機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)糕點(diǎn)切片機(jī)

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目： 糕點(diǎn)切片機(jī) 機(jī)電與車(chē)輛工程 學(xué)院 車(chē)輛工程101 班設(shè)計(jì)者： 指導(dǎo)老師： 2012年5月20日目錄1. 設(shè)計(jì)題目1.1設(shè)計(jì)目的1.2設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介1.3設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)要求2.運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)2.1機(jī)械預(yù)期的功能要求 2.2運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的構(gòu)思22.3運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)5 2.3.1工藝動(dòng)作的分解62.3.2運(yùn)動(dòng)方案選擇72.3.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)82.3.4運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析102.3.5執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖143、設(shè)計(jì)總結(jié)144、參考資料15一、設(shè)計(jì)題目：糕點(diǎn)切片機(jī)1.1、工作原理及工藝動(dòng)作過(guò)程糕點(diǎn)先成型（如長(zhǎng)方體、圓柱體等）經(jīng)切片后再烘干。糕點(diǎn)切片機(jī)要求實(shí)現(xiàn)兩個(gè)動(dòng)作：（a

2、）糕點(diǎn)的直線間歇移動(dòng),（b）切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)兩者的動(dòng)作配合進(jìn)行切片。改變直線間歇移動(dòng)速度或每次間歇的輸送距離，以滿足糕點(diǎn)的不同切片厚度的需要。1.2、原始數(shù)據(jù)1） 糕點(diǎn)厚度：1020mm。2） 糕點(diǎn)切片長(zhǎng)度（亦即切片高）范圍：58mm。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：40次/min。5） 工作阻力很小。要求選用的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、運(yùn)動(dòng)靈活可靠。6） 電機(jī)可選用：960r/min1.2、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1） 要求的設(shè)計(jì)該切片機(jī)糕點(diǎn)直線間歇移動(dòng)機(jī)構(gòu)和切刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。一般應(yīng)包括凸輪機(jī)構(gòu)、平面連桿機(jī)構(gòu)以及齒輪機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)。至少設(shè)計(jì)出三種能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形

3、式要求的機(jī)構(gòu)，繪制所選機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)示意圖，比較其優(yōu)缺點(diǎn)，并最終選出一個(gè)自己認(rèn)為最合適的機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)，繪制出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。2）設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配（皮帶傳動(dòng)傳動(dòng)比i2，每組齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比i7.5）。3)在圖紙上畫(huà)出糕點(diǎn)切片機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)方案圖和工作循環(huán)圖。4)在圖紙上畫(huà)出凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖（包括位移曲線、凸輪輪廓和從動(dòng)件的初始位置，要求確定運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，確定圖輪廓線）。5）設(shè)計(jì)計(jì)算其中一對(duì)齒輪機(jī)構(gòu)。6）同一小組內(nèi)，每人至少有一種與別人不一樣的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。7) 以上所要求繪制的圖形均繪制在一張一號(hào)圖紙上。8) 編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份。2、 運(yùn)動(dòng)

4、方案設(shè)計(jì)2.1機(jī)械預(yù)期的功能要求1） 傳送帶在水平方向上要求能夠進(jìn)行間歇式直線運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)把未切的糕點(diǎn)輸送到指定位置進(jìn)行切片，同時(shí)把已經(jīng)切好的糕點(diǎn)輸送到指定位置進(jìn)行包裝。2） 切刀能夠?qū)崿F(xiàn)上下往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還要能夠?qū)崿F(xiàn)急回特性，使切刀在向下切片的時(shí)候速度較快，向上運(yùn)動(dòng)的時(shí)候要慢速，這樣可以使糕點(diǎn)切片過(guò)后不會(huì)粘到刀片上。2.2運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的構(gòu)思我們所要設(shè)計(jì)的糕點(diǎn)切片機(jī)需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：一是切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一是傳送帶的間歇式直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這一點(diǎn)我們組提出三種設(shè)計(jì)方案。主要機(jī)構(gòu)是：連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)。方案一：如上圖所示，電動(dòng)機(jī)先通過(guò)降速機(jī)構(gòu)進(jìn)行降速，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

5、降到一定的轉(zhuǎn)速后和不完全齒輪嚙合，再由不完全齒輪上的同軸齒輪與皮帶輪嚙合，是皮帶輪每分鐘轉(zhuǎn)1.04轉(zhuǎn)。對(duì)于切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)也是先通過(guò)輪系先進(jìn)行降速，使其轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘40轉(zhuǎn)，再通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)凸輪運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（見(jiàn)附圖)方案二：方案二與方案一基本相同，都是先通過(guò)輪系將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到一定的速度后帶動(dòng)不完全齒輪，再使不完全齒輪帶動(dòng)皮帶輪，從而實(shí)現(xiàn)間歇式直線運(yùn)動(dòng)。刀片的往復(fù)運(yùn)動(dòng)于是如此，唯一不同的是降速過(guò)后由齒輪帶動(dòng)連桿，再由連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)刀片的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)附圖）方案三：如上圖所示：方案三的間歇式直線運(yùn)動(dòng)是由槽輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)圓銷未進(jìn)入徑向槽時(shí)內(nèi)凹鎖住弧被外凸圓弧卡住，導(dǎo)致其

6、靜止不動(dòng)，圓銷進(jìn)入徑向槽時(shí)將帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)直至其分開(kāi)。從而實(shí)現(xiàn)單向愛(ài)間歇式直線運(yùn)動(dòng)。切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)首先將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由變速箱進(jìn)行變速，使其變速后達(dá)到40轉(zhuǎn)每分鐘，再由連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。2.3運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)2.3.1工藝動(dòng)作分解1、 實(shí)現(xiàn)切刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)方案一：凸輪機(jī)構(gòu)由上圖可知，是由凸輪與刀架直接接觸，通過(guò)凸輪的輪廓曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)刀片的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)體現(xiàn)出急回特性。這對(duì)凸輪的選用非常嚴(yán)格。方案二：四桿機(jī)構(gòu)由上圖可知，連桿的主動(dòng)件是變速后的齒輪，將連桿與齒輪用低副連接，齒輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，再利用杠桿定理轉(zhuǎn)變連桿的擺動(dòng)方向，將刀片與另一頭的連桿用低副連接由連桿的擺動(dòng)來(lái)帶動(dòng)刀片的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。方案三

7、：與方案二基本相同。2、直線間歇式移動(dòng) 方案一：不完全齒輪機(jī)構(gòu)當(dāng)滑塊向上運(yùn)動(dòng)即刀向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，不完全齒輪進(jìn)入嚙合區(qū)，不完全齒輪帶動(dòng)皮帶輪運(yùn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)糕點(diǎn)的移動(dòng)，當(dāng)滑塊向下運(yùn)動(dòng)即刀向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，不完全齒輪進(jìn)入非嚙合區(qū)即糕點(diǎn)靜止，進(jìn)行切割。方案二：方案一相同，唯一不同的是不完全齒輪嚙合的位置不同。方案三：當(dāng)滑塊帶著刀片向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，槽輪的圓銷進(jìn)入徑向槽帶動(dòng)其運(yùn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)與之嚙合的皮帶輪，使其上的糕點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)镀蛳逻\(yùn)動(dòng)時(shí)圓銷與徑向槽分離同時(shí)被外凸圓弧卡死使其停止運(yùn)動(dòng)。2.3.2運(yùn)動(dòng)方案選擇方案一： 凸輪機(jī)構(gòu)的與刀架是以高副連接，這對(duì)凸輪的輪廓曲線要求非常嚴(yán)格。同時(shí)這也極易磨損，而且凸輪的輪廓加工比較困難

8、，如若從動(dòng)件的行程過(guò)大則會(huì)使凸輪變得笨重。切沒(méi)有急回特性，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。方案二：動(dòng)副均為低副，兩運(yùn)動(dòng)副元素為面連接，壓強(qiáng)較小，可承受較大的載荷，且?guī)缀涡螤詈?jiǎn)單，便于加工。而且連桿上各點(diǎn)的軌跡是各種不同形狀的曲線，氣形狀隨著各構(gòu)件相對(duì)長(zhǎng)度的改變而改變，從而可以得到形式眾多的連桿曲線，可以這些曲線來(lái)滿足不同曲線的設(shè)計(jì)要求。此機(jī)構(gòu)不僅具有連桿機(jī)構(gòu)的有點(diǎn)以及切刀的急回運(yùn)動(dòng)要求，且可使切刀在工作行程中得到近似等速的運(yùn)動(dòng)，以滿足切削質(zhì)量。不完全齒輪機(jī)構(gòu)與其從動(dòng)件嚙合從動(dòng)輪每轉(zhuǎn)一周的停歇時(shí)間、運(yùn)動(dòng)時(shí)間及每次轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化范圍都較大，設(shè)計(jì)較

9、靈活。但其加工工藝較復(fù)雜，而且從動(dòng)輪在運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始與終止時(shí)沖擊較大，但對(duì)于低速輕載的場(chǎng)合這種沖擊的影響較小。方案三：對(duì)于槽輪機(jī)構(gòu)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，在進(jìn)入和脫離嚙合區(qū)時(shí)運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。但槽輪的轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié)，而且在槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)的始末位置加速度變化較大，所以有沖擊。同時(shí)槽輪在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中平穩(wěn)性較差。通過(guò)對(duì)比以上三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)我們最終決定選用方案二為我們的最終方案。2.3.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為960r/min，由i=w1/w2可得v1*r1=v2*r2。i=24過(guò)大，所以要進(jìn)行降速，經(jīng)計(jì)算可得需要進(jìn)行三級(jí)降速。一級(jí)降速：將皮帶輪2與發(fā)動(dòng)機(jī)上的齒輪1用皮帶嚙合，傳動(dòng)比

10、i=2,將轉(zhuǎn)速降480r/min。二級(jí)降速：用齒輪3與皮帶輪同軸的齒輪2嚙合，傳動(dòng)比i=6，此時(shí)齒輪3的轉(zhuǎn)速被降,80r/min。三級(jí)降速：將齒輪4與錐齒輪3同軸的齒輪3嚙合，傳動(dòng)比i=2，將齒輪的轉(zhuǎn)速降到40r/min。此時(shí)的轉(zhuǎn)速即為要求的轉(zhuǎn)速，也就是刀片每分鐘工作的次數(shù)。再將齒輪5與齒輪4嚙合，傳動(dòng)比i=1。 刀片要求每分鐘工作40次，即每1.5秒一次，也就是t=1.5s所以傳送帶每1.5s運(yùn)動(dòng)的距離為糕點(diǎn)的寬度，首先用皮帶輪6與齒輪4上的同軸齒輪4嚙合，皮帶輪的規(guī)格與齒輪4相同，傳動(dòng)比i=1。完全齒輪選用漸開(kāi)線齒形，轉(zhuǎn)速為40r/min。分度圓直徑d=120mm齒數(shù)z=30實(shí)際齒數(shù)z=8

11、。再將不完全齒輪與一個(gè)相同規(guī)格的齒輪7嚙合，在齒輪7的軸上固定一個(gè)半徑為30mm的滾筒，傳送帶放在滾筒上由滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)傳送帶運(yùn)動(dòng)。直齒輪參數(shù)表名稱齒數(shù)模數(shù)分度圓齒輪z1204mm80mm齒輪z2404mm160mm齒輪z2104mm40mm齒輪z3604mm240mm齒輪z3304mm120mm齒輪z4604mm240mm齒輪z4604mm80m齒輪z5604mm240mm不完全齒輪z6304mm120mm齒輪z6204mm80mm齒輪z7304mm120mm2.3.4運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析刀具往復(fù)運(yùn)動(dòng)切刀每分鐘得完成切割40次的工作節(jié)拍。所以連接曲柄的齒輪的轉(zhuǎn)速為40次/min，切刀做豎直面內(nèi)的往

12、復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其往下運(yùn)動(dòng)到與最低點(diǎn)相距約10mm至20mm（這是糕點(diǎn)的厚度）時(shí)開(kāi)始切割糕點(diǎn)，此時(shí)糕點(diǎn)靜止不動(dòng)，切割完畢切刀往上運(yùn)動(dòng)到距離最低點(diǎn)約20mm時(shí)糕點(diǎn)運(yùn)動(dòng)起來(lái)，把切好的糕點(diǎn)片帶走并把糕點(diǎn)送進(jìn)待切，切刀繼續(xù)往上運(yùn)動(dòng)，直到最高點(diǎn)，之后再往下運(yùn)動(dòng)，直到最低點(diǎn)相距約10mm至20mm（這是糕點(diǎn)的厚度）時(shí)又開(kāi)始切割糕點(diǎn)，此時(shí)糕點(diǎn)又靜止。如此往復(fù)循環(huán)。下圖是刀具的位移運(yùn)動(dòng)圖：刀具位移角度四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及分析如上圖所示：圖示機(jī)構(gòu)可以近似的看做是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，根據(jù)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)各桿件的長(zhǎng)度關(guān)系式： 則連接連桿的運(yùn)動(dòng)副與齒輪的軸心距離為90mm,中間連桿長(zhǎng)度為240mm，搖臂的長(zhǎng)度為180mm，齒輪軸心與

13、搖臂上的固定運(yùn)動(dòng)副距離為300mm。當(dāng)曲柄與連桿拉直共線和重合共線是為搖桿的兩個(gè)極限位置。如上圖所示由余弦定理可得：極位夾角,行程速比系數(shù)k=(180+)/(180-)=1.06。最大傳動(dòng)角=45，搖桿的擺角=61，通過(guò)計(jì)算得到搖桿的最大角速度=0.59rad/s，最大加速度a=0.85/s。從而得到搖桿的角位移圖像如下：角速度如下：角加速度圖如下：2.3.5執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過(guò)緊張的設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖，為期一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了。這是我們機(jī)械類學(xué)生第一次比較全面的接觸到設(shè)計(jì)，把所學(xué)的機(jī)械原理理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去。設(shè)計(jì)期間，有興奮、有困惑、有急躁、還有完成設(shè)計(jì)的喜悅。剛開(kāi)始拿到設(shè)計(jì)題目

14、糕點(diǎn)切片機(jī)時(shí)，感覺(jué)挺容易的一個(gè)題目，我們組每個(gè)人都發(fā)表自己的想法。等到要?jiǎng)邮秩ギ?huà)圖設(shè)計(jì)時(shí)，才發(fā)現(xiàn)存在很多問(wèn)題，例如怎樣實(shí)現(xiàn)間歇式往復(fù)運(yùn)動(dòng)和切刀上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，選擇哪些機(jī)構(gòu)組合來(lái)更好的完成設(shè)計(jì)，以及機(jī)構(gòu)尺寸的計(jì)算等。在組內(nèi)討論下，每個(gè)人分配了自己的任務(wù)，各付其職，通過(guò)查找課外資料、請(qǐng)教同學(xué)老師來(lái)完成工作。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識(shí)到： 1、 作為工科類學(xué)生，平時(shí)要培養(yǎng)自己的動(dòng)手操作能力，多觀察機(jī)械類東西，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問(wèn)題的能力，并使所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展。2、一定要學(xué)習(xí)些繪圖工具，如cad、proe，多結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問(wèn)題的能力，并使所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展。3、團(tuán)隊(duì)