糕点切片机的设计

精品文档 1欢迎下载1欢迎下载 本科毕业设计 论文本科毕业设计 论文 题目题目 糕点切片机的设计 院院 系系 工学院机械系 专专 业业 工业设计 班班 级级 工业设计 1101 姓姓 名名 李红 学学 号号 2011201566544 指导教师指导教师 张小红 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载 烟台南山学院教务处烟台南山学院教务处 二二 一六年六月一六年六月 烟台南山学院毕业设计 论文 原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下进行研 究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 本声 明的法律结果由本人承担 论文作者签名 年 月 日 烟台南山学院关于毕业设计 论文 使用授权的说明 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载 本人完全了解烟台南山学院有关保留 使用学士学位论文的规定 即 学校有权保留 送交论文的复印件 允许论文被查阅 学校可以公 布论文的全部或部分内容 可以采用影印或其他复制手段保存论文 指导教师签名 论文作者签名 年 月 日 年 月 日 精品文档 I欢迎下载I欢迎下载 糕点切片机的设计 摘 要 当前世界上机械的种类和数量都无法计量 什么类型的机械都存在 现在我们日 常里面经常见到的机械有动力方面的机械 生产方面的机械 起重运输方面的机械 建筑方面的机械 矿山方面的机械 林业方面的机械 农业方面的机械等等 现在科 学技术不断的进步 这样在各种生产过程中间对于机械设备的数独以及精度的要求更 加的严格 要求的标准也更高了 于此同时还要求生产机械在环境方面不能污染环境 要更加的节约原材料和能源 现在很多机械都是使用机 电或者机 电 液一体化的 设计方式 使用这样的方式能够满足现实社会里面自动化生产的各种要求 一批又一 批的新机械不断涌现 虽然机械的种类和数量非常的多 样式也是各种各样 但是通常情况能够将机 械分成四个组成部分 动力部分 传动部分 执行部分和控制部分 除了上面的这四 个基本的部分以外 为了能够让机械能够很好的完成各种工作 通常还会设计一些辅 助的设施 比方说润滑部分 冷却部分 安全保护部分 级数以及照明部分等等 所 以这次对于糕点切片机进行设计的时候就选择使用了非常先进的机械机构 这台糕点 切片机能够调整切片的厚度 比方想要对机械进行切糕点的深度进行调整 对相应的 调节螺杆进行调节就行 机械很多的功能实现都只需要调节相应的结构就能实现 这 台设备所有接触到食品的零部件 都是使用的进口的不锈钢制造的 非常的干净 要求 200 300 字 关键词 机械 糕点切片机 糕点 传动系统 精品文档 II欢迎下载II欢迎下载 精品文档 III欢迎下载III欢迎下载 AnAn AnalysisAnalysis ofof thethe CharacteristicsCharacteristics ofof AdvertisingAdvertising EnglishEnglish ABSTRACTABSTRACT Machinery is multifarious very wide range of common mechanical machinery production machinery lifting transportation machinery construction machinery mining machinery forestry machinery agricultural machinery and so on With the development of science and technology all kinds of production machinery Sudoku and precision demand is higher and higher at the same time to consider environmental protection save raw materials energy saving and many mechanical design USES of machine electricity or machine electricity liquid integration so as to meet the requirements of automated production A string of new machinery In spite of all kinds of mechanical structure and USES a variety of differ in thousands ways but in general all is made up of four parts engine transmission system actuators and control devices In addition to guarantee the normal work of the machine also has some auxiliary devices such as lubrication cooling security protection series lighting etc Thus the pastry slice machine design by the use of advanced and reasonable mechanical structure the thickness of Qiegao point can be adjusted freely such as cutting depth is as long as the adjusting screw can be adjusted according to the requirements of their respective from food contact parts all adopt import stainless steel clean and sanitary 精品文档 IV欢迎下载IV欢迎下载 KeyKey wordswords Machinery pastry slicer pastries the transmission system 精品文档 1欢迎下载1欢迎下载 目录 前言 1 第 1 章 糕点切片机设计概述 3 1 1 糕点切片机的研究现状 3 1 2 糕点切片的设计要求 3 1 3 糕点切片机设计的重点 4 第 2 章 设计方案的选择 5 2 1 技术原理 5 2 2 装置操作 5 2 3 核心部件的设计 5 2 3 1 糕点的间歇直线运动 5 2 3 2 切刀的直线往复运动 7 2 3 3 减速系统 9 2 4 设计方案的确定 10 2 4 1 糕点的直线间歇移动机构的确定 10 2 4 2 切刀往复运动机构的确定 11 2 4 3 减速机构的确定 12 第 3 章 机构零件尺寸的设计 13 3 1 曲柄摇杆机构 13 3 1 1 曲柄摇杆机构的引入 13 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载 3 1 2 曲柄摇杆机构的几何尺寸设计 13 3 2 棘轮机构 16 3 2 1 棘轮的引入 16 3 2 2 棘轮机构的几何尺寸设计 16 3 3 曲柄滑块机构 19 3 3 1 曲柄滑块机构的引入 19 3 3 2 曲柄滑块机构的几何尺寸设计 19 3 4 1 减速系统的引入 20 3 4 2 减速系统的几何尺寸设计 21 第 4 章 机构强度校核 23 4 1 曲柄摇杆机构强度校核 23 4 1 1 弯应力校核 24 4 1 2 切应力校核 24 4 2 曲柄滑块机构强度校核 24 第 5 章 机构运动分析与动力分析 26 5 1 机构运动分析 26 5 1 1 曲柄摇杆机构运动分析 26 5 1 2 曲柄滑块机构运动分析 28 5 2 机构动力分析 30 第 6 章 机构建模 34 6 1 各部件的建模 34 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载 6 2 机构的装配 35 结论 37 致谢 38 参考文献 39 精品文档 1欢迎下载1欢迎下载 前言 在我们国家古代的时候就有糕点 糕点的历史非常的久远 加工的过程也 是非常的讲究的 加工制造出来的糕点的样式更是千奇百怪 加工的糕点的造 型都是非常好看的 并且糕点的营养价值也是很高的 糕点的质量也是非常好 的 吃起来也是十分简便的 到现在糕点也是我们生活过程中的调节食品 因 为糕点的历史悠久 含有一定的文化内涵因此在世界范围内都很受欢迎 随着我们国家和世界各个方面交流更为紧密 国外的糕点也流传到了中国 尤其是西方的糕点 其造型和中国的糕点截然不同 更为新颖 风格更为的特 比恩 口味和中国的糕点也是不一样的 这样就让我们国家的传统糕点在我们 心中的印象有所变化 现在我们国家在制作的蛋糕不论是在口味上面 材料的 选择方面 加工的方法上面都进行了很大的改进和变化 有一种耳目一新的感 觉 现在我们国家的糕点加工将中国的传统风格和西方的独特风格进行相应的 结合 现在中国的糕点已经成为一种很受人们喜爱的食物 深得广大人们群众 的喜爱 并且在市场上面的占有率也是非常大的 糕点在我们日常生活里面十分的常见 在人们的早餐 午餐和晚餐上都能 看到糕点的身影 并且糕点还能够作为人们的主食 因此 糕点在我们的日常 生活里面的地位是非常重要的 现在这个阶段 生产加工出来的糕点里面都会 含有一些保健药物 这样不光会让糕点的口味更为独特 还将糕点的营养价值 和药用价值提升了很多 在我们国家 在糕点行业 很早的时候就有糕点切片机了 现在已经发展 了数十年了 现在在市面上更是推出了家用型的糕点切片机 现在糕点切片机 发展的也是相当的成熟了 最近这几年以来 市场经济不断的快速发展 人们 的生活水平也在不断的提升 现在糕点加工制造已经向着家庭小批量的方向发 展 另外 现在市场上面对于糕点的需求十分的多 因此能够满足家庭小作坊 生产的糕点切片机非常的受欢迎 因此对于小型的效率非常高的糕点切片机进 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载 行研究是非常有必要的 本项目为年产 50 万吨低碳烯烃煤化工综合企业 MTO 分厂设计 为内蒙古久 泰能源煤制甲醇下游子项目 建于鄂尔多斯市准格尔旗大路煤化工基地 项目由甲醇制取低碳烯烃 相较于传统的烯烃制取方法 碳原子的利用率 更高 CO2的排放显著减少 经济效益更高 本项目的建设投产能缓解我国对于 低碳烯烃的巨大供需缺口 减少我国对于乙烯和丙烯的进口依赖 1 此外 本 项目的建设延长了煤化工的产业链 增加了产品附加值 能有效的解决我国甲 醇产能严重过剩的现状 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载 第 1 章 糕点切片机设计概述 1 1 糕点切片机的研究现状 随着经济的不断增长 人们的生活水平随着经济的增长也在不断的提高 线人们都在开始享受和追求生活 对于糕点方面的要求 不光要能够在商店里 面能够买到糕点 不光满足于市场 还要在自家能够制造糕点 并且现在在家 庭里面加工制造糕点也不是一件难事 在市场上能够十分简单的买到糕点生产 的工具 原材料 并且能够在加工以及个人的喜好能够生产加工出来符合个人 口味的糕点 并且在糕点的造型方面也能够根据个人的喜好进行设计和制造 现在社会上许许多多的大学生都走向了创业的道路 很多的下岗工人够选择了 再就业 现在中国这么大的糕点需求市场正式一个十分好的机遇 因此 在糕 点加工制造的过程中间 如果有一个价格不贵 操作起来十分的方便的糕点切 片机对于生产的过程帮助十分重要 能够让糕点的加工过程简便许多 但是现 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载 在在市面上销售的出售的糕点切片机 都是为大工厂批量生产设计的 像能够 满足小作坊的 小批量生产的商家的糕点切片机不是太多 因此这种糕点切片 机的未来十分的好 现在家庭的机械化程度也在不断的增加 人们不再进行相 应的人工劳动 但是因为糕点的种类非常的多 形式和样式也是非常的复杂 糕点的特点也是不一样的 因此使用人工切片的方式不能够满足相应额要求 给糕点的生产带了很多不方便得地方 并且使用人工切片的方式效率非常的低 人工切出来的糕点的样式和外观没有机器切出来的好 因此在市场上面小作坊 的糕点切片机非常的受欢迎 1 2 糕点切片的设计要求 原始数据 1 糕点厚度 5 20mm 2 糕点切片长度 即切片高 范围 5 80mm 3 切刀切片时最大作用距离 亦即切片宽度方向 300mm 4 切刀工作节拍 40 次 分 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 电机功率 0 55KW 或 0 75KW 1390r min 主要设计要求是 1 通过调整进给的距离 达到切出不同厚度糕点的需要 2 要确保进给机构与切片机构协调工作 全部送进运动应在切刀返回过 程中完成 输送运动必须在切刀完全脱离切口后方能开始进行 1 3 糕点切片机设计的重点 对糕点切片机里面的糕点传输和切片分离的工作原理以及结构形式进行研 究 使用槽论机构来让切片完成以后成型的糕点进行间歇性的传输 使用曲柄 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载 滑块机构来让糕点进行切片和分离 尽最大的努力来讲糕点切片机的能量消耗 和外形尺寸进行降低和减小 针对不同糕点品种 优化传动与工作部件的结构 使其结构参数达到最优 这次进行设计的糕点切片机装置的输送以及切片分离的原理 刀片装置往 返运动的特点以及在这个过程中间受到的各种作用力等等方面的研究都是满足 小型的作坊式的糕点切片机得 对于糕点切片机得切片装置和输送部分的运动 原理以及最好的工作参数进行相应的研究和分析 将切片机的间歇性给料装置 以及往返式的切片装置进行相应的优化设计 最终的目标就是能够让切片机的 结构非常的简单 工作时候消耗的能量非常的少 进而将糕点生产的成本进行 降低 将生产的质量进行提升 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载 第 2 章 设计方案的选择 2 1 技术原理 将糕点加工成相应制定的形状以后 比方说长方体 圆柱体等等 一定要 经过切片工序以后 才能够进行相应的烘干 在皮带和相应的此轮组合的方式将电动机传动的速度降低下来 在利用棘 轮机构和皮带相连接就形成了糕点的进料机构 并且这样的设计也能股符合间 歇运动的需求 于此同时还需要设置另外一个皮带轮和偏执曲柄结构进行连接 在结构的滑块上面连接上切刀 这样就能够对糕点进行了切片了 系统里面的间歇运动结构和切刀结构的动作能够相互的协调 因此切刀的 工作是重复性的动作 每次都是一样的 这样就能保证切出来的糕点的形状和 尺寸都是一样的 想要对切片厚度进行调整只需要将间歇运动的距离或者速度 进行相应的调整 就能够到达目的 切片机得各个装置结构都是十分的简单的 操作起来非常的简单 但是相 应的功能却十分的牢靠 并且设备非常的节约能源 也不会对环境产生什么影 响 2 2 装置操作 将需要进行切片的糕点放到切片机的相应的输送位置上面以后 将切片机 的电源打开 就能够根据设备上面的档位设置进行相应的调整 设定好切片档 位以后 将设备的电子开关打开 这样糕点切片机就能够工作了 等到将糕点 切片完成以后 将下一个需要进行切片的蛋糕再放到糕点输送位置上面进行上 面的操作 就能够重复的对糕点进行切片了 2 3 核心部件的设计 切刀的往复直线移动可采用偏置曲柄滑块机构 凸轮机构 齿轮齿条 组 合机构等 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载 糕点的直线间歇运动可选择槽轮 飞轮机构 不完全齿轮机构 棘轮机构等 2 3 1 糕点的间歇直线运动 方案一 槽轮 飞轮机构 使用槽轮就能够将糕点的直线间歇运动进行实现 根据下面图上的标识的 当主动拨盘上面的圆销卡入到了槽轮的卡槽里面以后 拨盘就能够让槽轮转动 这样就能够带动相应的传送装置进行直线运动 在这个时间段里面切刀是悬在 空中的 当圆销没有卡如到槽轮的卡槽里面的时候 槽轮不会转动 这个时间 段切刀就会工作 将糕点进行切割 飞轮能够利用此轮咬合的不同 来讲齿轮传动的比例输出进行改变 这样 也就让间歇运动的速度发生了相应的变化 进而能够将蛋糕在切片位置的量改 变了 就能够将蛋糕切片的厚度进行调整了 图 2 1 槽轮 飞轮机构 精品文档 8欢迎下载8欢迎下载 方案二 不完全齿轮机构 根据下面图像示意的情况 有一个齿轮的齿不是完全的 或者说有一个齿轮只有一部 齿 这样当这个齿轮有齿的部分和从动轮进行相应的咬合的时候 从动轮就会转动 这样 从动轮就能够带动糕点进行直线运动 在这个时间阶段 切刀是悬挂在空中的 而当齿轮 没有齿的部分和从动轮进行咬合的时候 从动轮就不会转动 糕点就不会动作 在这个阶 段切片进行工作 将糕点进行切片 图 2 2 不完全齿轮机构 方案三 棘轮机构 棘轮机构是糕点机对糕点进行送料的执行机构 每一次给进机构行进的距 离就是能够切断的糕点长度 为了能够对这个切片的长度进行控制和改变 就 能够对棘轮的转动角度进行设定 这样就能够对行进距离进行控制了 精品文档 9欢迎下载9欢迎下载 图 2 3 棘轮 2 3 2 切刀的直线往复运动 方案一 凸轮机构 可以利用一个型封闭或封闭的凸轮的转动带动从动件导杆的往复运动来满 足刀片切割高点的要求 当推杆行程增大时 刀具切割糕点 当推杆达到最高 时刀具达到最低点 当推杆行程减小时 刀具上升 精品文档 10欢迎下载10欢迎下载 图 2 4 凸轮机构 方案二 偏置曲柄滑块机构 利用曲柄的整周转动和固定在导轨上的滑块的直线往复运动带动刀片切割 糕点 曲柄作等速转动 滑块作往复直线运动 其往复运动可以是匀速 也可以 不匀速 它还具有急回特性 提高效率 精品文档 11欢迎下载11欢迎下载 图 2 5 偏置曲柄滑块机构 2 3 3 减速系统 蜗杆蜗轮 使用蜗轮蜗杆装置能够得到比较大的传动比 并且这样的机构结 构要比交错轴齿轮结构要紧凑很多 在这个机构里面的齿轮接触面都是直线面 这样的齿轮能够承受的转动力更大 比交错齿轮轴要大很多 蜗杆传动和螺旋 传动的原理是一样的 通常都是多齿咬合传动 因此使用这样的传动方式的优 点就是非常的稳定 并且带来的噪音污染非常的小 除了这些优点意外 这样 的传动方式还有一定的闭锁功能 当蜗杆的齿轮咬合之间的当量摩擦角比蜗杆 的导程角大的时候 这样的传动结构就能够实现自锁 并且还能够进行反向的 自锁 换句话来讲也就是传动只能够是蜗杆带动蜗杆进行运作 不能够让蜗轮 当主动装置 涡轮不能够带动蜗杆 如果在起重机械设备里面利用了自锁蜗杆 机构 这个机构的反向自锁功能就能够起到一定的安全保护功能 但是这样的 传动机构的效率不是很高 并且对于齿轮的破坏比较严重 精品文档 12欢迎下载12欢迎下载 涡轮和蜗杆咬合进行传动的时候 这样在咬合传动过程中间两个齿轮的相 对的速度之间的差额比较的大 因此摩擦呆来的损害还是比较的大的 并且传 动的效率并不理想 除了这以外呢 两个齿轮之间的相对速度差额较大的话 会让齿轮齿磨损较快 并且发热十分的严重 为了能够将这两个方面的缺点进 行客服 常常都会使用一些耐磨性较好并且能够减磨的材料 并且使用很好的 润滑装置 这些材料和装置的费用非常的高 让生产成本增加了不少 并且蜗 杆轴向的力也是比较大的 在现代设计以及平时使用的机械里面 最为普遍的传动机构就是齿轮机构 齿轮机构在使用过程里面 具有工作十分的可靠 并且使用的时间比较厂 即便是瞬间启动这个机构就能够让齿轮机构的传动比为常数 相对来讲齿轮传 动的效率非常的高 这样的机构的结构非常的紧凑 这样的机构在功率和速度 方面能够在很多的方面使用 齿轮机构在使用过程中也有一定的缺陷 在对齿轮机构进行制作的时候一 定要使用专门加工的设备和机床 这样生成的成本比较的高 如果在加工的过 程中间精度达不到要求的话 使用中间就会出现比较大的振动和噪音 这样的 传动装置不太适合使用在轴间距比较大的机构里面 皮带传动机构说的就是能够带动两个或者两个以上的皮带轮之间的作用进 行饶性拉拽零件的传动 在这样的机构进行工作的时候是依据各个零部件之间 的摩擦力进行的传动或者传递能量的 使用皮带传动机构的有很多的好处 比方说能够降冲击载荷进行缓和 让 机构能够十分平稳和缓和的进行运作 并且运行带来的噪音也是很小的 并且 在对这样的传动机构机械加工和安装的时候 在精度方面的要求并不是很高 但是如果系统出现了过载的现象的时候 皮带轮就会出现打滑的现象 这样就 能够对其他的零部件进行相应的保护 这种传动装置能够增加皮带的长度来增 加传动的中心距 满足中心距较大的工作条件 使用皮带传动的缺点就是这样的传动装置有一定的弹性滑动 容易出现打 精品文档 13欢迎下载13欢迎下载 滑现象 并且这样的传动装置效率也不是很理想 传动比不是十分的稳定 如 果传动一样的圆周力的时候 轮廓尺寸以及轴上面的压力都要比齿轮传动力大 因此皮带的使用时间不长 2 4 设计方案的确定 2 4 1 糕点的直线间歇移动机构的确定 槽轮机构相对来讲十分的简便 并且工作原理也不复杂 在圆销卡入卡槽 和退出卡槽的时候 设备传动的十分平稳 并且还能够对传动角度进行很好的 控制 因此槽轮在开启和停止的时候加速度变化非常的大 并且也有一定的冲 击力 而是随着卡槽的数量的降低 槽轮转动的速度就会增加 所以 这样的 装置不适合使用到一些转速比较高的场合 除了这些以外呢 槽轮每一次转动转过的角度和槽轮上面的槽数有很大的 关系 想要对这个角度进行控制和改变的话 还需要对槽轮机构进行重新的设 计并且制造 所以 这种传动机构常常被使用在一些不需要对转动角度进行调 整的转动运作当中 因此制造的工艺以及机构的尺寸等等各个方面的原因 槽 轮上面的槽数不能够被预留和加工的太多 因此这样机构每次转动的角度比较 的大 飞轮机构的很多的齿轮来对速度进行改变也是十分困难和复杂的 因此 这样不太容易实现 实际的操作性不强 故舍弃 不完全齿轮进行间歇性的运动和转动带来的冲击力比较的小 和别的间歇 性结构对比的话 不完全齿轮机构也是非常的简单的 并且在机构的灵活性非 常的好 主动轮每转动一圈的话 从动轮就会运动一定的角度 从动轮就会间 歇一定次数以及每一次间歇相应的时间段 和棘轮结构以及槽轮 飞轮的机构相 比较的话 应用不完全齿轮的传动方式更为的广泛 但是不完全齿轮机构里面 的从动轮在机构刚刚启动以及终止的时候速度上有一定的突然改变 这样就会 带来很大的刚性冲击 因此这样的机构仅仅能够使用到速度比较低并且载荷很 轻的场合 故舍弃 精品文档 14欢迎下载14欢迎下载 棘轮机构的结构简单 外形尺寸小 其机械效率高 并能较平稳地 间歇 地进行转位 能实现糕点厚度的调节 故采用此机构 故采用 2 4 2 切刀往复运动机构的确定 作为直动从动件盘形凸轮机构的等速转动转化为从动件的往复直线运动 其移动的位移 速度 加速度与凸轮的轮廓曲线有关 凸轮机构广泛应用于传动 机构 他有其他机构无可比拟的优点 1 设计简单 适应性强 可实现从动件的复杂运动规律要求 2 结构简单紧凑 控制准确有效 运动特性好 使用方便 3 性能稳定 故障少 维护保养方便 缺点 凸轮与从动件为高副接触 易于磨损 可调性差 而且 由于凸轮 的轮廓曲线通常比较复杂 因而加工比较困难 故舍弃 曲柄滑块机构有如下结构特点 1 这样的结构组成非常的简单 仅仅是一些常见的构件和低副组成的 非常容易进行加工制造 加工制造的成本也是很低的等特点 2 构件进行传动的作用力都是通过低副来进行的 低副进行接触的时候 都是面接触 这样就让单位面积承载的作用力非常的小 所以整个机构就能够 承受比较大的承载力 3 通过适当的设计各杆的尺寸 连杆机构可实现运动规律的多样化 4 当连杆和机架较长时 可实现远距离的运动和动力的传递 故采用 精品文档 15欢迎下载15欢迎下载 2 4 3 减速机构的确定 涡轮蜗杆机构想要获得比较大的传动比的话就一定需要一定的距离 因此 这样的结构并不适合使用在连续不断的转动结构里面 并且蜗轮蜗杆机构的传 动效率也是很低的 生成成本却很高 皮带能够将载荷的冲击力进行缓解 使 结构能够非常平稳和可靠的运行 运行过程中间带了的噪音也是很小的 对皮 带装置的加工以及安装精度要求非常的低 并且这样的机构还有比较的过载保 护功能 因此使用高速级别的皮带传动 低速级别使用的齿轮来作为整套系统 的减速系统 综上所述 选用棘轮机构可以方便的实现改变切片的长度 且棘轮机构设 计加工简单 改变切片的长度时操作方便 选用曲柄滑块机构可以实现刀的往复运动 可传递较大的力 能足我们的需 要 而且其机构简单 加工制造方便 能减少生产成本 第 3 章 机构零件尺寸的设计 3 1 曲柄摇杆机构 3 1 1 曲柄摇杆机构的引入 设计要求糕点厚度 5 20mm 现取 5 10 15 20mm 这四个长度来计算 也就 精品文档 16欢迎下载16欢迎下载 是说棘轮转动 15 30 45 60 度 对于棘轮的转动 设计一个曲柄摇杆机构推动棘 轮旋转 在摇杆上装一个棘爪 棘爪推动棘轮旋转 棘轮上再固定一个皮带轮用 以带动皮带旋转 曲柄摇杆机构简图如 3 1 图 3 1 曲柄摇杆机构简图 3 1 2 曲柄摇杆机构的几何尺寸设计 设计方法 图解法 设计过程如下 机构的类型选择 从安全方面考虑 棘轮的驱动机构必须为单自由度机构 另一方面 各构件之间为面接触 单位面积所受压力小 易于润滑 磨损较小 而且制造简单 精度高 能满足不同运动和速度变化的要求 所以确定要设计 一个曲柄摇杆机构 机构各杆件的运动尺寸设计方法选择 我们所设计的曲柄摇杆是一个平面 精品文档 17欢迎下载17欢迎下载 四杆机构属于平面连杆机构 平面连杆机构的常用设计方法有图解法和解析法 两种 解析法是通过建立数学模型用数学解析求解 在求解过程中还需要用到数 值分析 计算机编程等知识 但是 解析法计算复杂 且已知数据太少 故转 而考虑图解法 图解法是运用几何学原理求解 比较直观 而且本来机构较为简单 需要 合理地给定几个未知量 进而可以得到所有的数据 因此我们最终采用图解法 图解法的基本思想是 根据根据给定机构的运动设计要求 建立各个杆件 之间的几何模型 计算出未知杆件长度和未知角度 利用图解法进行曲柄摇杆机构设计的具体步骤如下 令该曲柄摇杆机构的行程速比系数 K 1 可以求出机构的极位夹角 1 1800 1 K K 则 A B C 三点在同一直线上 如图 3 2 所示 精品文档 18欢迎下载18欢迎下载 图 3 2的曲柄摇杆机构简图0 令 CD 140mm AD 180mm BC 160mm AB r 12 C DC 则 1 160ACr 2 160ACr 得 12 2C Cr 故 140sin 2 r 当时 r 18 3mm 15 当时 r 36 2mm 30 当时 r 53 6mm 45 当时 r 70 0mm 60 曲柄 不定点存在性的验证 因为 且连架杆为最短杆 所以存在曲柄 AB 且此非不180160 140r 定点机构 r 的调节 实际中 杆件 AB 用一圆盘替代 盘上有滑槽和滑块 B 点为滑块上的移动 副 这样滑块可以在滑槽内移动到相应位置 1 2 3 4 处来改变 A 点与 B 点的距 离 即 r 的大小 如图 3 3 所示 精品文档 19欢迎下载19欢迎下载 图 3 3 变化的曲柄杆长 至此 曲柄摇杆机构的几何尺寸就设计完毕 3 2 棘轮机构 3 2 1 棘轮的引入 棘轮机构主要是执行糕点的进给运动 每一次的运动距离就是所切糕点的长 度 为了更好的控制和改变这个长度 设棘轮每转动一定角度 糕点运动 5mm 设 棘轮共有 24 个齿 既每齿代表 15 度 设计要求有四档 即 5 10 15 20mm 也就 是说棘轮转动 15 30 45 60 度 对于棘轮的转动 设计一个曲柄摇杆机构推动棘 轮旋转 在摇杆上装一个棘爪 棘爪推动棘轮旋转 棘轮上再固定一个皮带轮用 以带动皮带旋转 精品文档 20欢迎下载20欢迎下载 图 3 4 外啮合齿式棘轮 3 2 2 棘轮机构的几何尺寸设计 设计方法 图解法 设计过程如下 考虑到棘爪在运动时 要自动滑入棘轮齿槽 从而有效推动棘轮转动一定 角度 首先要考虑齿偏角的设计 其次设计棘轮上的其他尺寸 棘轮机构运动设计内容包括以下几个方面 机构的类型选择 要求棘轮动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构实 现 低速轻载 再考虑到结构简单 加工方便 故采用外啮合齿式棘轮机构 机构各杆件的运动尺寸设计方法选择 我们所设计的死点式托爪是一个平 面四杆机构属于平面连杆机构 平面连杆机构的常用设计方法有图解法和解析 法两种 解析法是通过建立数学模型用数学解析求解 在求解过程中还需要用到数 精品文档 21欢迎下载21欢迎下载 值分析 计算机编程等知识 对于复杂的棘轮尺寸设计不适用 图解法是运用几何学原理求解 比较直观 能够很直接地提供所需参数的 数值 故在此处选用图解法 图解法的基本思想是 根据给定机构的运动设计要求 建立机构设计的几 何模型 即几何图的比例关系 再用计算机进行求解 利用图解法进行棘轮机构设计的具体步骤如下 棘爪与棘齿啮合时的受力分析 如图 3 5 所示 图 3 5 棘爪受力分析图 正压力 F 摩擦力 n P 要求在工作时 棘爪在和 F 作用下 能自动滑入棘轮齿槽 n P 条件是两者对的力矩要满足 2 O pn M F M 将力分解为径向和切向分量 精品文档 22欢迎下载22欢迎下载 sinL FcosL n P 因 F f 代入得 n P tan f tan 故 当 f 0 2 时 取 11 5 20 图 3 6 棘轮部分几何尺寸 棘轮的其它相关尺寸 齿 数 24z 顶圆直径 120 a dmm 模 数 5 a d m z 精品文档 23欢迎下载23欢迎下载 齿 间 距 15 7pmmm 齿 高 0 753 75hmmm 齿顶弦长 5am 齿 偏 角 20 棘爪长度 231 4Lpmm 3 2 3 皮带轮的几何尺寸设计 摇杆转动 糕点即皮带向前移动 则由15 5lmm a rl 解得 120 a rmm 即皮带轮半径 120 a rmm 至此 外啮合齿式棘轮的几何尺寸就设计完毕 3 3 曲柄滑块机构 3 3 1 曲柄滑块机构的引入 切削速度较大时 切片刀口会整齐平滑 因此切刀运动方案的选择很关键 切刀机构应力求简单适用 运动灵活和运动空间尺寸紧凑 在此引入曲柄滑块 机构来实现 3 3 2 曲柄滑块机构的几何尺寸设计 该机构采用试凑法获得机构的尺寸 在这里可以假定机构中几个位置的关 系 通过直角坐标法分析出杆长 精品文档 24欢迎下载24欢迎下载 由实验原理可知 为已知量 设最长杆为 最短杆为 如图 3 7msd 2 l 1 l 所示 2 2 21 2 2 12 dllmdll 1 2 12 22 llsd 2 联立上面的式子解得 2 222 2 1 sddms l 2 222 2 2 sddms l 在这个机构中可以根据角度算的各个边长 mml30 1 mml60 2 mmd20 mmm65 刀片高 37mm 曲柄滑块机构和棘轮机构轴心距为 267mm 精品文档 25欢迎下载25欢迎下载 图 3 7 偏置曲柄滑块机构 3 4 减速系统 3 4 1 减速系统的引入 本机构原动件为一高速电机 其转速为 1390 但我们所需要的转速是 40 min r 所以要减速 min r 3 4 2 减速系统的几何尺寸设计 由皮带轮进行第一级减速 由多级齿轮进行第二级减速 皮带轮将电机由 1390降到 240 齿轮机构将由 240降到 40 min r min r min r min r 精品文档 26欢迎下载26欢迎下载 图 3 8 皮带传动图 皮带传动设计主要是采用两个半径不同的皮带实现 由于皮带上线速度相 等即 2211 vrvr 21 2401390rr 139 24 2 1 r r 由此可以算出电机上皮带轮直径大小 另一端皮带轮半径大小mmr36 1 传动比 mmr220 2 24 139 i 表 3 1 齿轮参数 名称 齿数 模数 分度圆半径 精品文档 27欢迎下载27欢迎下载 齿轮 1 z 25 4mm 100mm 齿轮 2 z 50 4mm 200mm 齿轮 3 z 25 4mm 100mm 齿轮 4 z 75 4mm 300mm 由上表可计算出齿轮的传动比为 6 1 i 图 3 9 齿轮传动图 精品文档 28欢迎下载28欢迎下载 第 4 章 机构强度校核 4 1 曲柄摇杆机构强度校核 曲柄摇杆机构中原动件曲柄为主要受力杆件 由于曲柄摇杆杆件所用材料 及样式相同 所以主要分析原动件的强度 在这个机构中可以知道 电动机 减速后 KWP55 0 min 40rn 由此可以计算出转矩 mmN n P T 1313129550 曲柄在两个极限位置时 B 点受力为 0 或者过程中 B 点 12 BB 21 BB 所受力均是先变大后变小 经分析 当 AB 垂直于 BC 时 B 点受力最大 如图 4 1 所示 精品文档 29欢迎下载29欢迎下载 图 4 1 曲柄受力分析 由平衡方程 0 A M 0 B F rT 解得 7176 B FN 4 1 1 弯应力校核 曲柄材料采用 Q235 普通碳钢 其屈服极限为 235MPa 取安全系数 s 则许用弯应力235 1 5 157MPa 1 5 S S S S S 曲柄抗弯模量 131312 836 157 WMmm 取截面尺寸为高 宽之矩形钢件 18hmm 22bmm 其抗弯模量 22 3 22 18 1188 66 bh Wmm WW 所设计套管抗弯能力足够 可用 尺寸为高 宽 18hmm 22bmm 4 1 2 切应力校核 取曲柄的材料为 Q235 钢 接合处为圆形截面 取安全系数为 1 5 S S 精品文档 30欢迎下载30欢迎下载 则 则圆形截面的最小面积 235 1 5157MPa 2 minmin 1771 1574 F Sd 取 从而切应力远小于许用切应力 所以杆件抗剪 min 1 2ddmm 10dmm 强度足够 不存在强度问题 4 2 曲柄滑块机构强度校核 曲柄滑块中原动件为主要受力杆件 由于曲柄滑块杆件所用材料及样式相 同 所以主要分析原动件的强度 在这个机构中可以知道 电动机 KWP55 0 min 1390rn 由此可以计算出转矩 mmN n P T 38009550 通过减速机构等可以获得 图 4 2 AB 杆件受力分析 如上图所示 在曲柄滑块机构中 当 BC 垂直 AB 时有最大剪力 0M0 AB FlT 精品文档 31欢迎下载31欢迎下载 求得 NF126 MPa A F bI FS z 1 2 3 材料为 Q235 由于销轴受剪 取安全系数 销轴的许用切应力为 2 5 S S MPa94 由以上计算可知杆件切应力远小于许用切应力 所以杆件抗剪强度足够 不存在强度问题 第 5 章 机构运动分析与动力分析 5 1 机构运动分析 机构运动分析就是根据在机构各构件运动尺寸已确定 且原动件的运动规 精品文档 32欢迎下载32欢迎下载 律 通常原动件做匀速转动 已知来确定其他构件上某些点的轨迹 位移 速 度和加速度 或某些构件的位置 角位移 角速度 角加速度 等运动参数 为了确定机构工作过程的运动和动力性能 往往要知道机构构件上某些点 的速度 加速度及其变化规律 对于高速和重载机械 其运动构件的惯性力往 往很大 因此 在进行强度计算 动力特性分析和机构动力学设计 如机构平 衡 时常需要计算构件惯性力 因而 也就要求首先对机构的速度和加速度进 行分析 平面上一个点的位置可以用该点的两个坐标表示 运用解析法的关键是建 立构件上一些特殊点的位置方程 从而得到它们速度与加速度的变化规律 来 分析构件的运动 5 1 1 曲柄摇杆机构运动分析 分析过程如 图 5 1 曲柄摇杆坐标图 如图 5 1 中坐标所示 以 A 点为原点 0 0 AB lr AB 为原动件 已知原动件的运动 就160 120 BCCD lmm lmm 180 AD lmm 是已知 AB 杆绕 A 点转动的角位置为 角速度和角加速度 由于 3 个杆 1 1 1 的尺寸约束 距离不变 所以可写出 B 的位置方程为 AB l CD l BC l 精品文档 33欢迎下载33欢迎下载 5 1 1 1 cos sin BAAB BAAB xxl yyl 其中 AB 杆的角位置为 可立即计算出来 从0 AA xy AB lr 1 BB xy 而得到铰接点 B 的位置 速度和加速度方程如下 将式 5 1 对时间 t 分别作一次 二次求导 可 得到铰接点 B 的 5 2 11 11 sin cos BxAxAB ByAyAB vvl vvl 其中 0 AxAy vv 5 3 2 1111 2 1111 cossin sincos BxAxABAB ByAyABAB aall aall 其中 根据已知的和 由式 5 2 和 5 3 就可以求0 AxBx aa 1 1 出铰接点 B 的速度和加速度 确定从动件 BC 上点 B 的运动之后 必须再确定构件 BC 上另一点 C 才能确定 构件 BC 杆的运动 由于运动尺寸的约束 的尺寸不变 D AB l CD l BC l 则有 C 点的位置方程如下 180 0 5 4 22 22 BCBCBC CDCDCD xxyyl xxyyl 其中由式 5 1 中 可求得 又因为 所以 所以 BB xy180 D x 0 D y 由式 5 4 可求得 CC xy 将式 5 4 进行整理 精品文档 34欢迎下载34欢迎下载 5 5 222 222 BCBCBC CDCDCD xxyyl xxyyl 对式 5 5 进行对时间 t 的一阶和二阶导数 可以得到 C 点的速度方程 5 6 BCBxBCByBCCxBCCy CDCxCDCyCDDxCDDy xxvyyvxxvyyv xxvyyvxxvyyv 其中 已经由式 1 2 求出 只有 两个未知数 可求出 Bx v By v Cx v Cy v C 点的速度 C 点的加速度方程为 5 7 22 22 BCBxBCBy BCCxBCCyCxBxCyBy CDCxCDCy CDDxCDDyDxCxDyCy xxayya xxayyavvvv xxayya xxayyavvvv 其中只有 两个未知数 即可求出 C 点的加速度 Cx a Cy a 至此 B C 铰接点的运动参数都得到确定 BC 杆的运动得以确定 5 1 2 曲柄滑块机构运动分析 精品文档 35欢迎下载35欢迎下载 图 5 2 曲柄滑块坐标图 如图 5 2 所示 以 A 为原点 0 0 由尺寸分析可以得到 mmlAB30 在该机构中杆 AB 和齿轮 减速系统 连接 所以杆 AB 为原动件 mmlBC60 已知原动件的运动 就是已知 AB 杆绕 A 点转动的角位置为 角速度和角 1 1 加速度 由于两个杆的尺寸约束 距离不变 所以可写出 B 的位置 1 AB l BC l 方程为 1 1 1 cos sin BAAB BAAB xxl yyl 其中 AB 杆的角位置 可立即计算出来 0 AA yxmmlAB30 1 B x B y 从而可以获得 B 点的位置 将式 5 1 对时间 t 分别作一次 二次求导 可得到铰接点 B 的速度和加 速度方程如下 2 11 11 sin cos BxAxAB ByAyAB vvl vvl 其中 0 AxAy vv 3 2 1111 2 1111 cossin sincos BxAxABAB ByAyABAB aall aall 其中 根据已知的和 由式 5 2 和 5 3 就可以求0 AxBx aa 1 1 出铰接点 B 的速度和加速度 确定从动件 BC 上点 B 的运动之后 必须再确定构件 BC 上另一点 C 即滑 块的运动 由于运动尺寸的约束 的尺寸不变 BC l 4 BCCBCB lyyxx 22 精品文档 36欢迎下载36欢迎下载 其中由式 1 中 可求得 又因为已知 所以可以求出 这 BB xy C y C x 样就可以求得 CC xy 将 4 式进行整理得 5 222 BCCBCB lyyxx 对 5 式进行对时间的一阶导数 即可求得 C 点的速度方程 6 CyCBCxCBByCBBxCB vyyvxxvyyvxx 其中和已知 滑块在 y 轴方向速度为 0 只有一个未知数 所以可 Bx v By v Cy v Cx v 以求出 C 点的速度 对 5 式进行对时间的二阶导数或者对 6 式进行对时间的一阶导就可以求得 C 点的速度方程 22 ByCyBxCxCyCBCxCBByCBBxCB vvvvayyaxxayyaxx 其中 为已知量 并且滑块在 y 轴方向没有运动即 通过上式 Bx a By a0 Cy a 即可求得 Cx a 至此 B C 点的位移 速度 加速度都可以求得 曲柄 连杆 滑块的运动就 可以确定出来 5 2 机构动力分析 机构动力学分析主要研究机构中的受力与机构运动之间的关系 我们所遇 到的问题是已知机构的运动求作用于机构上的力 属于机构动力学的逆问题 这里我们将采用动态静力分析的研究方法 确定机构的平衡力 平衡力矩 在工程上具有重要的意义 当平衡力作用 在机构中的原动件上时 平衡力的大小是确定机构驱动装置的主要依据 当平 衡力作用在机构中的工作构件上时 则平衡力的大小是确定机构工作能力的主 要依据 精品文档 37欢迎下载37欢迎下载 由于棘轮机构过于复杂 仿真存在困难 所以我们只对曲柄摇杆机构和曲 柄滑块机构进行仿真 在 ADAMS 中建模并仿真 并输出仿真曲线 进行运动分 析 分析过程如下 图 5 1 摇杆角速度 角加速度 图 5 2 摇杆运动特性 在这里我们主要目的是确定平衡力和构件之间的运动副反力 我们将切刀 简化成曲柄滑块机构 在 ADAMS 中建模并仿真 并输出仿真曲线 进行运动分 精品文档 38欢迎下载38欢迎下载 析 分析过程如下 图 5 3 滑块运动特性 对曲柄滑块机构进行动态静力分析如下 图 5 4 曲柄滑块机构动态静力分析 从整体上分析 机构中总共有 3 个活动构件 则可以写出 9 个平衡方程 精品文档 39欢迎下载39欢迎下载 共有 4 个运动副 共有 8 个运动副反力未知数 再加平衡力矩 共计 9 个 1 M 所以机构的动态静力分析是可解并有唯一一个解 设定原动件 1 的运动为匀速转动 角速度为 我们知道所选构件为同一 1 种均匀材料 所质心位置就是基本杆的中心位置 通过 ADAMS 分析可以求得各 个构件的速度 加速度 计算出各个构件的角位置 角速度和角加速度 根据 构件的质量和转动惯量等参数确定出惯性力和惯性力矩 将惯性力 重力和作 用在机构上的所有已知外力等施加到各个相应的构件上 为方便求解 应将各 个构件上所受到的所有集中外力平移到构件的质心 分析机构的动态静力的顺序为 因为机构 3 上的作用力是已知外力 所 5 F 以机构的动态静力分析应该从构件 3 开始 即先对构件 2 3 组成的 II 级杆组 进行分析 利用构件 2