糕点切片机课程设计 说明书

1、机械原理课程设计说明书设计题目： 糕点切片机 学 院： 车辆与能源学院 班 级： 14级车辆工程1班 学生姓名： 郝益 王玉杰 李泽众 指导教师： 宜亚丽 2016 年 6月 22 日数据糕点厚度。1020mm；糕点切片长度（亦即切片的高）范围。580 mm；切刀切片时最大作用距离（亦即切片的宽度方向）300 mm；切刀工作节拍。40次/min；电动机可选用0.55kw（或0.75kw）、1390/min。设计要求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

2、；3）选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。项目组成员及分工组内成员成员分工郝益说明书整理及工作协调.三维建模王玉杰图解法（速度.加速度及力分析）李泽众解析法（建立速度.加速度及力分析解析式） 目 录 一.工作原理.1二.运动循环图1三.各部分机构选型.评定及选择21、切刀往返运动设计2 2、传送带的间歇移动3 3、减速方案设计3四.传动机构的尺寸设计及计算3 1、切刀设计与数据3 2、糕点间歇运动设计4 3、切刀与棘轮的协调运动计算4 4、减速传动设计5 5、糕点传送带设计6 五.机构运动学分析7六.误差分析15七.参考文献15 八.心得.15 附件1 自评分 附件2 MATLAB程序 附件3

3、 三维模型图片一.工作原理糕点切片机的工作原理，主要是实现糕点的直线间歇给进运动与切刀的往复切削运动，如下图所示，这两个运动要协调进行，所以我先对电动机进行调速，再分别输出切刀与传送带给。在这里切刀的工作节拍与糕点传送带的传送速度通过减速齿轮来实现，从而达到40r/min。而传送带的步进移动由棘轮来完成，切刀的往返运动由曲柄滑块来实现。二.运动循环图三.各部分机构选型.评定及选择1、切刀往返运动设计 1）切刀的往返直线运动可采用连杆机构、齿轮齿条、凸轮机构组合机构等来完成，对于切刀的往返运动我们一开始想到的用凸轮机构来实现。如下图1所示，凸轮的挤压运动与弹簧的复位运动使切刀不断的上下往返运动。

4、之所以选择该机构是因为只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线，就能使推杆得到预期的各项运动规律，并且机构简单紧凑，可承受载荷较大，运动平稳。但后来发现该机构为点、线接触，易磨损，下刀快，收刀慢的效果，使得糕点切口不平滑，所以我们放弃了该方案。2）经过一定的分析与思考，我们决定使用连杆机构来实现我们的目的，其结构如下图2所示，转轮带动杆的运动从而实现切刀的上下往返运动。之所以想到连杆机构来实现是因为想到连杆机构结构简单，且为低副机构，运动副为面接触，压强小，所承载能力大，耐冲击，制造简单。解决了上一个方案的难题。 2、传送带的间歇移动 要实现传送带的间歇移动可选择的机构有槽轮机构、棘轮机构、齿轮机构等。

5、在选定机构之前我们让我们先来看看以上四种机构的特点。首先说说槽轮机构，槽轮机构结构简单，易加工，工作可靠，转角准确，机械效率高。但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不宜用于高速，多用来实现不需经常调节转位角度的转位运动。之后是棘轮机构，这里我们只介绍齿式棘轮机构，齿式棘轮机构结构简单，制造方便；动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构实现。该机构的缺点是动程只能作有级调节；噪音、冲击和磨损较大，故不宜用于高速。最后说说不完全齿轮机构，不完全齿轮机构结构简单、制造容易、工作可靠，从动轮运动时间和静止时间可在较大范围内变化。但

6、是从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大冲击，故一般只用于低速，轻载场合。而对于糕点切片机中传送，不仅要满足间歇移动的要求，而且又要切出不同厚度的糕点。所以根据我们对以上3种机构的介绍只有齿式棘轮机构能满足设计要求。（槽轮机构） （齿式棘轮机构） （不完全齿轮机构）图3、间歇移动机构示图3.减速方案设计 这里我用了两级减速方案，第一级减速为电动机带动的皮带减速，第二级为减速齿轮减速。之所以这样设计是有原因的，第一级用皮带减速可以减少制造工料，从而减少生产成本；而第二级不用皮带减速改用减速齿轮减速是为了糕点切片机中切刀与传送带更好的协调动作，如果改用皮带传送就不能保证生产过程中不出现打滑现象，从

7、而影响切出糕点的厚度与进刀时间。四.传动机构的尺寸设计及计算1.切刀设计与数据如右图为切刀的设计示意图。由于糕点的最大厚度为20mm，考虑到切刀与传送带的配合，所以切刀的上下往返运动的距离要大于20mm才能满足设计需求。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120mm。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250mm。 2.糕点间歇运动设计 如右图所示

8、为棘轮带动的间歇运动图，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

9、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。 图5、棘轮设计示意图3.切刀与棘轮的协调运动计算 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.

10、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的尺寸计算得切刀在20mm以上的高度运动时间为1秒，满足设计要求4。减速传动设计 需要将1390r/min的电动机减速为40r/min的输出，则可以设计第一级皮带减速减为240r/min，第二级齿轮减速减为40r/min。 1）对于皮带减速 由于两相连传送轮的传送是相等的，所以有R1*V1=R2*V2，即有1390*R1=240*R2，得出传动比为i1=R1/R2=24/139图6、减速皮带设计图 2)对于齿轮组减速 我设计的齿轮组为2次减速的，加上与皮带轮的结合，总共就有3次减

11、速。要使转速从240r/min减为40r/min，那我可以设为3段减速，先从240r/min到200r/min，再从200r/min到120r/min，最后从120r/min到40r/min。则有第一次减速：R3*V2=r1*v1，带入数据得到传动比为i2=R1/r1=5/6；第二次减速：r1*v1=r2*v2,带入数据得到传动比为i3=r1/r2=3/5;第三次减速：r3*v2=r4*v4,带入数据得到传动比i3=r3/r4=1/3图7、减速齿轮组示意图5.糕点传送带设计 由于糕点传送带是由棘轮等角速度带动运动的，因此根据我们设计的棘轮有五个档位分别对应0、15、30、45、60，则对应糕点

12、的厚度为10、12.5、15、17.5、20,即每两相邻的档位对应的糕点传送带传动为2.5mm，则得出传送带轮的圆周为60mm，再进一步计算得出传送带轮的半径r5=9.5mm图8、传动皮带示意图切刀所在曲柄滑块机构的尺寸为：曲柄长30mm；连接杆长120mm；滑块长65mm；刀片高37mm；曲柄滑块机构和棘轮机构轴心距为250mm。棘轮所在曲柄摇杆机构:曲柄长46mm;连杆长120mm;摇杆长100mm;棘轮半径86mm；棘轮齿数24个;皮带轮直径153mm; 皮带减速机构：电机上的皮带轮R1=24mm；另一个皮带轮R2=139mm；传动比i1=24/139;与R2等角速度的齿轮齿数为20，模

13、数为4mm，分度圆为80mm；名称齿数模数分度圆齿轮r1244mm96mm齿轮r2404mm160mm齿轮r3204mm80mm齿轮r4604mm240mm齿轮组减速机构：糕点传送带轮的半径：r5=9.5mm五.机构运动学分析6. 误差分析图解法：由于作图不精确，工具损耗以及测量不准确等人为因素，或非人为因素的影响会对计算结果造成不同程度的影响。因此图解法所得运算结果不能保证十分精确，与实际理论值应有允许范围内的偏差。七.参考文献安子军主编.机械原理.北京国防工业出版社2015 百度文库八.心得 郝益：一周下来，总算基本了完成设计要求。在看到这个设计题目是，感觉很简单，根本没有把它当回事。无非

14、就是为了完成两个动作而已：糕点的直线间歇移动和切刀的上下往返运动。但是在刚开始的设计方案中我才发现，简单或困难是对不同的人而言的，由于我自身缺乏相关的软件计算知识，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。遇到不懂的地方要和同学共同攻克难关！由于本次设计是分组的，自己独立设计的东西不多，但在通过这次设计之后，我想会对以后自己独立设计打下一个良好的基础。虽然，最后完成了设计，过程很辛苦。但我觉得自己这次的收获很多，最主要的是精神上的收获：这次课程设计，让我知道了学无止境的道理，我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，

15、一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你，挫折是一份财富，经历是一份拥有；让我懂得了合作的可贵，一个人的力量是有限的，只有集合大家的力量才能把一件事完成的更好。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆。 王玉杰：一周的机械原理课程设计就要结束了。这是我第一次把所学的知识和应用联系起来。从选题到定方案，优化方案到结构图的绘制，到3D的制做、说明书的编写，都由我们自导自演。其中有过困难，有过挫折，但我们都克服过来了。创新和解决问题的能力在这一次的课程设计中都得到了提高。无论我们的设计是怎样一个水平，我想我们已得到了最宝贵的东西，迈出了可贵的第一步。最后，我知道自动化之所以发展的那么快是有原因的。就如这次课程设计，如果我们选择两个电动机作为动力输出，分别控制切刀的切割运动与糕点的间歇移动，再用C语言或PLC编程，控制两电动机的运动，只要把握好两点电机的协调运动时间，就能够实现设计中切刀与糕点的协调配合，根本不需要计算切刀时间与位移的运动图以及棘轮时间与转动角的运动图。这样设计过程就变的简单多了！ 李泽众：短暂的五天课程设计已经结束了，仔细回想起来,经 验教训远远多于收获。