糕点切片机的设计毕业设计

1、成都理工大学工程技术学院毕业论文糕点切片机的设计糕点切片机的设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人 在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所 知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或 组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提 供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确 的说明并表示了谢意。作者签名： 日期：指导教师签名： 日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论 文）

2、的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文） 的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期：-I -糕点切片机的设计学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独 立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律 后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位

3、论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文 的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。涉密论文按学校规定处理作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日-V -糕点切片机的设计注意事项1设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附

4、录（对论文支持必要时）2论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所 有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用 工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用 A4单面打印，论文 50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5

5、装订顺序1设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它摘要机械的种类是五花八门十分繁多，常见的机械有动力机械、生产 机械、起重运输机械、建筑机械、矿山机械、林业机械、农业机械等 等。随着科学技术的发展，各类生产机械的数独和精度要求越来越 高，同时要考虑环境保护、节省原材料、节约能源，而许多机械设计 采用机、电或机、电、液的一体化以满足自动化生产的新要求。一批 又一批的新机械不断涌现。尽管各种机械的结构和用途多种多样，千差万别，但大体上均由 四部分组成：动力机、传动系统、执行机构和操纵控制装置。此外， 为保证机械正常工作还设有一些辅助装置，如润滑、冷却

6、、安全保 护，级数及照明装置等。由此本次所设计的糕点切片机采用先进合理 的机械结构，所切糕点厚薄自由可调节，如：切深度，只要调节螺杆 即行，都能按各自要求进行调节，从食品接触部位，全部采用进口不 锈钢材料，既清洁又卫生。关键词：机械，糕点切片机，糕点，传动系统-VII -糕点切片机的设计AbstractMach inery is multifarious very wide range of com mon mecha ni cal mach in ery, product ion machi nery, lifti ng tran sportati on mach in ery, con s

7、truct ion mach in ery, mi ning machi nery, forestry mach in ery, agricultural mach inery and so on. With the developme nt of scie nee and tech no logy, all kinds of product ion mach inery sudoku and precisi on dema nd is higher and higher, at the same time to con sider en vir onmen tal protect ion,

8、save raw materials, energy saving, and many mechanical design USES of machine, electricity or machine, electricity, liquid integration so as to meet the requireme nts of automated product ion. A stri ng of new mach in ery.In spite of all kinds of mecha ni cal structure and USES a variety of differ i

9、n thousands ways, but in general all is made up of four parts: engine, tran smissi on system, actuators and con trol devices. In additi on, to guara ntee the normal work of the machine also has some auxiliary devices, such as lubricati on, cooli ng, security protect ion, series, light ing, etc. Thus

10、 the pastry slice mach ine desig n by the use of adva need and reas on able mecha ni cal structure, the thickness of QieGao point can be adjusted freely, such as cutt ing depth, is, as long as the adjust ing screw can be adjusted accordi ng to the requireme nts of their respective, from food con tac

11、t parts, all adopt import sta ini ess steel, clea n and san itary.Keywords：Machinery,pastry slicer, pastries,the transmission system目录摘要IAbstract VII目录VIII前言11糕点切片机设计概述21.1糕点切片机的研究现状21.2糕点切片机的设计要求21.3糕点切片机设计的重点32设计方案的选择42.1技术原理42.2装置操作42.3核心部件的设计42.3.1糕点的间歇直线运动 42.3.2切刀的直线往复运动62.3.3减速系统82.4设计方案的确定92

12、.4.1糕点的直线间歇运动机构的确定 92.4.2切刀往复运动机构的确定 102.4.3减速机构的确定 103 机构零件尺寸的设计 123.1曲柄摇杆机构 123.1.1曲柄摇杆的引入 123.1.2曲柄摇杆的几何尺寸设计13-IX -糕点切片机的设计3.2棘轮机153.2.1棘轮的引入153.2.2棘轮机构的几何尺寸设计163.2.2皮带轮的几何尺寸设计 183.3曲柄滑块机构 193.3.1曲柄摇杆的引入193.3.2曲柄摇杆的几何尺寸设计 193.4减速系统203.4.1减速系统的引入 203.4.2减速系统的几何尺寸设计214机构强度校核 234.1曲柄摇杆强度校核234.1.1弯应力

13、核244.1.2切应力校核 244.2曲柄滑块强度校核255机构运动分析与动力分析275.1机构运动分析275.1.1曲柄摇杆机构运动分析275.1.2曲柄滑块机构运动分析295.2机构动力分析 30机构建模366.1各部件的建模366.2 机构的装配37总结38致谢39参考文献40-XI -ff、八 、刖言糕点是我国古老的传统食品，历史悠久、制作考究、花样繁多、造型精 美、营养丰富、质地优良、食用方便，至今仍是人们生活中的调理食品，由于 富有传统文化特色而闻名于世。随着和外国的交流更加密切，西式糕点也流入中国，其造型新颖，风格独 特，口味清新，颠覆了传统糕点在我国人民中的印象。不仅仅在选材，

14、制作方 式，口感方面都给我们一种耳目一新的感觉。而今的糕点的发展更是融合了中 西两种风格，成为新一代的流行美食，深受大众的喜欢，市场占有率极高。糕点作为一种常见的食品，它可以作为早餐、中餐、晚餐，也可以作为主 食。从而，在日常生活中扮演者重要的角色。而今，新世纪的糕点中添加了一 些保健性的药物，在不影响其自身美味的同时还大大提高了它的的营养价值和 药用效果。糕点切片机发展史已经很多年了，对于家居型的糕点切片也是有市场供 应。早就已经发展到了一定的阶段。近几年来，随着经济的飞速发展，人民生 活水平的不断提高。糕点的制作慢慢有家庭小批量的生产趋势，加上糕点庞大 的需求量，价格适宜且功能强大的小作坊

15、型糕点切片机变得非常必须，所以研 究经济适用快速安全的糕点切片机是非常重要的。1 糕点切片机设计概述1.1 糕点切片机的研究现状随着人民生活水平的提高，人们开始追求生活，不仅仅满足于市场，商店 里买到的糕点。而且现在自家制作糕点也不再是难事。制作工具，原料和配料 都容易买到。甚至可以根据自己喜爱的口味，做出软硬适中的糕点，而且还可 以根据自己的想法去设计。面对如今众多的大学生创业，下岗工人的再就业创 业，如此大的糕点市场是个很好的机会。所以，一台价格适宜，容易上手，操 作简单的糕点切片机能给他们在糕点制作的过程中带来很大的便捷。不过现阶 段的糕点切片机在国内主要存在于中大批量生产中。小作坊的糕

16、点切片机在小 批量生产的商店，家用有广大的市场。随着家电机械化程度越来越高，人们不 再停止纯手工劳动。而且针对糕点种类如此之多，质地又软又硬，人工切片有 诸多的不便。而且工作效率比较低，手工切出来的糕点美观程度也不如机器切 的。所以小作坊型糕点切片机变得被人们和市场需要。1.2 糕点切片的设计要求原始数据 ：1）糕点厚度： 520mm；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/ 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）、1390

17、r/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研究糕点输送与切片分离的新的工作原理及结构形式，利用槽轮机构实现 成型后糕点的间歇输送，采用曲柄滑块机构实现糕点的切片与分离动作，以最 大程度地减少动力功耗和总体结构尺寸：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。本设计以配用小型作坊式的糕点切片机装置的输送及切片分离原理，刀片 装置往复运动的特点和所受阻力及糕点的施力方式等，研究糕点切片

18、装置及其 输送部件的运动机理及最佳工作参数，对间歇进料机构和往复切片机构进行优 化设计，达到简化结构，降低功耗，减少成本，提高作业质量为目标。2 设计方案的选择2.1 技术原理 糕点成型（如长方体、圆柱体等）后，须经过切片后才能烘干。 电动机经皮带和齿轮系减速，再用棘轮机构连接一皮带组成糕点的进给机 构，并满足间歇运动的要求。同时通过另外一组皮带轮带动偏置曲柄滑块机构 运动（滑块上带切刀），实现糕点的切片。间歇运动机构与切刀运动机构工作协调，由于每一次切的过程都一样, 从而使每一片糕点的大小都一样。而通过改变间歇运动的速度或间歇的输送距离， 可调整切片的厚度。 .装置结构简捷，操作方便，功能可

19、靠，节能环保。2.2 装置操作将待切的糕点放在传送带要求的位置，接通电源，根据自己需要调节档位 （共四个档位），启动电机，装置便运作起来，待糕点切完之后，继续安放待 切糕点进行批量切割。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；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 槽轮用来实现糕点的直线间歇运动，当主动拨盘上的圆销进入槽轮的槽中 时，拨盘拨动槽轮转动，从而带动传送带直线运动，此时切刀悬置；当圆销没 有进入槽轮的槽中时，槽轮静止，此间歇切刀进行切割。

20、飞轮通过改变不同齿轮组合的传动比来改变间歇运动的速度，进而改变蛋 糕的进给量，调整切片的厚度。图2.1 槽轮+飞轮机构方案二不完全齿轮机构当不完全齿轮上的轮齿与从动轮上轮齿相啮合时，从动轮转动，从而带动传 送带直线运动，此时切刀悬置；当两轮上锁止弧起定位作用时，从动轮静止， 此间歇切刀进行切割。图22不完全齿轮机构方案三棘轮机构棘轮机构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控制和改变这个长度，设棘轮每转动一定角度，糕点就运动一定距离图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。

21、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。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。ZZZ/ZZZZ图2.5偏置曲柄滑块机构2.3.3减速系统蜗杆蜗轮：可以得到很大的传动比，比交错轴齿轮机构紧凑；两轮啮合齿面 间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构；蜗杆传动相当于螺旋传 动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小；具有自锁性。当蜗杆的导程角 小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，

22、机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能 由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。如在其重机械中使用的自锁蜗杆机 构，其反向自锁性可起安全保护作用；传动效率较低，磨损较严重。蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效 率低。另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减 小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装 置，因而成本较高；蜗杆轴向力较大。齿轮机构：是传统和现代机械中应用最为广泛的一种传动机构。优点：工作可靠，使用寿命长；瞬时传动比为常数；传动效率高；结构紧 凑；功率和速度适用范围很广。缺点：齿轮制造需要专用机床和设备，成本较高

23、；精度低时，振动和噪声 较大；不宜用于轴间距离大的传动。皮带机构：带传动是两个或多个带轮之间用带作为挠性拉曳零件的传动，工作时借助零件之间的摩擦（或啮合）来传递运动或动力。优点：能缓和载荷冲击；运行平稳无噪声；制造和安装精度不像啮合传动 那样严格；过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏；可增 加带长以适应中心距较大的工作条件。缺点：有弹性滑动和打滑，使效率降低和不能保持准确的传动比（同步带 传动是靠啮合传动的，所以可保证传动同步）；传递同样大的圆周力时，轮廓 尺寸和轴上的压力都比啮合传动大；带的寿命较短。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结构简

24、单，工作简单，在圆销进入啮合和退出啮合时，传动平 稳。能准确控制传动角度。由于槽轮在启动和停止时加速度变化大，有冲击， 且随槽数减少，转速增高而加剧，因此不适合用于高速场合。此外，槽轮每次转过的角度与槽轮的槽数有关，欲改变转角，则需要改变 槽轮槽数，重新设计槽轮机构，因此槽轮机构多用于不要求经常调整转角的转 位运动中。由于制造工艺，机构尺寸等条件的限制，槽轮的槽数不宜过多，故 每次的转角较大。飞轮机构的许多齿轮来改变速度很复杂，而且不方便实际操 作。故舍弃。不完全齿轮做间歇转动的冲击很小。与其他间歇机构相比，不完全齿轮机 构具有结构简单，设计灵活的特点。主动轮每转一周，从动轮运动的角度，从 动

25、轮停歇的次数及每次停歇的时间，相比棘轮机构和槽轮 +飞轮机构有更宽的范 围。但不完全齿轮机构中的从动齿轮在传动开始和终止时速度有突变，会引起 刚性冲击，只适用于低速轻载的工作场合。故舍弃。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

26、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）其结构由简单的构件和低副组成，具有结构简单，易于制造，成本低廉 的特点。2）构件只建力的传递是通过低副实现的，面接触的低副具有较小的单位面 积承载力，故其机构的承载能力大。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。2.4.3 减速机构的确定涡轮蜗杆机构只能在一定的距离里面产生较大的传动比，所以不适宜

27、用于 连续不停转动，而且机构效率较低，成本较高。皮带能缓和载荷冲击，运行时 平稳、低噪声，制造和安装精度较低，有较强的过载保护作用。所以采用高速 级用皮带传动，低速级用齿轮来作为减速系统。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。3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：520mm现取5,10,15 , 20mmi这四个长度来计算,也就 是说棘轮转动15,30,4

28、5,60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 四杆机构属于平面连杆机构。平面连杆机构的常用设计方

29、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v -1800K +1则A，B，C三点在同一直线上，如图3 2所

30、示。图3.2 v - 0的曲柄摇杆机构简图令 CD=140mm AD=180mm ,BC=160mm ,AB=r 上GDC2,则 AG =160-r , AC2 =160 r ,得 CG 二 2r,cp故 r = 140sin ；2当=15 时，r=18.3mm当=30 时，r=36.2mm当，=45 时，r=53.6mm当=60 时，r=70.0mm。曲柄、不定点存在性的验证：因为r 180 M F将力分解为径向和切向分量，Pnsin ： LFcos： L因F=Pnf，代入得：tan :- f=tan故 j当 f=0.2 时，=11.5，取=20 0图3.6棘轮部分几何尺寸棘轮的其它相关尺寸

31、:齿数z = 24，顶圆直径da = 120mm，模数da um- = 5，z齿间距p =二 m = 15.7mm，齿高h 二 0.75m 二 3.75mm齿顶弦长a = m = 5，齿偏角:=20，棘爪长度L = 2 p 二 31.4mm。323皮带轮的几何尺寸设计摇杆转动=15，糕点即皮带向前移动丨=5mm,则由:嘉=I解得冷=120mm 即皮带轮半径ra = 120mm。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

32、 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。由实验原理可知，d,s,m为已知量。设最长杆为12，最短杆为li，如图3-7 所示。/ J2 - h - d m = h J - d1d2 s2 = l2 -h 2联立上面的式子解得liJ(s + m 2 +d2 一 Jd2 +s22I2.s m? d2 d2s22在这个机构中可以根据角度算的各个边长11 =30mm12 =60mmd = 20mmm =65mm刀片高37mm曲柄滑块机构和棘轮机构轴心距为 267mm图3.7 偏置曲柄滑块机构3.

33、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1390rmin，但我们所需要的转速是 40 r .,所以要减速。/min3.4.2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 r .降到240 r .。齿轮机构将由240r .降到40 r .。/min/ min/ min/ min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：ri w = r2 v21390 * =240 r2r,24r2139由此可以算出电机上皮带轮直径大小r, =36mm ,另一端皮带轮半径大小139r2 二

34、220mm，传动比 i24表3.1 齿轮参数名称齿数模数分度圆半径齿轮z,254mm100mm齿轮z2504mm200mm齿轮z3254mm100mm齿轮z4754mm300mm由上表可计算出齿轮的传动比为:图3.9齿轮传动图4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P=0.55KW，减速后，n = 40由此可以计算出转矩：PT =9550131312N mmn曲柄在两个极限位置时，B点受力为0，B, B2或者B2 B过程中，B点 所受力均是先变大后变小，经分析，当

35、 AB垂直于BC时，B点受力最大。如图 4-1所示，图4.1曲柄受力分析由平衡方程 M A = 0, FBr -T = 0解得Fb =7176N4.1.1弯应力校核曲柄材料采用Q235普通碳钢，其屈服极限 as为235MPa取安全系数 SS =1.5，则许用弯应力 二丄=235/1.5=157MPa。Ss曲柄抗弯模量 W _ M / I - 131312 -836mm ,157取截面尺寸为高h =18mm ,宽b =22mm之矩形钢件，2 2bh 22 183其抗弯模量W1188mm6 6 W W所设计套管抗弯能力足够，可用，尺寸为高 h=18mm,宽b=22mm。4.1.2切应力校核取曲柄的

36、材料为 Q235钢，接合处为圆形截面，取安全系数为SJT.5，则L I - 235/1.5 =157MPa，则圆形截面的最小面积 Smin = F二177二】二，切1574d _dmin -1.2mm，取d =10mm，从而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。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 P =0.55KW，n =1390 rmjn由此可以计算出转矩：PT = 95503800N mmn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，

37、在曲柄滑块机构中，当 BC垂直AB时有最大剪力。 M =0: T -FIAB =0求得：F =126NFS 3F1MPabIz 2A材料为Q235，由于销轴受剪，取安全系数Ss=2.5，销轴的许用切应力为： -1 - 94MPa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。5 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 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

38、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E.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）, Iab =r ,Ibc “60mm,lcD = 120mm, Iad = 180mm。

39、AB为原动件，已知原动件的运动，就 是已知AB杆绕A点转动的角位置为1、角速度J和角加速度：1，由于3个杆 的尺寸约束，Iab、Icd、Ibc距离不变，所以可写出B的位置方程为：(5-1)XB = XA 1 AB COS 1 yB *A Iab Sin 1其中Xa yA 0，Iab = r， AB杆的角位置为1， Xbb可立即计算出来，从而得 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)(5-3)VBx - VAx - 1 AB，1 sin 1VBy - VAy l aB 1 COS 1其中 VAx = VAy - 0aBx

40、 =aAx Iab 12cos 1 Tab： 1Sin 1aBy - aAy -1 a 1 sin 1Ia-1 cos 1其中aAx =aBx =0，根据已知的h和:1，由式（5-2 ）和（5-3 ）就可以求 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，lAB、lCD、lBC的尺寸不变， D（180,0），则有C点的位置方程如下：(5-4)、.( Xb - xc)( yB - yC )- lBCt(xC - XD)( y _ yD )- 1 CD其中由式（5-1 ）中，可求得Xb, yB，又因为Xd

41、=180，所以y =0，所以 由式(5-4)可求得xC, yC。将式(5-4)进行整理：222(XB - XC )( yB - yC ) lBC222(5-5)(XC - XD )(yC - yD)lCD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：(XB - XC )VBx ( yB - yC )VBy = (XB - XC ) VCx (y _ yC )VCyi(5-6)j( XC - XD )VCx ( yC yD )VCy 二(Xc - XD )VDx ( yC _ yD )VDy其中Vbx，VBy已经由式(1-2 )求出，只有Vcx，VCy两个未知数，可求出

42、C 点的速度。C点的加速度方程为：(xb xc)aBx +(yB yc)aBy2 2= (Xb Xc)aCx +(yB yc)acy (Vcx Vbx) - (Vc VBy )(5-7)(Xc XD)acx +(yc y)acy22= (xc 一XD)aDx +(yC 一 yD )aDy 一(VDx 一 VCx) 一(VDy 一 VCy)其中只有acx，acy两个未知数，即可求出C点的加速度。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 lAB=30mm, Ibc =

43、60mm。在该机构中杆 AB和齿轮(减速系统)连接，所以杆 AB为原动COS j sin匚件，已知原动件的运动，就是已知 AB杆绕A点转动的角位置为i、角速度i 和角加速度：i，由于两个杆的尺寸约束，Iab、Ibc距离不变，所以可写出B的 位置方程为：(1)Xb = xa Iab yB = yA lAB其中心=林=0，Iab =30mm，AB杆的角位置;：i， Xb、Yb可立即计算出 来，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：VBx - VAx -AB 1 sin 1 VBy =VAy Ia 1COS ；：1其中 VAx

44、 = VAy = 0 02aBx =aAx Iab 1 COS ：1 lAB1Sin aBy =aAy Iab，1 sin Iab1 cos ;：1其中aAx二aBx =0，根据已知的1和：1，由式(5-2 )和(5-3 )就可以求 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，lBC的尺寸不变。I(Xb - Xc)( Yb - Yc) - Ibc(4)其中由式(1 )中，可求得Xb, Yb，又因为Yc已知，所以可以求出 X，这 样就可以求得xC, yC o将(4)式进行整理得：Xb -Xc)2 (Yb Yc)2

45、lBc( 5)对(5)式进行对时间的一阶导数，即可求得C点的速度方程：(Xb -Xc)vbx (Yb Yc)Vby =(Xb -Xc)Vcx (yYc)Vcy( 6)其中Vbx和VBy已知，滑块在y轴方向速度Vcy为0,只有Vex 一个未知数，所以可 以求出e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：2 2 (Xb -Xc)aBx(Yb-yc)aBy=(Xb-Xe)aex(Yb-yc)acy-(Vex -Vbx)-心 讥丫)其中，aBx，aBy为已知量，并且滑块在 y轴方向没有运动即 弧=0，通过上式 即可求得aex o至此，B, C点

46、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。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 ADAM中建模并仿真，并输出仿真曲

47、线，进行运动分析，分析过程如下：Slcipe. I Min.Max.Avq. I RMS. I P of Points.21.6178 |Q.014828 177111.6370 |13.7029 |101I.1ODEI 2Analyse； Las.1_RunCFrl_Angu iar_V#OC-.h! 9 g一 PiRT i.lar AcWleratic n Llag图5.1摇杆角速度、角加速度uiloln6llal0a().13IT它蓉I-S二！pop/yEFtkiyI凹厂 叮0.0TOC-卫C -2Analysis: La si RunTim i sec0.01S.02011-C-1ft

48、0&:10:S9SlopeIMin:IMax:A?/qIRMSI of Paints Illi21 617Q |0 0143 I26 17?111 6376 |13 7029101 1MOCEL.2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建模并仿真，并输出仿真曲线，进行运动分 析，分析过程如下：.P.ART.CMPoshbnJag.PAffT_i.CI1_veiqcity.Msg.PART4.CMwacm erHian.N sgIn- - - - - MOD nu -D- nu Au 13 2 fud嗣/XLU】旳

49、.甘300 &2EC.U-2CC t -V5.010.0Tma sec1C C s何C -nalpsra UaLRurt5.02C11-O1 0O:2S:16SlopeMinMaxI1RFJSit of Pciitrts II78 3461134 1639 |429 B64 |259 375 1280 35871 ioi 1ncdel_1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， 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 Mi，共计9个。 所以机构的动态静力分析是可解并

50、有唯一一个解。设定原动件1的运动为匀速转动，角速度为糾，我们知道所选构件为同一 种均匀材料，所质心位置就是基本杆的中心位置，通过ADAM鲂析可以求得各 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 F5 是已知外力，所 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和构件3的六

51、个平衡方程，求出转动副C的反力FR23X、FR23y 、 移动副 C 的反力 FR03 x 、 T03 和转动副 B 的反力 FR12 x 、 FR12 y ； 最后利用构 件 1 的三个平衡方程，求出转动副 A 的运动副反力 FR01x、 FR01y 和平衡力矩 M1。在这个曲柄滑块机构中，Mi为平衡力矩，并且作用在主动件1上，所以根据确定出来Mi的最大值可以确定出驱动装置应当能够提供驱动力矩。同时根据 求出的副反力的最大值与已知力F3的比值，可以对机构的传力性能进行评价。在这里由于篇幅问题就不再一一叙述探讨。综上分析：曲线变化基本与理论分析吻合，所以机构符合设计要求。6机构建模6.1各部件的建模图6.2棘轮建模图图6.3曲柄滑块机构建模图6.2机构的装配在完成了蛋糕切片机各个机构、零件的建模之后，接下来我们对各个机构进行装配，装配之后的蛋糕切片机如6-4所示图6.4总体装配图装配后的结构简图如下图所示,