糕点切片机-技术总结报告

糕点切片机技术总结报告团队名称 SPARK团队成员指导教师 摘要本产品主要通过糕点的直线间歇移动和切刀的往复运动，实现糕点厚度可变切片的功能要求。目前生产中糕点切片工作主要有手工切片和机器切片两类。手工糕点切片，蛋糕的大小偶然性较大，容易引起顾客的不满；手工切削也具有效率低下的问题。机器切削在小型糕点厂商中没有被广泛的应用，此外由于采用的机械传动部件复杂，没有统一的技术化规范，很难消除工作时产生的不平稳问题。针对以上问题，本产品对机构设计作出优化，可提高切割精度和速度，具有切削平稳和切片厚度可调的特点，有较好的经济效益与市场竞争力。本产品包含传动机构、切片机构、直线间歇移动机构三大部分。传动部分由电机带动皮带轮，再用皮带轮带动齿轮系，实现减速传动。切片机构由齿轮带动皮带轮，皮带轮带动偏心轮，偏心轮与连杆形成曲柄滑块机构，在滑块上安装刀具，实现对糕点的切割。直线间歇移动机构中，由齿轮带动曲柄摇杆机构，通过曲柄连杆控制棘轮转动，棘轮的间歇转动带动皮带，实现皮带上的糕点的直线间歇移动。本产品设计过程涵盖了理论、仿真两部分部分。理论分析主要对不同机构方案的可行性进行分析，选择最有利与实现预期目的的机构。仿真分析运用Pro/engineer软件进行三维建模，运用Adams软件进行运动学分析。本产品有效实现了糕点切片生产中所必须的直线间歇移动和切刀的往复运动，工作效率高，占用空间小，切片厚度可调，有一定的市场竞争力，可以批量生产，推广使用。目录1绪论12机构理论分析23仿真分析64结论85参考文献96致谢91绪论11研究现状分析目前生产中糕点切片工作主要有手工切片和机器切片两类。手工糕点切片，很难保证绝对的公平性，蛋糕的大小偶然性较大，在市场经济的条件下可能引起顾客的不满，阻碍糕点产业的发展。糕点切片机有益于解决这一社会需求。此外，自动化是社会的发展及人们优质生活的必然要求，糕点切片机的高速度和准确性恰好解决了这一工程需求。糕点切片机的普及性不高，在小型店中都没有被广泛的应用，另外由于采用的机械传动部件复杂，没有统一的技术化规范，很难消除工作时产生的不平稳问题。机构创新应该充分考虑成本与效益的关系，力争在花费最少成本的前提下产生最好的效益。在社会上，糕点切割机的运用将大大提高切割精确度和速度，快速提高生产率，惠及人们生活。在技术上，将更平稳与迅速。把我们所学应用于生活实际中的机构创新，是一个双赢的结果。1.2研究设计要求1.2.1机构运动要求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，改变直线间歇移动的速度或每次间歇的输送距离，以满足糕点不同切片厚度的需要。1.2.2原始数据与设计要求（1）糕点厚度：1020mm（2）糕点切片长度（即切片高）范围：580mm （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/min（5）电动机选择：功率0.55KW，转速n=1390r/min（6）机械系统的机构简单、轻便、运动灵活可靠1.2.3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）构思实现上述运动要求的间歇运动机构和切口机构2机构理论分析糕切片机功能的实现有赖于各个分机构本身功能的可行性以及部分之间的合理配合以期产生最完美的功能效果。切刀的往复差速直线运动有赖于减速机构提供基本的合适原动件速度和偏执曲柄滑块机构的精确设计。送料机构的间歇运动有赖于棘轮机构的精确设计。最后的运动效果，由这两大主体机构的配合效果做出最合理的调整。2.1 减速系统设计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图2.1） 图2.1 减速皮带轮2.1.1皮带传动设计：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可得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=139/24.2.1.2齿轮系设计: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。（结构如图2.1.2 参数如表2.1.2）图2.1.2 减速齿轮表2.1.2 齿轮参数名称齿数模数（mm）压力角（）齿顶高系数顶隙系数齿轮12542010.25齿轮25042010.25齿轮32542010.25齿轮47542010.25i=(z2* z3)/( z1* z2)= 62.2切刀往复运动机构设计选用偏执曲柄滑块机构。如图2.2图2.2 曲柄滑块机构2.2.1选用偏执曲柄滑块机构的理论依据（1）曲柄滑块机构的所有连接副均为转动副，接触方式为面接触，可以传动较大的载荷。（2）转动低副几何形状简单，容易加工，成本明显降低。（3）有急回运动特性。能够实现切刀下切速度慢而收回速度快的特性，能够很好的缩短空程的时间，提高效率。 （4）结构紧凑，运动传递经过的构件少，连接副少，在一定程度上减少了累积误差对精度的影响。（5）偏执曲柄滑块机构作为连杆机构，不可避免的具有机械效率低的缺点。2.2.2刀具的往复运动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,设计柄长30mm，连杆长为80mm，刀具长为45.如图2.2.2图2.2.2 计算示意图设曲柄长为x，连杆长为y,偏心距e所以刀具的行程h=sqrt(x+y)-e-sqrt(y-x)-e =72mm极位夹角=(x+y)+（y-x）-h/2*(x+y)*(y-x) =50.7所以行程系数k=（180+）/(180-)=1.78因此在数据上验证了系统具有很好的急回特性，满足本项目对其的要求。2.2.3辅助性作图法验证机构的可行性可以利用在proe软件或cad软件中的智能测量功能，画出基本的精确的形状，再选定合适的曲柄转角，如30，60,90,120，360，然后从图上读出刀架的位移，最后在坐标纸中画出位移转角的关系图如图2.2.3图2.2.3 刀具位移-曲柄转角图图2.2.4 计算示意图图2.2.4为在proe中刀架最低位置上升20mm时两个曲柄位置的示意图，由智能测角功能得知，两曲柄位置的夹角为116.32。所以间歇送料机构所获得的输送蛋糕的时间为整个曲柄运动过程的T倍，T=（360-116.32）/360=0.68糕点可获得充分的时间，在切刀落下前做直线移动。2.4间歇送料直线机构的设计采用棘轮机构。如图2.4.1和2.4.2图2.4.1 图2.4.22.41原理说明如图2.4.2，齿轮上装有曲柄A，通过曲柄摇杆机构ABCD带动摇杆D做往复摆动。棘爪E连接在摇杆D上，在摇杆D往复运动过程中，推动齿来使棘轮转动。F为棘轮上的遮板，并连接在机架G上，遮板位置可以搬动机架上的手柄来改变，进一步改变在摇杆摆角范围内暴露的齿数。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。这样棘轮带动的皮带轮进给长度不同，切片长度也因此改变了。2.4.2具体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。表2.4.2 棘轮及曲柄摇杆零件尺寸曲柄长50mm连杆长210mm摇杆长200mm棘轮半径86mm棘轮齿数24皮带轮直径153mm皮带长1.5m图2.4.3棘轮上的曲柄摇杆机构计算示意图如图2.4.3所示，第三个齿轮的旋转中心与棘轮旋转中心之间的距离取60mm。因为60+200=50+210，即曲柄连杆的杆长之和等于摇杆与之间的杆长之和。这也意味着极位夹角为零，形成速度变化系数k=1。因为第三个齿轮的转速为40r/min,即每转一圈需1.5秒，所以推称时间为0.75秒。由2.2.3中得到的时间按常数t=0.68知，切刀在蛋糕之上的运动时间为0.68*1.5=1.02秒0.75秒，完全满足运动条件约束。综上，切刀完全可以和棘轮产生完美的配合运动，使机械效率大幅提高。3仿真分析3.1我们从糕点切片机抽取了其中的曲柄滑块机构来做仿真分析，通过学习了adams仿真建模软件的初步使用方法之后,进行简单的建模工作。图3建模对象按图3上述尺寸参数输入后，在adams软件的图纸上出现了如下三维图形：在原动件上施加一大小为T=10000N*m的转矩，研究点C的速度关于时间和AB转角的关系。默认的杆件材料是钢质。进行了一系列操作后，出现了相关的图像：做简单分析。3.1.1点C的速度-时间图图3.1 点C的速度-时间图从图像2中我们可以看出：从（0，0）开始，曲线近似按正弦规律做周期性不等幅震荡，在大约t=0.02s后，振幅和周期均趋于稳定。3.1.2点C的速度角度图图3.2 点C的速度角度图这里的角度是指AB杆的摆动角度，曲线也是从（0，0）开始，在初始的0180度，乃至180-360变化范围内，速度峰值是最小的。随着摆动周数增加，速度峰值逐渐增大并趋于稳定。V-a图趋于形成稳定的闭合围线。3.1.3力-时间图图3.3力-时间图这里指的力指的是在10000N*m的力矩施加在AB上之后，我们假设在点C安装有一弹簧，杆件运动将弹簧拉伸或者压缩，弹簧反作用的弹力。弹力的变化近似拟合于一条不等幅正弦曲线。在t=0.02s之后，图像趋于稳定。3.2Pro/Engineer三维造型图3.4.1 总体效果图 图3.4.2 传动机构 图3.4.3 切片机构图3.4.5 直线间歇移动机构3.3仿真分析结论一般在启动机器后约0.02s后方可将进行糕点的切割，这样可以切出的面包形状均匀。其次，在施加了10000N*m的转矩后，从图4中可以得出弹力的绝对值最大值为510N。这样的力估计切穿质软的蛋糕应该问题不大。如果要调整切力的大小可以调整输出转矩T的大小来达到。4结论本产品主要通过糕点的直线间歇移动和切刀的往复运动，实现糕点厚度可变切片的功能要求。其整体可分为传动机构、切片机构、直线间歇移动机构三大部分。传动部分由电机带动皮带轮，再用皮带轮带动齿轮系，实现减速传动；切片机构由齿轮带动皮带轮，皮带轮带动偏心轮，偏心轮与连杆形成曲柄滑块机构，在滑块上安装刀具，实现对糕点的切割；直线间歇移动机构中，由齿轮带动曲柄摇杆机构，通过曲柄连杆控制棘轮转动，棘轮的间歇转动带动皮带，实现皮带上的糕点的直线间歇移动。本设计的重点在于棘轮，棘轮机构具有结构简单、制造方便和运动可靠，并