糕点切片机课程设计说明书.doc

机械原理课程设计说明书设计题目： 糕点切片机 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓名、学号 指导教师： 郑小玲 2010年7月1日至2010年7月9日目 录一设计任务1二机械系统运动方案设计的构思2三. 机构运动方案的选择和评定3四. 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图4五传动系统设计5六执行系统设计6七方案评价10八参考资料10九创新设计心得101工作原理及工艺动作过程糕点先成型(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进行切片。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。2设计任务1)根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；2)进行间歇运动机构和切口机构的选型，实现上述动作要求；3)机械运动方案的评定和选择；4)根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案；5)画出机械运动方案简图(机械运动示意图)；6)对机械传动系统和执行机构进行尺度设计。3原始数据及设计要求1)糕点厚度。1020 mm。2)糕点切片长度(亦即切片的高)范围。580 mm。3)切刀切片时最大作用距离(亦即切片的宽度方向)300 mm。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0.75 kW)、1390 rmin。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。二：机械系统运动方案设计的构思切刀的往复直线移动可采用连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条、组合机构等；糕点的直线间歇运动可选择连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构等。方案一：凸轮连杆机构:从动件在某一侧极限位置停歇的间歇移动机构；一， 机构组成：图一所示机构由凸轮机构和连杆机构所组成。固定在凸轮4在a角的范围内沟槽是一段凹圆弧，以圆弧的半径r为连杆5的杆长，圆心为滑块1与连杆5的铰链中心。二， 工作原理主动导杆3匀速转动，带动同时也在凸轮沟槽中运动的滚子2，通过连杆5使滑块1作往复移动。当导杆3在a角范围内转动时，滑块一在左极限位置停歇。从而实现单侧停歇的间歇移动。三，此机构的优点： 连杆部分运动副均为低副，底副的两运动副元素为面接触，压强较小，可承受较大的载荷，并且有利于润滑，运动副元素的几何形状较简单，便于加工制造。当原动件的运动规律不变，可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。 连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线，其形状还随着各构件相对长度的改变而改变，从而可以得到形式众多的连杆曲线，我们可以利用这些曲线来满足不同曲线的设计要求。四，此机构的缺点： 连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，传递路线较长，易产生较大的误差累计，使机械效率降低。 不能够实现切刀下切速度慢而收回速度快的特性，也不能够很好的缩短空程的时间，影响效率。故放弃。各执行机构的设计：曲柄滑块机构此机构主要是执行切刀的上下往复运动。由于所切糕点的厚度最大为20mm,所以切刀在20mm之上运动时,糕点才能运动。为了给糕点足够的传送时间,设计刀的行程为90mm,即曲柄长45mm； 棘轮机构，曲柄摇杆机构 已知棘轮机构的半径R= 曲柄长：64mm 连杆长：112.46mm 连架杆：76mm 机架长：108.49mm设计过程： 根据曲柄滑块的摇杆摆角范围14度229度，所设计的曲柄摇杆机构范围为14度229度即能满足设计要求，我们利用杆与机构的运动关系及借助计算机VB程序辅助计算得到曲柄长64mm,连杆长112.46mm，连架杆76mm,机架长108.49mm。齿轮系的设计:经皮带减速后的转速为240r/min,而我们所要的转速为40r/min。因此还需要的传动比为6/1,选用的齿轮为标准齿轮。m=4mm; z1=25,z2=50,z2=25,z3=75。传动比 i=6/1。 方案二：一， 机构组成：皮带齿轮减速机构，曲柄滑块切片机构，摩擦轮送料机构。二， 工作原理：1通过皮带齿轮减速机构将1390r/min的电动机减速到40r/min.2通过曲柄滑块机构实现刀具的往复运动（曲柄转动一周通过连杆带动滑块实现一个行程为80的来回运动）。3通过摩擦轮实现单向间歇移动（凸轮主轴顺时针转动，轮上的突出圆弧廓线与工件接触时，2,3轮对滚，轮间的摩擦力使工件1左移送进。当轮2的廓线与工件脱离接触后，工件则静止。轮2转动一周，工件完成一个周期的送进和停歇动作）。三， 该机构优缺点：皮带齿轮减速机构可以实现较长距离的运动传送，切刀的往复移动所采用的曲柄滑块机构杆机构具有急回特性，可使刀在向下运动及切糕时速度加快，从而使切口光滑。同时该机构可承受较大载荷，运动副元素的几何形状简单。改变个机构件的相对长度来使从动件得到预期的运动规律。此机构具有连杆机构的共同缺点，机械效率降低，这是连杆机构所不能避免的。糕点的直线间歇移动采用了摩擦轮机构，这是步进式的单向送进机构，适合与板条形状工件输送，且机构设计简单，成本低，但很难实现改变切片的长度。方案三： 机构组成：皮带齿轮机构，曲柄滑块机构，棘轮机构，曲柄摇杆机构。工作原理：1通过皮带齿轮减速机构将1390r/min的电动机减速到40r/min 2通过偏置的曲柄滑块机构实现刀具的往复运动，从而实现糕点的切割。 3通过皮带轮的旋转带动曲柄的摆动，进而是摇杆往复摆动一定角度，随而推动棘轮摆动，由于皮带轮和棘轮以共同角速度转动，继而使传送带向前移动10mm20mm.该机构优缺点:该机构能实现间歇直线运动，并能通过调节遮板来调节传送带的前进距离。缺点是该机构的磨损较大，应采用铸铁铸造完成。三：机构运动方案的选择和评定方案一：动副均为低副，两运动副元素为面连接，压强较小，可承受较大的载荷，且几何形状简单，便于加工。而且连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线，气形状随着各构件相对长度的改变而改变，从而可以得到形式众多的连杆曲线，可以这些曲线来满足不同曲线的设计要求。此机构虽有上下往复运动，但她并没有机会运动特性。不能够实现切刀下切速度慢而收回速度快的特性，也不能够很好的缩短空程的时间，影响效率。方案二：只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑，可承重较大，运动平稳。但是凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损。切没有急回特性，不能够实现切刀下切速度慢而收回速度快的特性，也不能够很好的缩短空程的时间，影响效率。方案三：此机构急回特性。结构简单。具有连杆机构的共同优点，同时此机构具有连杆机构的共同缺点，机械效率降低，这是连杆机构所不能避免的。方案设计的创新改进措施:1.我们开始构思方案时,考虑到在以后的生活和生产中,自动化是必然的趋势，因此设计的机构要尽量满足自动化的要求。此机构的运作是切糕点与送糕点,切的时候糕点不能动,没有切的时候,糕点要运动并前进一定的距离到达指定位置.为了实现切的动作,我们开始采用凸轮机构,来实现刀的往复运动,用凸轮可以很好的控制刀的运动,实现最优的运动轨迹,可是凸轮的设计和制造比较复杂，且不能传递较大的力,而且切糕点也不需要那么高的精度。于是我们考虑用曲柄滑块机构,曲柄滑块机构一样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，于是我们确定用曲柄滑块机构。2.对于蛋糕的传送, 既要满足间歇运动的要求,又能通过改变进给距离而切出不同厚度的糕点。我们刚开始试用了槽轮机构,但我们的糕点切片机要求可以改变所切糕点长度的,如用槽轮机构的话, 很难实现改变切片的长度,我们想到用齿轮组减速器改变速度来实现。用许多齿轮来改变速度很复杂且不太方便操作,于是我们否定了这个方案。经过查资料后，我们选择了棘轮机构。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。所以机构的总体方案就这么大概的定下来了. 四、根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图刀具往复运动切刀每分钟得完成切割40次的工作节拍。所以连接曲柄的齿轮的转速为40次/min，切刀做竖直面内的往复直线运动，当其往下运动到与最低点相距约5mm至80mm（这是糕点的厚度）时开始切割糕点，此时糕点静止不动，切割完毕切刀往上运动到距离最低点约80mm时糕点运动起来，把切好的糕点片带走并把糕点送进待切，切刀继续往上运动，直到最高点，之后再往下运动，直到最低点相距约5mm至80mm（这是糕点的厚度）时又开始切割糕点，此时糕点又静止。如此往复循环。下图是刀具的位移运动图（两个周期）：五：棘轮的设计 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30度,糕点运动10mm,设棘轮共有12个齿,既每齿代表30度。棘轮外设有遮板，转动遮板的位置可控制棘轮所摆动的角度。于是一共有两个档,即10mm,20mm。即棘轮每转动30度,60度。传送带向前移动10mm,20mm。对于棘轮的转动,设计一个曲柄摇杆机构推动棘轮旋转。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。棘轮的尺寸确定：m=5,Z=12,齿顶圆d=60mm,齿根圆d=60-0.75x5=56.25mm皮带轮的尺寸确定：皮带轮直径D=60mm曲柄摇杆机构的设计：曲柄滑块机构（刀具）的设计： 齿轮皮带减速系统设计减速皮带轮 减速齿轮 送料皮带轮本机构原动件为一高速电机,其转速为1390 r/min,但我们所需要的转速是40r/min,所以要减速。对于减速装置我们采用皮带加齿轮的方法。第一级降速是用皮带减速,减为240r/min。第二级是用齿轮减为40r/min。两传动机构设计分析如下:(一)皮带传达设计：皮带传动设计主要是采用两个半径不相同的皮带轮实现。由于皮带上线速度相等，由r1*v1=r2*v2，1390*r1=240*r2；r1 /r2=24/139.由此可见算出电机上皮带轮直径大小r1=36mm；另一端皮带轮半径大小r2=220mm。传动比i=139/24.(二)齿轮系的设计:经皮带减速后的转速为240r/min,而我们所要的转速40r/min。因此还需要的传动比为6/1,选用的齿轮为标准齿轮。直齿轮参数表名称齿数模数分度圆齿轮z1254mm100mm齿轮z2504mm200mm齿轮z2254mm100mm齿轮z3754mm300mm 传动比 i=6/1。六：执行系统机构设计 执行机构分两个,第一个为曲柄滑块机构,第二个为棘轮机构,现分别介绍如下: （带切刀）(一) 曲柄滑块机构此机构主要是执行切刀的上下往复运动。由于所切糕点的厚度最大为20mm,所以切刀在20mm之上运动时,糕点才能运动。为了给糕点足够的传送时间,设计刀的行程为60mm,即曲柄长30mm；刀的高度设为37mm。考虑到卫生问题,刀不能缩到滑块的轨道里去,所以设计滑块的长度为65mm；又设计连接杆的长度为60mm。这样曲柄滑块机构的高度比较高,所以采用皮带传动。又切刀应能刚好切断糕点,综合曲柄滑块和棘轮机构的尺寸,我们得出曲柄滑块机构和棘轮机构轴心距为269mm。所以曲柄滑块机构的尺寸为: 曲柄长30mm; 连接杆长60mm;滑块长65mm; 刀片高37mm; 皮带长1.63m曲柄滑块机构和棘轮机构轴心距为269mm。 (二) 棘轮机构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20mm,设棘轮共有24个齿,既每齿代表15度。于是一共有四档,即20,40,60,80mm,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。于是棘轮的旋转角度就可以转化为摇杆的摆角。即15,30,45,60度。在棘轮外加装一个棘轮罩，用以遮盖摇杆摆角范围内棘轮上的一部分齿。这样，当摇杆顺时针摇动时，棘爪先在罩上滑动，然后才嵌入棘轮的齿槽中推动其转动。被罩遮住的齿越多，则棘轮每次转动的角度就越小。棘轮罩设置四个转角分别为15，30，45，60度。设有槽的圆盘直径为150mm,棘轮半径为100mm,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。由运动距离可以得出皮带轮的直径为153mm, 这样棘轮机构就设计完了。其尺寸为:曲柄摇杆机构:曲柄长50mm;连杆长210mm; 摇杆长200mm;棘轮半径86mm;棘轮齿数24个;皮带轮直径153mm;皮带长1.5m.整个机器的关键就在于切刀运动与糕点传送运动之间的协调,因此需要详细计算依据零件尺寸，作图计算得出：推动棘轮的曲柄摇杆机构的行程速比系数为：k=1；又工作周期为1.5秒，则摇杆推程时间为：0.75秒，回程时间为：0.75秒因此，切刀在0.75秒的时间内不能接触糕点（最大厚度为20mm）,而在0.75秒的时间里切刀应完成切糕点的动作并离开糕点表面即切刀在糕点外运动的时间应大于0.75秒据此验证切刀的曲柄滑块机构