自動切菜機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 課程名稱：機(jī)械設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 自動切菜機(jī)設(shè)計(jì) 院 系： 機(jī)械工程系 一 設(shè)計(jì)簡介隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，自動化技術(shù)已經(jīng)廣泛用于家庭生活的各個(gè)方面。采用自動化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴(kuò)展人的器官功能，極大地提高勞動生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類認(rèn)識世界和改造世界的能力。自動切菜機(jī)就能把人們從繁重的家務(wù)活動中解脫出來，給予人們更多地休息時(shí)間。讓生活更美好。二 設(shè)計(jì)任務(wù)（一） 設(shè)計(jì)題目：自動切菜機(jī)（二） 工作設(shè)計(jì)及工藝的動作過程 電動機(jī)經(jīng)皮帶和齒輪系減速后，達(dá)到30轉(zhuǎn)/分。再用棘輪機(jī)構(gòu)連接一皮帶組成菜品的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，并滿足間歇運(yùn)動的要求。同時(shí)通過另外一組皮帶輪帶動曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動（滑塊上帶切刀），實(shí)現(xiàn)菜品的切割。間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)與切刀運(yùn)動機(jī)構(gòu)工作協(xié)調(diào)。由于每一次切的過程都一樣,從而使每一片菜品的大小都一樣。而通過改變進(jìn)給的距離，可調(diào)整切片的厚度。（三）機(jī)構(gòu)的一些尺寸1)菜品厚度：1020mm。 2)菜品切片長度（即切片高）范圍：520mm 。3)切刀切片時(shí)最大作用距離（亦即切片寬度方向）：300mm。 4)切刀工作節(jié)拍：30次/min。 主要設(shè)計(jì)要求是：（1）通過調(diào)整進(jìn)給的距離，達(dá)到切出不同厚度菜品的需要。（2）要確保進(jìn)給機(jī)構(gòu)與切片機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作，全部送進(jìn)運(yùn)動應(yīng)在切刀返回過程中完成，輸送運(yùn)動必須在切刀完全脫離切口后方能開始進(jìn)行。 （四）電機(jī)的選擇在我國，電源頻率為50赫，ns=60f/P（旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速交流頻率/定子的極數(shù) ）。所以三相交流電機(jī)中一對極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，三相交流電機(jī)中兩對極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，余類推。異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速之差（稱為轉(zhuǎn)差）通常在10%以內(nèi)。由于我們要求的電機(jī)的轉(zhuǎn)速為150r/min。故不能選擇交流異步電機(jī)。最后我們決定選用轉(zhuǎn)速為150r/min，功率0.55KW的它勵式直流電機(jī)。三 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案選擇切刀的往復(fù)直線移動可采用連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪齒條、組合機(jī)構(gòu)等；菜品的直線間歇運(yùn)動可選擇連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)等。1、實(shí)現(xiàn)切刀往復(fù)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)方案一：如上圖所示，可利用最短桿的圓周運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)切刀的上下往復(fù)運(yùn)動。 此連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：1. 運(yùn)動副為低副，低副的兩運(yùn)動副位面接觸，壓強(qiáng)較小，可以承受較大的載荷，并且有利于潤滑，運(yùn)動副的集合形狀比較簡單，便于加工制造。2. 當(dāng)原動件運(yùn)動規(guī)律不變時(shí)，可以改變各構(gòu)件的長度從而使從動件得到不同的運(yùn)動規(guī)律。3. 連桿上各點(diǎn)的軌跡是不同形狀的曲線，其形狀還隨著各構(gòu)件相對長度的改變而改變，從而得到形式眾多的連桿曲線，我們可以利用這些曲線來滿足不同曲線的設(shè)計(jì)要求。 吃連桿結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：1. 連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動必須經(jīng)過中間構(gòu)件進(jìn)行傳遞，傳遞路程較長，易產(chǎn)生較大的誤差累計(jì)，使機(jī)械效率較低。2. 此機(jī)構(gòu)雖然有上下往復(fù)運(yùn)動，但它沒有急回運(yùn)動特性。不能夠?qū)崿F(xiàn)切刀下切速度慢而收回速度快的特性，也不能夠很好的縮短空程的時(shí)間，影響效率。故放棄。方案二：如下圖所示，該機(jī)構(gòu)為封閉的凸輪機(jī)構(gòu)?？衫猛馆喌霓D(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)切刀的往復(fù)運(yùn)動。 此幾何凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：1. 只要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律，而且機(jī)構(gòu)簡單緊湊。2. 凸輪機(jī)構(gòu)可承重較大，運(yùn)動平穩(wěn)。此機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)：1. 圖輪廓線與推桿之間為點(diǎn)、線接觸，易磨損。2. 沒有急回運(yùn)動特性，不能夠?qū)崿F(xiàn)切刀下切速度快二上提速度快的特性。不能夠很好的縮短空程的時(shí)間，影響效率，因此舍棄該方案。方案三如下圖所示，該機(jī)構(gòu)為偏執(zhí)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，可以利用它實(shí)現(xiàn)切刀的往復(fù)運(yùn)動。此曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：1. 由于偏執(zhí)滑塊機(jī)構(gòu)具有偏心距，所以該機(jī)構(gòu)具有很好的急回運(yùn)動特性。2. 該機(jī)構(gòu)較為簡單，可根據(jù)已經(jīng)給定的尺寸要求設(shè)計(jì)出機(jī)構(gòu)各連桿的長度。3. 此機(jī)構(gòu)為連桿機(jī)構(gòu)，可以承受較大的載荷，并且有利于潤滑，運(yùn)動副幾何結(jié)構(gòu)比較簡單，便于加工制造。改變各構(gòu)件的相對長度來使從動件得到預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律。綜上所述，選擇方案三是一個(gè)比較不錯的選擇。 令該偏執(zhí)滑塊機(jī)構(gòu)的偏距e=10mm。此機(jī)構(gòu)主要是執(zhí)行切刀的上下往復(fù)運(yùn)動。由于所切的菜品厚度最大為30mm，所以切刀在30mm之上運(yùn)動時(shí)，菜品才能運(yùn)動。為了給菜品足夠的傳送時(shí)間，設(shè)計(jì)切刀的行程為2倍菜品的最大厚度，即為C1C2長度等于60mm。設(shè)刀片高為40mm，刀片不能回縮到滑塊軌道上，所以滑塊長度應(yīng)大于C1C2，取滑塊長度為65mm?？梢粤钋鶤B長度為25mm，BC長度為60mm。極為夾角為：cos a=（BC-AB）+(AB+BC)-C1C2/2(BC-AB)*(AB+BC)=0.815a=arc cos0.815=35.4綜上：曲柄長25mm；連桿長60mm；偏距10mm；刀片高40mm；刀片所在滑塊長65mm；極位夾角a=35.4；2.實(shí)現(xiàn)菜品直線間歇運(yùn)動的機(jī)構(gòu)方案一：如下圖所示，為一連桿步進(jìn)輸送機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)直線間歇移動。此連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：1. 此機(jī)構(gòu)能夠完全實(shí)現(xiàn)直線間歇移動。2. 如果連桿的尺寸角度設(shè)計(jì)得當(dāng)，此機(jī)構(gòu)具有傳遞平穩(wěn)，運(yùn)動精確的優(yōu)點(diǎn)。此連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)：1. 連桿BCD運(yùn)動的軌跡是一個(gè)完全不規(guī)則的曲線,再設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)ABCDE時(shí)，要想使連桿和掛鉤接觸的部分的運(yùn)動曲線近似為直線，機(jī)構(gòu)中每個(gè)連桿的長度的定位都比較困難。不容易計(jì)算得出最終的尺寸和方位。舍棄該方案。方案二：如下圖，該方案采用槽輪機(jī)構(gòu)此機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：1. 對于菜品的傳送，槽輪機(jī)構(gòu)能夠完全實(shí)現(xiàn)直線間歇運(yùn)動。2. 槽輪機(jī)構(gòu)也比較實(shí)用，容易計(jì)算，運(yùn)動也比較精確。該槽輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)： 如果使用槽輪機(jī)構(gòu)的話，則很難改變被切菜品的厚度，如果中間搭配齒輪減速器來改變速度的話又顯得復(fù)雜。故舍棄該方案。方案三：如下圖，選擇棘輪機(jī)構(gòu)： 該棘輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有： 棘輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，其機(jī)械效率高，并能較為平穩(wěn)地，間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位，能實(shí)現(xiàn)菜品厚度的調(diào)節(jié)，故采用此機(jī)構(gòu)。棘輪機(jī)構(gòu)主要是執(zhí)行菜品的進(jìn)給運(yùn)動,每一次的運(yùn)動距離就是所切菜品的長度。為了更好的控制和改變這個(gè)長度,設(shè)棘輪每轉(zhuǎn)動一定角度,菜品運(yùn)動20mm,設(shè)棘輪共有24個(gè)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(zhuǎn)動15,30,45,60度。對于棘輪的轉(zhuǎn)動,設(shè)計(jì)一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)推動棘輪旋轉(zhuǎn)。于是棘輪的旋轉(zhuǎn)角度就可以轉(zhuǎn)化為搖桿的擺角。即15,30,45,60度。在棘輪外加裝一個(gè)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(dāng)搖桿順時(shí)針搖動時(shí)，棘爪先在罩上滑動，然后才嵌入棘輪的齒槽中推動其轉(zhuǎn)動。被罩遮住的齒越多，則棘輪每次轉(zhuǎn)動的角度就越小。棘輪罩設(shè)置四個(gè)轉(zhuǎn)角分別為15，30，45，60度。設(shè)有槽的圓盤直徑為150mm,棘輪半徑為100mm,在搖桿上裝一個(gè)棘爪, 棘爪推動棘輪旋轉(zhuǎn),棘輪上再固定一個(gè)皮帶輪用以帶動皮帶旋轉(zhuǎn)。其尺寸為:棘輪半徑100mm;棘輪齒數(shù)24個(gè); 設(shè)曲柄和搖桿與地面兩定點(diǎn)的距離為175mm，搖桿的最大擺角為75。搖桿長度為200。設(shè)曲柄長為x，連桿長為y?？傻梅匠蹋篶osA= 175+100-（x+y）/2*175*100；cosB= 175+100-（y-x）/2*175*100；B=75；解得：x=50；y=210；所以有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)尺寸:曲柄長50mm;連桿長210mm;搖桿長200mm;依據(jù)零件尺寸，作圖計(jì)算得出：推動棘輪的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)為：k=1；又工作周期為2秒，則搖桿推程時(shí)間為：1秒，回程時(shí)間為：1秒。因此，切刀在1秒的時(shí)間內(nèi)不能接觸菜品（最大厚度為20mm）,而在1秒的時(shí)間里切刀應(yīng)完成切菜品的動作并離開菜品表面。即切刀在菜品外運(yùn)動的時(shí)間應(yīng)大于1秒據(jù)此驗(yàn)證切刀的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸。計(jì)算得切刀在20mm以上的高度運(yùn)動時(shí)間大于1秒，所以滿足設(shè)計(jì)要求。四 減速系統(tǒng)設(shè)計(jì)該切菜機(jī)機(jī)構(gòu)原動件為一高速電機(jī)，其轉(zhuǎn)速為150r/min，但是我們需要的轉(zhuǎn)速為30r/min，所以需要減速裝置。因機(jī)器對主軸轉(zhuǎn)速精度要求不高。第一級用皮帶傳動，第二級用齒輪傳動。皮帶傳動有良好的撓性和彈性；能吸震和緩沖，傳動平穩(wěn)噪聲小；有過載保護(hù)功能，當(dāng)過載時(shí)輪緣打滑，防止其它的機(jī)件損壞；且成本較低。齒輪傳動精確、傳動效率高,且減速比不是很大，考慮減速裝置的重量和體積則第二級減速采用單級圓柱齒輪減速比較適宜。第一級降速用皮帶輪減為50r/min。第二級是用齒輪減速到30r/min。兩減速傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析如下：1皮帶輪設(shè)計(jì)：皮帶輪傳動主要是采用兩個(gè)半徑不相同的皮帶輪實(shí)現(xiàn)。由于皮帶上線速度相等可知：r1*w1=r2*w2；r1*n1=r2*n2；150*r1=50*r2；r1/r2=50/150可以使電機(jī)上皮帶輪的半徑大小為r1=30mm；另一端皮帶輪半徑大小為r2=90mm。傳動比i=150/50=3。皮帶輪的選擇：皮帶輪，屬于盤轂類零件，一般相對尺寸比較大，制造工藝上一般以鑄造、鍛造為主。一般尺寸較大的設(shè)計(jì)為用鑄造的方法，材料一般都是鑄鐵，很少用鑄鋼；一般尺寸較小的，可以設(shè)計(jì)為鍛造，材料為鋼。因?yàn)樵撉胁藱C(jī)的功率不高，需要皮帶輪傳動的力矩不大。結(jié)構(gòu)：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為40，相對高度近似為0.7梯形截面環(huán)形帶有包布式和切邊式兩種。特點(diǎn)：當(dāng)量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附性好，允許包角小、傳動比大、預(yù)緊力小、繩芯結(jié)構(gòu)帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。應(yīng)用：速度2530m/s、功率700kW、傳動比10軸間距小的傳動。結(jié)構(gòu)：承載層為繩芯，楔角為40，相對高度近似為0.9梯形截面環(huán)形帶有包布式和切邊式兩種。特點(diǎn)：除具有普通V帶的特點(diǎn)外，能承受較大的預(yù)緊力，允許速度的曲撓次數(shù)高，傳動功率大，耐熱性好。應(yīng)用：大功率結(jié)構(gòu)緊湊的傳動。最后我們決定選擇普通V帶輪。2齒輪系的設(shè)計(jì)：經(jīng)皮帶輪減速后的轉(zhuǎn)速為50r/min，而我們需要的轉(zhuǎn)速是30r/min。因此還需要齒輪降速。選擇齒輪參數(shù)如下：名稱z1z2齒數(shù)1830模數(shù)5mm5mm分度圓90mm150mmi=z2/z1=5/3齒距 p1=m=5=15.7mm=p2齒厚 s1=m/2=2.5=7.85mm=s2齒槽寬e1=m/2=2.5=7.85mm=e2基圓 db1=d1*cos=d1*cos20=90*cos20=84.6 mm db2=d2*cos=d2*cos20=150*cos20=140.1mm齒頂高h(yuǎn)a1=(ha* ) *m=5mm=ha2 頂隙 C1=(c*)*m=1.25mm=C2 齒根高h(yuǎn)f1=ha1+c1=5.25mm=hf2齒頂圓da1=d1+2ha=100mm da2=d2+2ha=160mm齒根圓df1=d1-2hf =84.75mm df2=d2-2hf =144.75mm全齒高h(yuǎn)1=ha+hf1=10.25mm h2=ha+hf2=10.25mm中心距 a=(d1+d2)/2=m/2(Z1+Z2)=240mm五 傳動系統(tǒng)演示電動機(jī)皮帶傳動齒輪減速傳動棘輪傳動皮帶傳動傳送履帶刀具六 三維視圖七 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的仿真分析切刀的位移函數(shù)圖象：切刀的速度函數(shù)圖象：切刀的加速度函數(shù)圖象：八 心得體會機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的切菜機(jī)設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我對問題的把握能力，對問題的處理能力。在設(shè)計(jì)過程中，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)。自己不僅在理論知識上取得了提高，也懂得了如何將理論知識運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中。這次機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是我們大學(xué)以來第二次課程設(shè)計(jì)，這是對我們以往知識的一次總結(jié)提高。通過這次課程設(shè)計(jì)，我在很多方面都有所提高。不僅鞏固與擴(kuò)充了機(jī)械設(shè)計(jì)課程上所學(xué)的內(nèi)容，還提高了計(jì)算能力，cad繪圖能