蛋糕切片机设计书

-0-机械原理课程设计说明书题目：糕点切片机指导老师：朱颖学生姓名：张炜龙学号：20082001022所属院系：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机械083班完成日期：2010年7月12日新疆大学机械工程学院2010年7月-1-新疆大学《机械原理课程设计》任务书班级:机械083姓名:张炜龙课程设计题目:糕点切片机课程设计完成内容:设计说明书一份(主要包括:运动方案设计、方案的决策与尺度综合、必要的机构运动分析和相关的机构运动简图)发题日期:2010年7月1日完成日期:2010年7月12日指导教师:朱颖教研室主任:朱颖-2-目录第一章设计任务................................................................31、设计题目................................................................32、设计要求................................................................3第二章机械运动方案的设计及分析决策............................................41、各执行机构的可能方案....................................................42、机最终执行机构与改进措施................................................8第三章机构尺度综合...........................................................101、自动打印机机械运动系统原理简述.........................................102、糕点切片机各机构尺寸设计...............................................11参考文献......................................................................15设计小结......................................................................16-3-第一章设计任务一、设计题目设计题目:糕点切片机糕点先成型（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。二、设计要求（1）糕点厚度：10-20mm。（2）切片长度：15-70mm。（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）生产阻力很小，要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。（6）电机可选用功率0.55KW（或0.75KW）、1390r/min。-4-第二章机械运动方案的设计及分析决策一、各执行机构的可能方案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。（1）实现切刀往复运动的机构：方案一：采用直动导杆机构图2-1-1直动导杆机构如图2-1-1所示，可利用杆3的往复运动来实现切刀的上下往复运动。此连杆机构的优点：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此连杆机构的缺点：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。此机构虽有上下往复运动，但它并没有急回运动特性。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。故放弃。-5-方案二：采用几何封闭凸轮机构图2-1-2几何封闭凸轮机构如图1-1-2所示，可利用构件1绕A点做偏心转动来实现切刀的往复运动。此几何封闭凸轮机构的优点：只要适当地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。机构可承重较大，运动平稳。此几何封闭凸轮机构的缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损。没有急回运动特性，不能够实现切刀下切速度慢而收回速度快的特性。不能够很好的缩短空程的时间，影响效率。故舍弃。方案三：采用偏置曲柄滑块机构图2-1-3偏置曲柄滑块机构-6-如图1-1-3所示，可利用它实现切刀的往复运动。此偏置曲柄滑块机构的优点：机构具有偏心距，具有急回运动特性。机构结构简单，可根据已经给定的尺寸要求设计出机构中各连杆的长度。此机构为连杆机构，具有连杆机构的共同优点。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。改变各构件的相对长度来使从动件得到预期的运动规律。此曲柄滑块机构的缺点：具有连杆机构的共同的缺点，机械效率降低，这是连杆机构所不能避免的。故采用此机构。（2）实现糕点直线间歇移动的机构：方案一：采用棘轮机构图2-2-1棘轮机构如图2-2-1所示，该棘轮机构可实现直线间歇运动。此棘轮机构的优点：棘轮机构的结构简单，制造方便，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。运动角可在工作过程中、并可在较大范围内调整等特点而应用广泛。此棘轮机构的缺点：运动角的调节是有级的、传动精度较差，且棘爪在齿面亡滑行时引起噪音、冲击、齿尖易磨损而不宜用于高速。并且由于知识能力所限，不能将该运用其中，故舍弃。-7-方案二：采用连杆步进输送机构图2-2-2连杆步进输送机构如图2-2-2所示，为一连杆步进输送机构，也可实现直线间歇移动机构。此连杆机构的传输优点：就其理想的运动特性来说，此机构能完全实现直线间歇移动。如果连杆ABCDE设计得当，此机构具有传递平稳，运动精确等优点。此连杆机构的传输缺点：连杆BDC的运动轨迹是一个完全不规则的曲线，在设计连杆机构ABCDE时，要想使连杆和挂钩接触的部分的运动曲线近似为直线，机构中的每个连杆的长度和定位都很难。确定连杆的运动的方法有图解法，解析法和实验法。解析法没有学过，也没接触过，超出我们的能力范围。实验法又不够精确，不能够使其间歇直线运动和切刀的往复运动很好的配合起来。所学过的图解法的知识也不能够得出最终尺寸和方位。故舍弃。方案三：采用摆动导杆机构图2-2-3摆动导杆机构如图2-2-3所示，为摆动导杆机构，是可实现直线间歇移动的机构。此摆动导杆机构的优点：此机构具有急回运动特性，可以根据所需的行程速比系数K来设计，先利-8-用式θ=180°（K-1）/（K+1）求出θ角，然后再设计各杆的尺寸。此机构也是连杆机构，具有连杆机构的共同优点。此摆动导杆机构的缺点：此机构没有间歇特性，只有急会特性，不能够很好的完成直线间歇移动。故舍弃。方案四：采用槽轮机构图2-2-4槽轮机构此槽轮机构的优点：槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位。此槽轮机构的缺点：因传动时存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合，我们所要设计的糕点切片机所要求转速不高，此缺点可以忽略。故比较合理，选用此机构。二、最终执行机构与改进措施（1）实现切刀往复运动机构最初考虑采用直动导杆机构，由于该机构具有简单的构造和运动形式，所以成为了首选目标，但是该机构不能实现急回运动，达不到最优运动效果，所以转而考虑机构。在凸轮机构中，选择了封闭凸轮机构，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,并且该机构对零件的磨损非常厉害，考虑到节能和个人能力的关系，舍弃的该方案。总结了以上两种方案，得出了该机构需要具有急回运动，并要求拥有简单的构造，所以最终定位在了偏置曲柄滑块机构。该机构构建简单，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。改变各构件的相对长度来使从动件得到预期的运动规律。所以实现切刀往复运动的机构选择了偏置曲柄滑块机构（图2-1-3）。（2）实现糕点直线间歇移动机构能够实现直线间歇移动的机构非常之多，考虑到体积轻便，简单易用的角度，-9-最终将方案定格在棘轮机构和槽轮机构之间。对于给定距离的直线间歇运动，棘轮机构和槽轮机构都能很完美的实现。但是在不改变机械构造的条件下改变间歇运动的距离，槽轮机构就很难实现，棘轮机构则反之。但是考虑到最终的机构整合，棘轮机构会涉及到大量复杂计算，这些知识都是目前我所不具备的。考虑到以上几点所以最终选择了槽轮机构。-10-第三章机构尺度综合一、糕点切片机的运动系统原理简述图3-1-1糕点切片机运动简图（1）糕点成型后直接从生产线上被运送到皮带轮的进端（2）拨盘在传动系统（齿轮系）的带动下以240d/s的角速度拨动槽轮，槽轮又带动同轴的皮带轮，皮带也在摩擦力的作用下随着皮带轮一起转动，同时糕点就可在皮带轮的带动下，被切刀切成等厚的薄片（3）切成型后的糕点也随着皮带轮的运动被移出皮带轮。-11-二、糕点切片机各机构尺寸设计（一）偏置曲柄滑块机构：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35mm。考虑到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80mm。这样曲柄滑块机构的高度比较高,所以采用皮带传动。并且该偏置曲柄滑块机构具有的偏心距要大于曲柄长度，故设计偏心距离为40mm。电动机皮带传动齿轮减速传动槽轮传动皮带传动传送履带刀具-12-图3-1-1偏置曲柄滑块机构（二）槽轮机构：拨盘半径为25cm，槽轮半径为18cm。设计完成尺寸如下图所示图3-2-1槽轮机构-13-（三）皮带传动及齿轮设计本机构由电动机提供的初始转动速度为1390r/min，而最终切片的速度为40次/分钟，所以要进行减速。减速机构包括皮带轮及齿轮机构。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:（1）皮带轮传动设计：图3-3-1皮带轮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.（2）齿轮系设计图3-3-2减速齿轮系经皮带减速后的转速为240r/min,而需要的转速40r/min。因此还需要的传动比为6/1,选用的齿轮为标准齿轮。-14-表3-3-1直齿轮参数表名称齿数模数分度圆直径齿轮z1254mm100mm齿轮z2504mm200mm齿轮z2'254mm100mm齿轮z3754mm300mm（3）刀具运动传动与糕点直线移动传动图3-3-3皮带轮传动这两个运动分别由皮带轮实现。由于两侧传动圆半径相等，所以传动比i=1，即只起到传递等速运动的效果。（四）运动循环表表3-4-1运动循环糕点移动15mm静止槽轮转动90°静止切刀未切入糕点切入糕点齿轮持续转动-15-参考文献[1]孙桓,陈作模.机械原理.第七版.高等教育出版社.[2]穆塔里夫.机械原理课程设计指导书.新疆大学.[3]罗恭添.机械原理课程设计指导书[M].北京：高等教育出版社，1986.[4]李方伟,孙怀安,李团结.机械原理辅导[M].西安：西安电子科技.大学出版社，2