糕点切片机[1].doc

湖南工业大学课 程 设 计资 料 袋 机械工程 学院（系、部） 第 二 学年第 二 学期 课程名称 机械原理课程设计 指导教师 邹培海 职称 教授 学生姓名 刘# 专业班级 机械类 学号 104057010#题 目 糕点切片机 成 绩 起止日期 2012 年 6 月 8 日 2012 年 6 月 15 日目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书12课程设计说明书13课程设计图纸若干张456 - 15 机械原理课程设计机 械 原 理 课 程 设 计设计说明书糕点切片机起止日期： 2012 年 6 月 8 日 至 2012 年 6 月 15 日学生姓名刘# 班级机械1010班 学号104057010# 成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）2012年 6月15 日目录0.课程设计任务书1.设计题目2.工作原理和工艺动作分解3.糕点切片机功能分析与设计过程4.糕点直线间歇移动机构与切刀往复运动机构选型5.糕点直线间歇移动机构的尺度设计 6.切刀往复运动的机构尺度设计7.机械传动系统的速比和变速机构8.糕点切片机的平面图、三维图设计 9.设计总结10.参考资料湖南工业大学课程设计任务书2011 2012 学年第 2 学期 机械工程 学院（系、部） 机械类 专业 机械1010 班级课程名称： 机械原理课程设计 设计题目： 糕点切片机 完成期限：自 2012 年 6 月 8日至 2012 年 6 月 15 日共 1 周内容及任务一、设计的任务与主要技术参数糕点先成型（如长方体、圆柱体等）经切片后再烘干。糕点切片机要求实现两个执行动作：糕点的直线间歇移动和切刀的往复运动。通过两者的动作配合经行切片。改变直线间歇移动速度或每次间隔的输送距离，以满足糕点不同切片厚度的需要。1) 糕点厚度：10-20mm。2) 糕点切片长度（亦即切片的高度）：5-80mm。3) 切刀切片时最大作用距离（亦即切片的宽度方向）：300mm。4) 切刀工作节拍：40次/min。 5) 生产阻力很小，要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。6) 电动机可选用0.55kW（或0.75kW），1390r/min。 二、设计工作量要求：对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案，根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比和变速机构，作出机构运动简图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。要求有设计说明书一份，相关图纸一至两张。（有条件的要求用三维动画表述）。进度安排起止日期工作内容6.8-6.12构思该机械运动方案6.13-6.14运动分析及作图6.15整理说明书与答辩主要参考资料1 朱理机械原理北京：高等教育出版社，2008：15-2002 邹慧君机械原理课程设计北京：高等教育出版社，2009：15-250指导教师： 邹培海 2012 年6 月15 日系（教研室）主任： 王菊槐 2012 年6 月 15 日1.设计题目：糕点切片机1.1设计原理：糕点先成型（如长方体、圆柱体等）经切片后再烘干。糕点切片机要求实现两个执行动作：糕点的直线间歇移动和切刀的往复运动。通过两者的动作配合经行切片。改变直线间歇移动速度或每次间隔的输送距离，以满足糕点不同切片厚度的需要。1.2设计要求：1. 糕点厚度：10-20mm。2. 糕点切片长度（亦即切片的高度）：5-80mm。3. 切刀切片时最大作用距离（亦即切片的宽度方向）：300mm。4. 切刀工作节拍：40次/min。 5. 生产阻力很小，要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。6. 电动机可选用0.55kW（或0.75kW），1390r/min。 2.工作原理和工艺动作分解2.1工作原理和工艺动作分解糕点切片机要求实现两个执行动作：1、糕点的直线间歇移动2、切刀的往复运动。通过两者的动作配合进行切片。1）糕点的直线间歇移动糕点的直线间歇移动，是为了保证切刀在切糕点时，糕点是静止的，这样切出的糕点才符合要求。另外，糕点的直线间歇移动的快慢，决定了被切出的糕点的厚度大小。糕点在停歇后，如果移动的快，糕点的厚度就相对大一些；否则，反之。2）切刀的往复运动 切刀的往复运动，这是切刀所必需的运动，如果只有一次运动，这样就只能切一次。同时，切刀的往复运动的时间和高度都必须控制。切刀切下和收起的总时间必须小于糕点间歇的时间；切刀的初始高度必须高于糕点的最大高度（80mm）。2.2糕点直线间歇移动与切刀往复运动的协调糕点的移动曲线和切刀的运动曲线必须满足图2-1所示要求。T 2T时间/s切刀的运动曲线糕点的运动曲线位移/mm85一块糕点的厚度图2-1糕点的移动曲线和切刀的运动曲线3.糕点切片机功能分析与设计过程3.1糕点切片机的功能分析由上述分析可知，糕点切片机的功能分析可作总结如图3-1所示：糕点直线间歇移动切刀的往复运动糕点停歇切刀下降、上升切刀脱离糕点，如此循环图3-1糕点切片机的功能糕点直线间歇移动机构和切刀往复运动机构的三维图如3-2所示：糕点直线间歇移动机构切刀往复运动机构图3-2糕点直线间歇移动机构和切刀往复运动机构的三维图3.2糕点切片机的设计过程：实现糕点切片机运动的机构应有下面几种基本功能： l 糕点水平直线移动时，切刀的最低高度要高于糕点最大高度。l 糕点移动的时间要比切刀停留在糕点最高点以上空间的时间长。l 糕点停歇时，切刀下降切糕点，然后再上升。此时，必须保证切刀接触糕点时，糕点是停歇的，即糕点停歇时间比切刀下降和上升的总时间长。设计过程：1. 我们先对糕点直线间歇移动机构进行了选型( 详细选型见第4节所示)。2. 然后对切刀往复运动机构进行选型( 详细选型见第5节所示)。3. 糕点直线间歇移动的尺度设计和切刀往复运动的尺度设计。其中，对棘轮、凸轮的尺度设计着重研究了一下。4. 机械传动系统的速比和变速机构的设计。其中，对切刀运动机构和糕点的间歇移动机构的速度要求进行着重分析。5. 根据自己的设计理念和设计尺寸画出糕点切片机的整体平面图和三维装配图。6. 对设计的糕点切片机经行运动分析，看设计的是否合理。4.糕点直线间歇移动机构与切刀往复运动机构选型4.1糕点直线间歇移动1）机构选型 实现直线间歇移动的机构应有下面两种基本功能：直线移动。一般机器的动力机构是做旋转运动的，要实现直线移动，就必须设计一个将旋转运动转化为直线运动的机构。将旋转运动转化为直线运动的机构有齿轮齿条机构、曲柄摇杆机构和皮带轮机构等。间歇运动。实现间歇运动的机构有棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构等。可供选择方案如图4-1所示:转动变移动齿轮齿条曲柄滑块皮带轮图4-1可供选择的方案在按给定所需要的运动条件和空间、时间条件下，选出三种方案，如表4-1所示：方案一方案二方案三表4-1糕点直线间歇移动机构的三种方案2）方案的选择和评定方 案一：棘轮与皮带轮组合机构工作原理：主动摆杆摆动，带动棘轮间歇转动，皮带轮随棘轮转动而转动，皮带水平移动。优 点： 棘轮结构简单、制造容易、步进量易于调整。棘轮摆杆可与其他杆件机构连接，使摆杆的摆动容易生成。皮带轮传动能缓和载荷冲击；皮带轮传动运行平稳、低噪音、低振动；皮带轮的制造和安装精度不像齿轮啮合传动严格缺 点：皮带轮传动有弹性滑动和打滑；皮带轮传动皮带的寿命较短。方 案二：棘轮与齿轮齿条组合机构工作原理；主动摆杆摆动，带动棘轮间歇转动，齿轮随棘轮转动而转动，然后齿条水平移动。优 点：棘轮结构简单、制造容易、步进量易于调整。棘轮摆杆可与其他杆件机构连接，使摆杆的摆动容易生成。齿轮齿条承载力大，传动精度高。缺 点：齿轮齿条加工安装精度差，传动噪音大，磨损大。制造成本高。 方 案三：不完全齿轮与皮带轮组合机构工作原理：不完全齿轮转动带动啮合齿轮和皮带轮间歇转动，皮带随之间歇移动。优 点： 不完全齿轮的转动角度和停歇时间的调整范围大。皮带轮优点如上。缺 点： 不完全齿轮传动刚性冲击大。设计时，要获得不同厚度的糕点，就要求皮带的间歇移动速度不同。由于皮带的移动速度归根结底与不完全齿轮的转动速度有关，所以设计时就要求不完全齿轮能够获得不同转速。这样可能要引入滑移齿轮，增加了设计和加工的困难。结 论： 综合比较三个方案，选取方案一作为糕点直线间歇移动机构比较合适。4.2切刀往复运动1）机构选型如图4-2所示有两种方案：方 案 一方 案 二移动导杆机构 凸轮机构图4-2切刀往复运动机构的两种方案2）方案的选择和评定方 案一：移动倒杆机构工作原理：皮带轮转动（曲柄转动），带动导杆上下移动。优 点：机构简洁，设计简单，尺寸较小，方便实现与其他机构原动件的串联。倒杆运动过程中有急回现象，可提高机构效率。缺 点：导杆的运动规律难以设计与控制。方 案二：凸轮机构工作原理： 主动凸轮旋转，使从动导杆上下往复移动。优 点：结构简单、紧凑，具有很少的活动构件，占据空间小。对于任意要求的从动件（切刀）运动规律都可以毫无困难地设计出凸轮廓线来实现。缺 点：高副接触，易磨损。但对于糕点切片机的切刀，属于低速运动，磨损较慢。 结论：最终选择方案二，做切刀往复运动机构。5.糕点直线间歇移动机构的尺度设计 5.1棘轮与运输糕点的皮带轮的尺度设计为了可以加工出不同厚度的糕点，皮带轮间歇移动的距离应有变化，所以摆杆带动与齿接触时转动的角度也应有变化，通过在棘轮外加一个外罩可以实现这一要求。 根据方案一设计糕点直线间歇机构示意图，如图5-1所示：图5-1糕点直线间歇移动机构示意图设计要求糕点的厚度范围为：10-20mm，由于加工两块厚度只差1mm的糕点无现实意义，故我们设计时取糕点间距为2mm，即加工厚度为：10mm、12mm、14mm、16mm、18mm和20mm的糕点。设计时，我们取棘轮有32个齿，所以当棘爪拨动一个齿所占据的角度使棘轮转动时，棘轮转动的角度。此时传输糕点的皮带轮转过同样的角度，皮带移动距离为（r为传输糕点的皮带轮的半径）。为了使设计简单，取。这时，棘爪一次每多转一个角度，糕点间歇移动的距离增加2mm（）。由于糕点的最大厚度为20mm，所以棘爪与齿接触时转过的最大角度为，即棘轮外罩要去除的弧。糕点厚度与棘轮外罩位置的关系如表5-1所示：外罩对应的刻度0123456棘爪与齿接触时转过的角度/rad0糕点厚度/mm0101214161820表5-1糕点厚度与棘轮外罩对应位置的关系5.2皮带轮、连杆即棘轮摆杆的尺度设计糕点的最大厚度要求棘爪与齿接触旋转的最大角度为，所以棘轮摆杆的摆动角度为。摆杆两个极限位置如图5-2所示:图5-2摆杆两个极限位置连杆长度为a，连杆与皮带轮绞接的点到皮带轮圆心距离为b，设计时取摆杆长度L=50mm，a-b=25mm。由余弦公式得出a+b=105mm，所以连杆长度a=65mm，连杆与皮带轮绞接的点到皮带轮圆心距离b=40mm。6.切刀往复运动的机构的尺度设计6.1 切刀往复运动的凸轮设计根据前面的设计，凸轮的运动位移图与糕点的间歇移动图如图2-1一样相互协调。糕点在移动时，切刀停在最高点，即凸轮处于静休止；糕点停歇时，切刀进行一次下降、上升动作，即凸轮进行推程和回程。为了使上述两个动作准确地循环地进行下去，就必须严格控制两个动作的时间。根据图5-2，可求得糕点最长移动时间为:（T为皮带轮的运动周期），糕点最短停歇时间为，所以切刀停留在最高点的时间应大于等于0.3125T，切刀完成一次切糕点动作的时间应小于等于0.6875T,为了便于设计，取切刀停留时间为0.35T；切刀运动时间为0.65T（切刀运动和糕点移动的周期相同），即静休止时间为凸轮旋转周期的0.35倍；推程和回程总时间为凸轮旋转周期的0.65倍。另外，糕点设计要求的最大高度为80mm，所以从动刀具的行程要大于等于80mm，设计时我们取行程为85mm、基圆半径为60mm。切刀往复运动的凸轮的轮廓图及实物图如图6-1所示:凸轮轮廓图凸轮实物图表6-1切刀往复运动的凸轮的实物图及轮廓图6.2切刀尺寸的设计糕点的最大高度为80mm，所以切刀在最糕点时，刀尖里皮带的高度应大于80mm，设计时取高度为85mm（与凸轮的行程（80mm）相等，使切刀能够切透糕点）。同时，刀具的高度也应大于80mm，设计时取高度为90mm。切刀、凸轮及皮带位置关系如图6-1所示：图6-1切刀、凸轮及皮带位置关系所以，凸轮基圆圆心到皮带的垂直高度。另外，刀具的宽度要大于糕点的最大宽度（300mm），设计时取刀具宽度为300mm。7.机械传动系统的速比和变速机构的设计电动机的额定转速为1390r/min，而设计要求切刀工作节拍为40次/min，即凸轮转速为40r/min.其传动比为:。减速机构皮带轮连接如图7-1所示：图7-1减速机构的皮带轮连接正如上节所说的，为了便于设计，切刀运动和糕点的间歇移动的周期相同。所以，应使铰接连杆的皮带轮的转速也为40r/min。（交接连杆的皮带轮旋转一周，棘轮摆杆摆动一个周期）。取电动机的皮带轮半径。；。中间皮带轮1为图7-1中绿色的皮带轮，中间皮带轮2为图7-1中蓝色的皮带轮，红色的为绞接连杆的皮带轮，黄色的为电动机的皮带轮。那么根据公式：得： 得：另外，此时要使凸轮转速为40r/min,设计时我们取与铰接连杆的皮带轮同轴的皮带轮的半径大小和与凸轮同轴的皮带轮半径大小相等（r=60mm）。 8.糕点切片机的平面图、三维图设计做出糕点切片机总体结构平面图，如图8-1所示：图8-1糕点切片机总体结构平面图做出糕点切片机总体装配三维图，如图8-2所示：正视图后视图图8-2糕点切片机总体装配三维图9.设计总结这次课程设计是我们第一次将课程知识进行综合应用的实践。一开始，我们面对这次课程设计，几乎是不知所措，无从下手。但是，我们没有放弃，通过回忆邹培海老师上课讲述的提示和上网查阅有关资料，我们对自己设计的项目“糕点切片机”有了头绪。我们将各自的思