糕點切片機課程設計 說明書.doc

機械原理課程設計說明書設計題目： 糕點切片機 學 院： 車輛與能源學院 班 級： 14級車輛工程1班 學生姓名： 郝益 王玉杰 李澤眾 指導教師： 宜亞麗 2016 年 6月 22 日數(shù)據(jù)糕點厚度。1020mm；糕點切片長度（亦即切片的高）范圍。580 mm；切刀切片時最大作用距離（亦即切片的寬度方向）300 mm；切刀工作節(jié)拍。40次/min；電動機可選用0.55kw（或0.75kw）、1390/min。設計要求1）通過調(diào)整進給的距離，達到切出不同厚度糕點的需要；2）要確保進給機構與切片機構協(xié)調(diào)工作，全部送進運動應在切刀返回過程中完成，輸送運動必須在切刀完全脫離切口后方能開始進行；3）選用的機構簡單、輕便、運動靈活可靠。項目組成員及分工組內(nèi)成員成員分工郝益說明書整理及工作協(xié)調(diào).三維建模王玉杰圖解法（速度.加速度及力分析）李澤眾解析法（建立速度.加速度及力分析解析式） 目 錄 一.工作原理.1二.運動循環(huán)圖1三.各部分機構選型.評定及選擇21、切刀往返運動設計2 2、傳送帶的間歇移動3 3、減速方案設計3四.傳動機構的尺寸設計及計算3 1、切刀設計與數(shù)據(jù)3 2、糕點間歇運動設計4 3、切刀與棘輪的協(xié)調(diào)運動計算4 4、減速傳動設計5 5、糕點傳送帶設計6 五.機構運動學分析7六.誤差分析15七.參考文獻15 八.心得.15 附件1 自評分 附件2 MATLAB程序 附件3 三維模型圖片I一.工作原理糕點切片機的工作原理，主要是實現(xiàn)糕點的直線間歇給進運動與切刀的往復切削運動，如下圖所示，這兩個運動要協(xié)調(diào)進行，所以我先對電動機進行調(diào)速，再分別輸出切刀與傳送帶給。在這里切刀的工作節(jié)拍與糕點傳送帶的傳送速度通過減速齒輪來實現(xiàn)，從而達到40r/min。而傳送帶的步進移動由棘輪來完成，切刀的往返運動由曲柄滑塊來實現(xiàn)。二.運動循環(huán)圖三.各部分機構選型.評定及選擇1、切刀往返運動設計 1）切刀的往返直線運動可采用連桿機構、齒輪齒條、凸輪機構組合機構等來完成，對于切刀的往返運動我們一開始想到的用凸輪機構來實現(xiàn)。如下圖1所示，凸輪的擠壓運動與彈簧的復位運動使切刀不斷的上下往返運動。之所以選擇該機構是因為只要適當?shù)脑O計出凸輪的輪廓曲線，就能使推桿得到預期的各項運動規(guī)律，并且機構簡單緊湊，可承受載荷較大，運動平穩(wěn)。但后來發(fā)現(xiàn)該機構為點、線接觸，易磨損，下刀快，收刀慢的效果，使得糕點切口不平滑，所以我們放棄了該方案。2）經(jīng)過一定的分析與思考，我們決定使用連桿機構來實現(xiàn)我們的目的，其結構如下圖2所示，轉輪帶動桿的運動從而實現(xiàn)切刀的上下往返運動。之所以想到連桿機構來實現(xiàn)是因為想到連桿機構結構簡單，且為低副機構，運動副為面接觸，壓強小，所承載能力大，耐沖擊，制造簡單。解決了上一個方案的難題。 2、傳送帶的間歇移動 要實現(xiàn)傳送帶的間歇移動可選擇的機構有槽輪機構、棘輪機構、齒輪機構等。在選定機構之前我們讓我們先來看看以上四種機構的特點。首先說說槽輪機構，槽輪機構結構簡單，易加工，工作可靠，轉角準確，機械效率高。但是其動程不可調(diào)節(jié)，轉角不能太小，槽輪在起、停時的加速度大，有沖擊，并隨著轉速的增加或槽輪槽數(shù)的減少而加劇，故不宜用于高速，多用來實現(xiàn)不需經(jīng)常調(diào)節(jié)轉位角度的轉位運動。之后是棘輪機構，這里我們只介紹齒式棘輪機構，齒式棘輪機構結構簡單，制造方便；動與停的時間比可通過選擇合適的驅(qū)動機構實現(xiàn)。該機構的缺點是動程只能作有級調(diào)節(jié)；噪音、沖擊和磨損較大，故不宜用于高速。最后說說不完全齒輪機構，不完全齒輪機構結構簡單、制造容易、工作可靠，從動輪運動時間和靜止時間可在較大范圍內(nèi)變化。但是從動輪在開始進入嚙合與脫離嚙合時有較大沖擊，故一般只用于低速，輕載場合。而對于糕點切片機中傳送，不僅要滿足間歇移動的要求，而且又要切出不同厚度的糕點。所以根據(jù)我們對以上3種機構的介紹只有齒式棘輪機構能滿足設計要求。（槽輪機構） （齒式棘輪機構） （不完全齒輪機構）圖3、間歇移動機構示圖3.減速方案設計 這里我用了兩級減速方案，第一級減速為電動機帶動的皮帶減速，第二級為減速齒輪減速。之所以這樣設計是有原因的，第一級用皮帶減速可以減少制造工料，從而減少生產(chǎn)成本；而第二級不用皮帶減速改用減速齒輪減速是為了糕點切片機中切刀與傳送帶更好的協(xié)調(diào)動作，如果改用皮帶傳送就不能保證生產(chǎn)過程中不出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，從而影響切出糕點的厚度與進刀時間。四.傳動機構的尺寸設計及計算1.切刀設計與數(shù)據(jù)如右圖為切刀的設計示意圖。由于糕點的最大厚度為20mm，考慮到切刀與傳送帶的配合，所以切刀的上下往返運動的距離要大于20mm才能滿足設計需求。為了給糕點足夠的傳送時間,設計刀的行程為60mm,即曲柄長30mm；刀的高度設為37mm。考慮到衛(wèi)生問題,刀不能縮到滑塊的軌道里去,所以設計滑塊的長度為65mm；又設計連接桿的長度為120mm。這樣曲柄滑塊機構的高度比較高,所以采用皮帶傳動。又切刀應能剛好切斷糕點,綜合曲柄滑塊和棘輪機構的尺寸,我們得出曲柄滑塊機構和棘輪機構軸心距為250mm。 2.糕點間歇運動設計 如右圖所示為棘輪帶動的間歇運動圖，棘輪機構主要是執(zhí)行糕點的進給運動,每一次的運動距離就是所切糕點的長度。為了更好的控制和改變這個長度,設棘輪每轉動一定角度,糕點運動20mm,設棘輪共有24個齒,既每齒代表15度。于是一共有四檔,即20,40,60,80mm,也就是說棘輪轉動15,30,45,60度。對于棘輪的轉動,設計一個曲柄搖桿機構推動棘輪旋轉。于是棘輪的旋轉角度就可以轉化為搖桿的擺角。即15,30,45,60度。在棘輪外加裝一個棘輪罩，用以遮蓋搖桿擺角范圍內(nèi)棘輪上的一部分齒。這樣，當搖桿順時針搖動時，棘爪先在罩上滑動，然后才嵌入棘輪的齒槽中推動其轉動。被罩遮住的齒越多，則棘輪每次轉動的角度就越小。棘輪罩設置四個轉角分別為15，30，45，60度。設有槽的圓盤直徑為150mm,棘輪半徑為100mm,在搖桿上裝一個棘爪, 棘爪推動棘輪旋轉,棘輪上再固定一個皮帶輪用以帶動皮帶旋轉。由運動距離可以得出皮帶輪的直徑為153mm, 這樣棘輪機構就設計完了。 圖5、棘輪設計示意圖3.切刀與棘輪的協(xié)調(diào)運動計算 整個機器的關鍵就在于切刀運動與糕點傳送運動之間的協(xié)調(diào),因此需要詳細計算。依據(jù)零件尺寸，作圖計算得出：推動棘輪的曲柄搖桿機構的行程速比系數(shù)為：k=1；又工作周期為1.5秒，則搖桿推程時間為：0.75秒，回程時間為：0.75秒。因此，切刀在0.75秒的時間內(nèi)不能接觸糕點（最大厚度為20mm）,而在0.75秒的時間里切刀應完成切糕點的動作并離開糕點表面即切刀在糕點外運動的時間應大于0.75秒據(jù)此驗證切刀的曲柄滑塊機構的尺寸計算得切刀在20mm以上的高度運動時間為1秒，滿足設計要求4。減速傳動設計 需要將1390r/min的電動機減速為40r/min的輸出，則可以設計第一級皮帶減速減為240r/min，第二級齒輪減速減為40r/min。 1）對于皮帶減速 由于兩相連傳送輪的傳送是相等的，所以有R1*V1=R2*V2，即有1390*R1=240*R2，得出傳動比為i1=R1/R2=24/139圖6、減速皮帶設計圖 2)對于齒輪組減速 我設計的齒輪組為2次減速的，加上與皮帶輪的結合，總共就有3次減速。要使轉速從240r/min減為40r/min，那我可以設為3段減速，先從240r/min到200r/min，再從200r/min到120r/min，最后從120r/min到40r/min。則有第一次減速：R3*V2=r1*v1，帶入數(shù)據(jù)得到傳動比為i2=R1/r1=5/6；第二次減速：r1*v1=r2*v2,帶入數(shù)據(jù)得到傳動比為i3=r1/r2=3/5;第三次減速：r3*v2=r4*v4,帶入數(shù)據(jù)得到傳動比i3=r3/r4=1/3圖7、減速齒輪組示意圖5.糕點傳送帶設計 由于糕點傳送帶是由棘輪等角速度帶動運動的，因此根據(jù)我們設計的棘輪有五個檔位分別對應0、15、30、45、60，則對應糕點的厚度為10、12.5、15、17.5、20,即每兩相鄰的檔位對應的糕點傳送帶傳動為2.5mm，則得出傳送帶輪的圓周為60mm，再進一步計算得出傳送帶輪的半徑r5=9.5mm圖8、傳動皮帶示意圖切刀所在曲柄滑塊機構的尺寸為：曲柄長30mm；連接桿長120mm；滑塊長65mm；刀片高37mm；曲柄滑塊機構和棘輪機構軸心距為250mm。棘輪所在曲柄搖桿機構:曲柄長46mm;連桿長120mm;搖桿長100mm;棘輪半徑86mm；棘輪齒數(shù)24個;皮帶輪直徑153mm; 皮帶減速機構：電機上的皮帶輪R1=24mm；另一個皮帶輪R2=139mm；傳動比i1=24/139;與R2等角速度的齒輪齒數(shù)為20，模數(shù)為4mm，分度圓為80mm；名稱齒數(shù)模數(shù)分度圓齒輪r1244mm96mm齒輪r2404mm160mm齒輪r3204mm80mm齒輪r4604mm240mm齒輪組減速機構：糕點傳送帶輪的半徑：r5=9.5mm五.機構運動學分析76. 誤差分析圖解法：由于作圖不精確，工具損耗以及測量不準確等人為因素，或非人為因素的影響會對計算結果造成不同程度的影響。因此圖解法所得運算結果不能保證十分精確，與實際理論值應有允許范圍內(nèi)的偏差。七.參考文獻安子軍主編.機械原理.北京國防工業(yè)出版社2015 百度文庫八.心得 郝益：一周下來，總算基本了完成設計要求。在看到這個設計題目是，感覺很簡單，根本沒有把它當回事。無非就是為了完成兩個動作而已：糕點的直線間歇移動和切刀的上下往返運動。但是在剛開始的設計方案中我才發(fā)現(xiàn)，簡單或困難是對不同的人而言的，由于我自身缺乏相關的軟件計算知識，在這些過程中我們深刻地認識到了自己在知識的理解和接受應用方面的不足，在今后的學習過程中我們會更加努力和團結。遇到不懂的地方要和同學共同攻克難關！由于本次設計是分組的，自己獨立設計的東西不多，但在通過這次設計之后，我想會對以后自己獨立設計打下一個良好的基礎。雖然，最后完成了設計，過程很辛苦。但我覺得自己這次的收獲很多，最主要的是精神上的收獲：這次課程設計，讓我知道了學無止境的道理，我們每一個人永遠不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你，挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有；讓我懂得了合作的可貴，一個人的力量是有限的，只有集合大家的力量才能把一件事完成的更好。這次課程設計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶。 王玉杰：一周的機械原理課程設計就要結束了。這是我第一次把所學的知識和應用聯(lián)系起來。從選題到定方案，優(yōu)化方案到結構圖的繪制，到3D的制做、說明書的編寫，都由我們自導自演。其中有過困難，有過挫折，但我們都克服過來了。創(chuàng)新和解決問題的能力在這一次的課程設計中都得到了提高。無論我們的設計是怎樣一個水平，我想我們已得到了最寶貴的東西，邁出了可貴的第一步。最后，我知道自動化之所以發(fā)展的那么快是有原因的。就如這次課程設計，如果我們選擇兩個電動機作為動力輸出，分別控制切刀的切割運動與糕點的間歇移動，再用C語言或PLC編程，控制兩電動機的運動，只要把握好兩點電機的協(xié)調(diào)運動時間，就能夠?qū)崿F(xiàn)設計中切刀與糕點的協(xié)調(diào)配合，根本不需要計算切刀時間與位移的運動圖以及棘輪時間與轉動角的運動圖。這樣設計過程就變的簡單多了！李澤眾：短暫的五天課程設計已經(jīng)結束了，仔細回想起來,經(jīng)驗教訓遠遠多于收獲。在這