自動(dòng)切菜機(jī)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)[20頁(yè)]

1、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 課程名稱：機(jī)械設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 自動(dòng)切菜機(jī)設(shè)計(jì) 院 系： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)制一班 年 級(jí)： 2010級(jí) 姓 名： 劉元是 指導(dǎo)教師： 溫亞蓮 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 2013 年 5月 25日一 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)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(dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，而且能擴(kuò)展人的器官功能，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。自動(dòng)切菜機(jī)就能把人們從繁重的家務(wù)活動(dòng)中解脫出來(lái)，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(dòng)切菜機(jī)（二） 工

2、作設(shè)計(jì)及工藝的動(dòng)作過(guò)程 電動(dòng)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(dòng)的要求。同時(shí)通過(guò)另外一組皮帶輪帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)（滑塊上帶切刀），實(shí)現(xiàn)菜品的切割。間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與切刀運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作協(xié)調(diào)。由于每一次切的過(guò)程都一樣,從而使每一片菜品的大小都一樣。而通過(guò)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(zhǎng)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(guò)調(diào)整進(jìn)給的距離，達(dá)到切出不同厚度菜品的

3、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(dòng)應(yīng)在切刀返回過(guò)程中完成，輸送運(yùn)動(dòng)必須在切刀完全脫離切口后方能開(kāi)始進(jìn)行。 （四）電機(jī)的選擇在我國(guó)，電源頻率為50赫，ns=60f/P（旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(duì)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(duì)極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，余類(lèi)推。異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(lì)式直流電機(jī)。三 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案選擇切刀的往復(fù)直線移動(dòng)可采用

4、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(dòng)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(dòng)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(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)切刀的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 此連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：1. 運(yùn)動(dòng)副為低副，低副的兩運(yùn)動(dòng)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(rùn)滑，運(yùn)動(dòng)副的集合形狀比較簡(jiǎn)單，便于加工制造。2. 當(dāng)原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變時(shí)，可以改變各構(gòu)件的長(zhǎng)度從而使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)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(duì)長(zhǎng)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(lái)滿足不同曲線的設(shè)計(jì)要求。

5、吃連桿結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：1. 連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)必須經(jīng)過(guò)中間構(gòu)件進(jìn)行傳遞，傳遞路程較長(zhǎng)，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(dòng)，但它沒(méi)有急回運(yùn)動(dòng)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(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 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(dòng)規(guī)律，而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。2. 凸輪機(jī)構(gòu)可承重較大，運(yùn)動(dòng)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(méi)有急回運(yùn)動(dòng)特性，不能夠?qū)崿F(xiàn)切刀下切速

6、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(dòng)。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(dòng)特性。2. 該機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)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(zhǎng)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(rùn)滑，運(yùn)動(dòng)副幾何結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，便于加工制造。改變各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度來(lái)使從動(dòng)件得到預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。綜上所述，選擇方案三是一個(gè)比較不錯(cuò)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(dòng)。由于所切的菜品厚度最大為

7、30mm，所以切刀在30mm之上運(yùn)動(dòng)時(shí)，菜品才能運(yùn)動(dòng)。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(zhǎng)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(zhǎng)度應(yīng)大于C1C2，取滑塊長(zhǎng)度為65mm?？梢粤钋鶤B長(zhǎng)度為25mm，BC長(zhǎng)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(zhǎng)25mm；連桿長(zhǎng)60mm；偏距10mm；刀片高40mm；刀片所在滑塊長(zhǎng)65mm；極位夾角a=35.4；2.實(shí)現(xiàn)菜品直線間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)方案一：如下圖所

8、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(dòng)。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(dòng)。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(dòng)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(dòng)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(dòng)曲線近似為直線，機(jī)構(gòu)中每個(gè)連桿的長(zhǎng)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(duì)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(dòng)。2. 槽輪機(jī)構(gòu)也比較實(shí)用，容易計(jì)算，運(yùn)動(dòng)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

9、難改變被切菜品的厚度，如果中間搭配齒輪減速器來(lái)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(jiǎn)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(dòng),每一次的運(yùn)動(dòng)距離就是所切菜品的長(zhǎng)度。為了更好的控制和改變這個(gè)長(zhǎng)度,設(shè)棘輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度,菜品運(yùn)動(dòng)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(shuō)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)15,30,45,60度。對(duì)于棘輪的轉(zhuǎn)動(dòng),設(shè)計(jì)一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)棘輪旋轉(zhuǎn)。于是棘輪的旋轉(zhuǎn)角度就可以轉(zhuǎn)化為搖

10、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(dòng)時(shí)，棘爪先在罩上滑動(dòng)，然后才嵌入棘輪的齒槽中推動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)。被罩遮住的齒越多，則棘輪每次轉(zhuǎn)動(dòng)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(pán)直徑為150mm,棘輪半徑為100mm,在搖桿上裝一個(gè)棘爪, 棘爪推動(dòng)棘輪旋轉(zhuǎn),棘輪上再固定一個(gè)皮帶輪用以帶動(dòng)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(zhǎng)度為200。設(shè)曲柄長(zhǎng)為x，連桿長(zhǎng)為y?？傻梅匠蹋篶osA= 175+10

11、0-（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(zhǎng)50mm;連桿長(zhǎng)210mm;搖桿長(zhǎng)200mm;依據(jù)零件尺寸，作圖計(jì)算得出：推動(dòng)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(dòng)作并離開(kāi)菜品表面。即切刀在菜品外運(yùn)動(dòng)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(dòng)時(shí)間大于1秒，所以滿足設(shè)計(jì)要求。四 減

12、速系統(tǒng)設(shè)計(jì)該切菜機(jī)機(jī)構(gòu)原動(dòng)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(duì)主軸轉(zhuǎn)速精度要求不高。第一級(jí)用皮帶傳動(dòng)，第二級(jí)用齒輪傳動(dòng)。皮帶傳動(dòng)有良好的撓性和彈性；能吸震和緩沖，傳動(dòng)平穩(wěn)噪聲??；有過(guò)載保護(hù)功能，當(dāng)過(guò)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(dòng)精確、傳動(dòng)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(jí)減速采用單級(jí)圓柱齒輪減速比較適宜。第一級(jí)降速用皮帶輪減為50r/min。第二級(jí)是用齒輪減速到30r/min。兩減速傳動(dòng)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(dòng)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

13、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(dòng)比i=150/50=3。皮帶輪的選擇：皮帶輪，屬于盤(pán)轂類(lèi)零件，一般相對(duì)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(dòng)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(duì)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

14、附性好，允許包角小、傳動(dòng)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(dòng)比10軸間距小的傳動(dòng)。結(jié)構(gòu)：承載層為繩芯，楔角為40，相對(duì)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(dòng)功率大，耐熱性好。應(yīng)用：大功率結(jié)構(gòu)緊湊的傳動(dòng)。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 p

15、1=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+hf

16、1=10.25mm h2=ha+hf2=10.25mm中心距 a=(d1+d2)/2=m/2(Z1+Z2)=240mm五 傳動(dòng)系統(tǒng)演示電動(dòng)機(jī)皮帶傳動(dòng)齒輪減速傳動(dòng)棘輪傳動(dòng)皮帶傳動(dòng)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(huì)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(shí)，也培養(yǎng)了我對(duì)問(wèn)題的把握能力，對(duì)問(wèn)題的處理能力。在設(shè)計(jì)過(guò)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(shí)上取得了提高，也懂得了如何將理論知識(shí)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(lái)第二次課程設(shè)計(jì)，這是對(duì)我們以往知識(shí)的一次總結(jié)提高。通過(guò)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