机械原理课程设计糕点切片机

1、机械原理课程设计设计说明书设计题目： 糕点切片机 机电与车辆工程 学院 车辆工程101 班设计者： 指导老师： 2012年5月20日目录1. 设计题目1.1设计目的1.2设计题目简介1.3设计条件及设计要求2.运动方案设计2.1机械预期的功能要求 2.2运动方案设计的构思22.3运动规律设计5 2.3.1工艺动作的分解62.3.2运动方案选择72.3.3执行机构形式设计82.3.4运动和动力分析102.3.5执行系统运动循环图143、设计总结144、参考资料15一、设计题目：糕点切片机1.1、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动作：（a

2、）糕点的直线间歇移动,（b）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歇的输送距离，以满足糕点的不同切片厚度的需要。1.2、原始数据1） 糕点厚度：1020mm。2） 糕点切片长度（亦即切片高）范围：58mm。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） 工作阻力很小。要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。6） 电机可选用：960r/min1.2、设计任务及要求1） 要求的设计该切片机糕点直线间歇移动机构和切刀往复运动机构。一般应包括凸轮机构、平面连杆机构以及齿轮机构等常用机构。至少设计出三种能实现运动形

3、式要求的机构，绘制所选机构的机构示意图，比较其优缺点，并最终选出一个自己认为最合适的机构进行机构综合设计，绘制出其机构运动简图。2）设计传动系统并确定其传动比分配（皮带传动传动比i2，每组齿轮传动传动比i7.5）。3)在图纸上画出糕点切片机的传动系统方案图和工作循环图。4)在图纸上画出凸轮机构设计图（包括位移曲线、凸轮轮廓和从动件的初始位置，要求确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径，确定图轮廓线）。5）设计计算其中一对齿轮机构。6）同一小组内，每人至少有一种与别人不一样的机构设计方案。7) 以上所要求绘制的图形均绘制在一张一号图纸上。8) 编写设计计算说明书一份。2、 运动

4、方案设计2.1机械预期的功能要求1） 传送带在水平方向上要求能够进行间歇式直线运动从而实现把未切的糕点输送到指定位置进行切片，同时把已经切好的糕点输送到指定位置进行包装。2） 切刀能够实现上下往复式运动，同时还要能够实现急回特性，使切刀在向下切片的时候速度较快，向上运动的时候要慢速，这样可以使糕点切片过后不会粘到刀片上。2.2运动方案设计的构思我们所要设计的糕点切片机需要实现两个功能：一是切刀的往复运动，一是传送带的间歇式直线运动。根据这一点我们组提出三种设计方案。主要机构是：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构。方案一：如上图所示，电动机先通过降速机构进行降速，将发动机转速

5、降到一定的转速后和不完全齿轮啮合，再由不完全齿轮上的同轴齿轮与皮带轮啮合，是皮带轮每分钟转1.04转。对于切刀的往复运动也是先通过轮系先进行降速，使其转速达到每分钟40转，再通过皮带轮带动凸轮运动，从而实现切刀的往复运动。（见附图)方案二：方案二与方案一基本相同，都是先通过轮系将发动机转速降到一定的速度后带动不完全齿轮，再使不完全齿轮带动皮带轮，从而实现间歇式直线运动。刀片的往复运动于是如此，唯一不同的是降速过后由齿轮带动连杆，再由连杆机构的运动来带动刀片的往复直线运动（见附图）方案三：如上图所示：方案三的间歇式直线运动是由槽轮机构来实现的，当圆销未进入径向槽时内凹锁住弧被外凸圆弧卡住，导致其

6、静止不动，圆销进入径向槽时将带动其旋转直至其分开。从而实现单向爱间歇式直线运动。切刀的往复运动首先将电动机的转速由变速箱进行变速，使其变速后达到40转每分钟，再由连杆机构实现往复运动。2.3运动规律设计2.3.1工艺动作分解1、 实现切刀往复运动的机构方案一：凸轮机构由上图可知，是由凸轮与刀架直接接触，通过凸轮的轮廓曲线来实现刀片的往复运动，同时体现出急回特性。这对凸轮的选用非常严格。方案二：四杆机构由上图可知，连杆的主动件是变速后的齿轮，将连杆与齿轮用低副连接，齿轮的旋转带动连杆运动，再利用杠杆定理转变连杆的摆动方向，将刀片与另一头的连杆用低副连接由连杆的摆动来带动刀片的上下往复运动。方案三

7、：与方案二基本相同。2、直线间歇式移动 方案一：不完全齿轮机构当滑块向上运动即刀向上运动时，不完全齿轮进入啮合区，不完全齿轮带动皮带轮运动进而带动糕点的移动，当滑块向下运动即刀向下运动时，不完全齿轮进入非啮合区即糕点静止，进行切割。方案二：方案一相同，唯一不同的是不完全齿轮啮合的位置不同。方案三：当滑块带着刀片向上运动时，槽轮的圆销进入径向槽带动其运动进而带动与之啮合的皮带轮，使其上的糕点运动。当刀片向下运动时圆销与径向槽分离同时被外凸圆弧卡死使其停止运动。2.3.2运动方案选择方案一： 凸轮机构的与刀架是以高副连接，这对凸轮的轮廓曲线要求非常严格。同时这也极易磨损，而且凸轮的轮廓加工比较困难

8、，如若从动件的行程过大则会使凸轮变得笨重。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。方案二：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。此机构不仅具有连杆机构的有点以及切刀的急回运动要求，且可使切刀在工作行程中得到近似等速的运动，以满足切削质量。不完全齿轮机构与其从动件啮合从动轮每转一周的停歇时间、运动时间及每次转动的角度变化范围都较大，设计较

9、灵活。但其加工工艺较复杂，而且从动轮在运动的开始与终止时冲击较大，但对于低速轻载的场合这种冲击的影响较小。方案三：对于槽轮机构其结构简单，工作可靠，在进入和脱离啮合区时运动较平稳，能准确控制转动的角度。但槽轮的转角大小不能调节，而且在槽轮转动的始末位置加速度变化较大，所以有冲击。同时槽轮在运动的过程中平稳性较差。通过对比以上三种方案的优缺点我们最终决定选用方案二为我们的最终方案。2.3.3执行机构形式设计 发动机的转速为960r/min，由i=w1/w2可得v1*r1=v2*r2。i=24过大，所以要进行降速，经计算可得需要进行三级降速。一级降速：将皮带轮2与发动机上的齿轮1用皮带啮合，传动比

10、i=2,将转速降480r/min。二级降速：用齿轮3与皮带轮同轴的齿轮2啮合，传动比i=6，此时齿轮3的转速被降,80r/min。三级降速：将齿轮4与锥齿轮3同轴的齿轮3啮合，传动比i=2，将齿轮的转速降到40r/min。此时的转速即为要求的转速，也就是刀片每分钟工作的次数。再将齿轮5与齿轮4啮合，传动比i=1。 刀片要求每分钟工作40次，即每1.5秒一次，也就是t=1.5s所以传送带每1.5s运动的距离为糕点的宽度，首先用皮带轮6与齿轮4上的同轴齿轮4啮合，皮带轮的规格与齿轮4相同，传动比i=1。完全齿轮选用渐开线齿形，转速为40r/min。分度圆直径d=120mm齿数z=30实际齿数z=8

11、。再将不完全齿轮与一个相同规格的齿轮7啮合，在齿轮7的轴上固定一个半径为30mm的滚筒，传送带放在滚筒上由滚筒的转动带动传送带运动。直齿轮参数表名称齿数模数分度圆齿轮z1204mm80mm齿轮z2404mm160mm齿轮z2104mm40mm齿轮z3604mm240mm齿轮z3304mm120mm齿轮z4604mm240mm齿轮z4604mm80m齿轮z5604mm240mm不完全齿轮z6304mm120mm齿轮z6204mm80mm齿轮z7304mm120mm2.3.4运动和动力分析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

12、复直线运动，当其往下运动到与最低点相距约10mm至20mm（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20mm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10mm至20mm（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：刀具位移角度四杆机构的运动及分析如上图所示：图示机构可以近似的看做是曲柄摇杆机构，根据曲柄摇杆机构各杆件的长度关系式： 则连接连杆的运动副与齿轮的轴心距离为90mm,中间连杆长度为240mm，摇臂的长度为180mm，齿轮轴心与

13、摇臂上的固定运动副距离为300mm。当曲柄与连杆拉直共线和重合共线是为摇杆的两个极限位置。如上图所示由余弦定理可得：极位夹角,行程速比系数k=(180+)/(180-)=1.06。最大传动角=45，摇杆的摆角=61，通过计算得到摇杆的最大角速度=0.59rad/s，最大加速度a=0.85/s。从而得到摇杆的角位移图像如下：角速度如下：角加速度图如下：2.3.5执行系统运动循环图设计总结经过紧张的设计、计算、绘图，为期一周的课程设计结束了。这是我们机械类学生第一次比较全面的接触到设计，把所学的机械原理理论知识运用到实践中去。设计期间，有兴奋、有困惑、有急躁、还有完成设计的喜悦。刚开始拿到设计题目

14、糕点切片机时，感觉挺容易的一个题目，我们组每个人都发表自己的想法。等到要动手去画图设计时，才发现存在很多问题，例如怎样实现间歇式往复运动和切刀上下往复运动，选择哪些机构组合来更好的完成设计，以及机构尺寸的计算等。在组内讨论下，每个人分配了自己的任务，各付其职，通过查找课外资料、请教同学老师来完成工作。通过这次课程设计让我认识到： 1、 作为工科类学生，平时要培养自己的动手操作能力，多观察机械类东西，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。2、一定要学习些绘图工具，如cad、proe，多结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。3、