家用自动切菜机设计方案.docx

家用自动切菜机设计方案摘要：自动切菜机可以大大减轻人们的家务负担，也解决了很多年轻人不会切菜的烦恼。本文介绍了该机构的简要结构设计，不过设计还存在很多不足，有待改进。关键字：槽轮机构，锥齿轮，变速箱，夹具1. 项目初衷和意义随着经济的高速发展，人们的生活节奏也日益加快。如何节省人们的宝贵时间、把人们从繁重的家务中解脱出来，已成为新世纪科技发展的一个重要目标。首先，通过调查发现，虽然洗碗机、吸尘器已随处可见，但自动切菜机在市场上还非常少见，而目前市面上的自动切菜机体积巨大，只适用于大型生产，家庭适用性不强。其次，自动切菜机的市场前景广阔。由于生活水平的提高，社会竞争激烈，对于八十年代后的无论是学生还是已经工作的工人来说，厨房都是陌生的场所，而切菜对于他们来说更是一项有难度的家务。所以无论是从便捷还是安全角度来讲，自动切菜机都是八十年代后的年轻人很好的选择。鉴于此，我决定设计便捷的家用全自动切菜机。本切菜机适用于脱水、速冻、保鲜、腌渍等各类蔬菜，如大葱、韭菜、芹菜、香菜、缸豆、刀豆切段；山药、竹笋、胡萝卜切片等。2. 项目总体方案总体方案设计图如下：切菜机结构简图侧视图本自动切菜机为一全自动装置。装置由一个电机，一个平面槽轮机构和一对锥形齿轮，一个曲柄摇杆机构，一个齿轮齿条啮合机构和一个小型变速齿轮箱组成。原理和过程：由电机带动曲柄摇杆机构中的曲柄和槽轮机构中的转盘转动。曲柄带动摇杆，摇杆上固定刀柄来控制刀的在一定角度内摆动，做切割动作。转盘带动球面槽轮间歇转动。槽轮连接变速箱中的输入轴，给输入轴提供间歇转动的动力。变速箱中有三组齿轮组，产生三组传动比，来实现多档位变速。输出轴连接一个齿轮和菜板上固定的齿条啮合，来控制菜板的间歇进给速度。机器的停止会自动控制，无须人为操作。当蔬菜进给结束时，感应装置会自动识别，使机器停止，避免机器空转，浪费能源。这样切刀就可以连续切割，而菜板传送要切的菜同步间歇地进给。因为菜板可以三档变速进给，即可使切出的菜有三种厚度。3. 项目技术关键3.1 槽轮机构 槽轮机构的作用是把电机的连续转动转化成间歇转动，从而可以是切刀间歇切割。下面简要介绍槽轮机构：3.1.1 槽轮机构的组成槽轮机构是由装有圆柱销的主动拨盘和开有径向槽的从动槽轮及安装两者的机架所组成的高副机构，由下图可以清楚地看到槽轮机构的基本组成。球面槽轮结构简图3.1.2槽轮的工作原理如图所示，在主动拨盘上的圆柱销进入槽轮上的径向槽以前，凸锁止弧将凹锁止弧锁住，则槽轮静止不动。当圆柱销进入径向槽时，凸、凹锁止弧刚好分离，圆柱销可以驱动槽轮转动。当圆柱销脱离径向槽时，凸锁止弧又将凹锁止弧锁住，从而使槽轮静止不动。因此，当主动拨盘作连续转动时，槽轮被驱动作单向的间歇转动。3.1.3槽轮机构的运动性质懂得了槽轮机构的运动特性，才能设计出本切菜机所需的槽轮。下面是在网上搜索到的槽轮的设计方法。槽轮机构的运动参数（1）、槽轮机构的运动系数槽轮机构的运动系数：槽轮运动时间t2与主动拨盘运动一周时间t1的比值。当主动拨盘上只有一个圆柱销时：可见，为保证t20，必须有z2，因而槽轮机构的运动系数0.5。为增大运动系数，可在主动拨盘上安装k个均布的圆住销，这时其运动系数可比原来增大k倍，即：为保证槽轮机构仍为间隙运动，必须有1，因此：如上图所示，为避免槽轮在开始和停止运动时产生刚性冲击，要求拨盘销A在进入和脱出径向槽时，槽的中心线应与圆柱销中心的运动圆相切。设槽轮的径向均布槽数为z，槽轮一次转过22角时，主动销的转角为21。（2）、槽轮机构的角速度和角加速度下图给出了槽数z =4和8的外槽轮机构的2/1和2/12随拨盘转角1变化的曲线。槽轮运动过程中的某一瞬时，槽轮2的转角2和拨盘1的转角1关系可由图得出：槽轮转速和加速度图式中将2对时间微分得槽轮2的角速度2：槽轮2的角加速度为2：由上式知，当1=0(拨盘圆柱销处于中心线O1O2上)时，槽轮角加速度2=0，角速度2达到最大值，由于槽轮的惯性，此时圆柱销将与槽的非工作面产生冲击。为减小此冲击，应尽量减小圆柱销与槽之间的间隙，并控制其制造精度。3.2 锥齿轮这里锥齿轮的作用是改变机构的传动方向，把槽轮的水平转动转化成竖直转动。下面对锥齿轮简要介绍：锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动,两轴交角S称为轴角，其值可根据传动需要确定，一般多采用90。锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，如下图所示。由于这一特点，对应于圆柱齿轮中的各有关圆柱在锥齿轮中就变成了圆锥，如分度锥、节锥、基锥、齿顶锥等。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动（5m/s）；曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力大等特点，用于高速重载的场合。本机构为轻载，并且考虑到成本，决定采用直齿锥齿轮。锥齿轮结构图3.3 变速箱变速箱结构简图本切菜机共设计三组齿轮组，形成三组传动比，即三个档位。输出轴上外接一个齿轮与菜板上固定的齿条啮合，带动菜板间歇进给。不同档位可改变菜板的间歇进给速度，也就改变了菜板与切刀的相对速度，所以可以切出不同的厚度。 3.4 夹具夹具的设计要考虑不同的菜的形状和特点。肉类和长条形的菜（比如青菜和黄瓜）比较容易装夹，只需采用弹性的夹子。而球形的、较软的等不宜装夹的蔬菜，像西红柿、土豆和豆腐等，则针对性地设计出带有尖刺的推板，来推动菜前进。4. 设计感言本项目设计过程经过了很多次设想、否定和改进。由于设计要求切刀是连续运动，而菜板是间歇进给，于是我想到了槽轮机构。最初的设想是采用平面槽轮，但因为切刀和菜板要求在同一平面内运动，所以还需要锥型齿轮来改变角度。后来在改进中可以用球面槽轮来代替平面槽轮和锥形齿轮，简化了机构，同时也增加了效率。不过球面槽轮加工起来相对复杂，所以在不同的情况下应具体比较两种方案的可行性