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)各桿件的長(zhǎng)度關(guān)系式： 則 連接連桿的運(yùn)

15、動(dòng)副與齒輪的軸心距離為90mm,中間連桿長(zhǎng)度為240mm，搖臂的長(zhǎng)度為180mm，齒輪軸心與搖臂上的固定運(yùn)動(dòng)副距離為300mm。 當(dāng)曲柄與連桿拉直共線和重合共線是為搖桿的兩個(gè)極限位置。 如上圖所示由余弦定理可得： 極位夾角,行程速比系數(shù)K=(180+θ)/(180-θ)=1.06。最大傳動(dòng)角=45，搖桿的擺角=61，通過計(jì)算得到搖桿的最大角速度=0.59rad/s，最大加速度a=0.85㎡/s。 從而得到搖桿的角位移圖像如下： 角速度如下： 角加速度圖如下： 2.3.5執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 設(shè)計(jì)總結(jié) 經(jīng)過緊張的設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖，為期一周的

16、課程設(shè)計(jì)結(jié)束了。這是我們機(jī)械類學(xué)生第一次比較全面的接觸到設(shè)計(jì)，把所學(xué)的機(jī)械原理理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去。設(shè)計(jì)期間，有興奮、有困惑、有急躁、還有完成設(shè)計(jì)的喜悅。 剛開始拿到設(shè)計(jì)題目—糕點(diǎn)切片機(jī)時(shí)，感覺挺容易的一個(gè)題目，我們組每個(gè)人都發(fā)表自己的想法。等到要?jiǎng)邮秩ギ媹D設(shè)計(jì)時(shí)，才發(fā)現(xiàn)存在很多問題，例如怎樣實(shí)現(xiàn)間歇式往復(fù)運(yùn)動(dòng)和切刀上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，選擇哪些機(jī)構(gòu)組合來更好的完成設(shè)計(jì)，以及機(jī)構(gòu)尺寸的計(jì)算等。在組內(nèi)討論下，每個(gè)人分配了自己的任務(wù)，各付其職，通過查找課外資料、請(qǐng)教同學(xué)老師來完成工作。 通過這次課程設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識(shí)到： 1、 作為工科類學(xué)生，平時(shí)要培養(yǎng)自己的動(dòng)手操作能力，多觀察機(jī)械類東西，結(jié)合

17、生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問題的能力，并使所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展。 2、一定要學(xué)習(xí)些繪圖工具，如CAD、proe，多結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問題的能力，并使所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展。 3、團(tuán)隊(duì)合作的重要性。組內(nèi)成員要有團(tuán)隊(duì)意識(shí)，聽從組長(zhǎng)分配，每個(gè)人都應(yīng)發(fā)揮自己的力量，取長(zhǎng)補(bǔ)短，更好的完成設(shè)計(jì)。 ．參考書目 1.《機(jī)械原理第七版》 孫恒 陳作模 葛文杰 主編高等教育出版社 2.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 單行本 機(jī)械傳動(dòng)》成大先 主編 化學(xué)工業(yè)出版社 3.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 單行本 機(jī)構(gòu)》成大先 主編 化學(xué)工業(yè)出版社 4、《機(jī)械原理》 程友聯(lián)主編， 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社 5、《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》 鄒慧君主編，　高等教育出版社 6、《機(jī)械原理》 曹龍化主編. 北京：高等教育出版社1986 17