糕點(diǎn)切片創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程說明書

1、目 錄一 設(shè)計(jì)任務(wù)2二 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計(jì)的構(gòu)思3三 機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案的評定和選擇6四 根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖7五 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)7六 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)10七 方案評價(jià)16八 參考資料16九 創(chuàng)新設(shè)計(jì)心得161一 設(shè)計(jì)任務(wù)1 工作原理及工藝動作過程糕點(diǎn)先成型(如長方體、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)兩個執(zhí)行動作：糕點(diǎn)的直線間歇移動和切刀的往復(fù)運(yùn)動。通過兩者的動作配合進(jìn)行切片。改變直線間歇移動速度或每次間隔的輸送距離，以滿足糕點(diǎn)不同切片厚度的需要。2 設(shè)計(jì)任務(wù)1)根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖；2)進(jìn)行間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)和切口機(jī)構(gòu)的選型，實(shí)現(xiàn)上述動作要求；3)機(jī)械運(yùn)動方案

2、的評定和選擇；4)根據(jù)選定的原動機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動參數(shù)擬定機(jī)械傳動方案；5)畫出機(jī)械運(yùn)動方案簡圖(機(jī)械運(yùn)動示意圖)；6)對機(jī)械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺度設(shè)計(jì)。3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求1)糕點(diǎn)厚度1020mm；2)糕點(diǎn)切片長度(亦即切片的高)范圍。580mm；3)切刀切片時(shí)最大作用距離(亦即切片的寬度方向)300mm；4)切刀工作節(jié)拍40次min； 5)電動機(jī)可選用0.55kW(或0.75kW)、1390rmin； 6)生產(chǎn)阻力很小，要求選用的機(jī)構(gòu)簡單、輕便、運(yùn)動靈活可靠。主要設(shè)計(jì)要求是：（1）通過調(diào)整進(jìn)給的距離，達(dá)到切出不同厚度糕點(diǎn)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

3、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。二 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計(jì)的構(gòu)思切刀的往復(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；糕點(diǎn)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。方案一：凸輪連桿機(jī)構(gòu)從動件在某一側(cè)極限位置停歇的間歇移動機(jī)構(gòu)；1、機(jī)構(gòu)組成圖一所示機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)所組成。固定在凸輪4在a角的范圍內(nèi)溝槽是一段凹圓弧，以圓弧的半徑r為連桿5的桿長，圓心為滑塊1與連桿5的鉸鏈中心。2、工作原理主動導(dǎo)桿3勻速轉(zhuǎn)動，帶動同時(shí)也在凸輪溝槽中運(yùn)動的滾子2，通過連桿5使滑塊1作往復(fù)移動。當(dāng)導(dǎo)桿3在a角范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動時(shí)，滑塊一在左極限位

4、置停歇，從而實(shí)現(xiàn)單側(cè)停歇的間歇移動。3、機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)1）優(yōu)點(diǎn)：連桿部分運(yùn)動副均為低副，底副的兩運(yùn)動副元素為面接觸，壓強(qiáng)較小，可承受較大的載荷，并且有利于潤滑，運(yùn)動副元素的幾何形狀較簡單，便于加工制造。當(dāng)原動件的運(yùn)動規(guī)律不變，可用改變各構(gòu)件的相對長度來使從動件得到不同的運(yùn)動規(guī)律。連桿上各點(diǎn)的軌跡是各種不同形狀的曲線，其形狀還隨著各構(gòu)件相對長度的改變而改變，從而可以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。2） 缺點(diǎn)：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，傳遞路線較長，易產(chǎn)生較大的誤差累計(jì)，使機(jī)械效率降低。 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

5、短空程的時(shí)間，影響效率。故放棄。4、各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 此機(jī)構(gòu)主要是執(zhí)行切刀的上下往復(fù)運(yùn)動。由于所切糕點(diǎn)的厚度最大為20mm,所以切刀在20mm之上運(yùn)動時(shí),糕點(diǎn)才能運(yùn)動。為了給糕點(diǎn)足夠的傳送時(shí)間,設(shè)計(jì)刀的行程為90mm,即曲柄長45mm。2）棘輪機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 已知棘輪機(jī)構(gòu)的半徑R 曲柄長：64mm 連桿長：112.46mm 連架桿：76mm 機(jī)架長：108.49mm5、設(shè)計(jì)過程 根據(jù)曲柄滑塊的搖桿擺角范圍14度229度，所設(shè)計(jì)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)范圍為14度229度即能滿足設(shè)計(jì)要求，我們利用桿與機(jī)構(gòu)的運(yùn)動關(guān)系及借助計(jì)算機(jī)VB程序輔助計(jì)算得到曲柄長64mm,連桿長112.46mm，

6、連架桿76mm,機(jī)架長108.49mm。6、齒輪系的設(shè)計(jì)經(jīng)皮帶減速后的轉(zhuǎn)速為240r/min,而我們所要的轉(zhuǎn)速為40r/min。因此還需要的傳動比為6/1,選用的齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪：m=4mm，z1=25,z2=50,z2'=25,z3=75，傳動比i=6/1。方案二：1、 機(jī)構(gòu)組成 皮帶齒輪減速機(jī)構(gòu)，曲柄滑塊切片機(jī)構(gòu)，摩擦輪送料機(jī)構(gòu)。2、工作原理1）通過皮帶齒輪減速機(jī)構(gòu)將1390r/min的電動機(jī)減速到40r/min。2通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刀具的往復(fù)運(yùn)動（曲柄轉(zhuǎn)動一周通過連桿帶動滑塊實(shí)現(xiàn)一個行程為80的來回運(yùn)動）。3）通過摩擦輪實(shí)現(xiàn)單向間歇移動（凸輪主軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動，輪上的突出圓弧廓線與工

7、件接觸時(shí)，2,3輪對滾，輪間的摩擦力使工件1左移送進(jìn)。當(dāng)輪2的廓線與工件脫離接觸后，工件則靜止。輪2轉(zhuǎn)動一周，工件完成一個周期的送進(jìn)和停歇動作）。3、 該機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn) 皮帶齒輪減速機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)較長距離的運(yùn)動傳送，切刀的往復(fù)移動所采用的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)桿機(jī)構(gòu)具有急回特性，可使刀在向下運(yùn)動及切糕時(shí)速度加快，從而使切口光滑。同時(shí)該機(jī)構(gòu)可承受較大載荷，運(yùn)動副元素的幾何形狀簡單。改變個機(jī)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。此機(jī)構(gòu)具有連桿機(jī)構(gòu)的共同缺點(diǎn)，機(jī)械效率降低，這是連桿機(jī)構(gòu)所不能避免的。糕點(diǎn)的直線間歇移動采用了摩擦輪機(jī)構(gòu)，這是步進(jìn)式的單向送進(jìn)機(jī)構(gòu)，適合與板條形狀工件輸送，且機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，成本低，但

8、很難實(shí)現(xiàn)改變切片的長度。方案三：1、 機(jī)構(gòu)組成皮帶齒輪機(jī)構(gòu)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，棘輪機(jī)構(gòu)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。2、 工作原理1）通過皮帶齒輪減速機(jī)構(gòu)將1390r/min的電動機(jī)減速到40r/min。2）通過偏置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刀具的往復(fù)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)糕點(diǎn)的切割。3）通過皮帶輪的旋轉(zhuǎn)帶動曲柄的擺動，進(jìn)而是搖桿往復(fù)擺動一定角度，隨而推動棘輪擺動，由于皮帶輪和棘輪以共同角速度轉(zhuǎn)動，繼而使傳送帶向前移動10mm20mm。3、機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)該機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)間歇直線運(yùn)動，并能通過調(diào)節(jié)遮板來調(diào)節(jié)傳送帶的前進(jìn)距離。缺點(diǎn)是該機(jī)構(gòu)的磨損較大，應(yīng)采用鑄鐵鑄造完成。三 機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案的評定和選擇方案一： 動副均為低副，兩運(yùn)動副元素為面連

9、接，壓強(qiáng)較小，可承受較大的載荷，且?guī)缀涡螤詈唵危阌诩庸?。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)件相對長度的改變而改變，從而可以得到形式眾多的連桿曲線，可以這些曲線來滿足不同曲線的設(shè)計(jì)要求。此機(jī)構(gòu)雖有上下往復(fù)運(yùn)動，但她并沒有機(jī)會運(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。方案二： 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，可承重較大，運(yùn)動平穩(wěn)。但是凸輪廓線與推桿之間為點(diǎn)、線接觸，易磨損。切沒有急回特性，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

10、。方案三： 此機(jī)構(gòu)急回特性。結(jié)構(gòu)簡單。具有連桿機(jī)構(gòu)的共同優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)此機(jī)構(gòu)具有連桿機(jī)構(gòu)的共同缺點(diǎn)，機(jī)械效率降低，這是連桿機(jī)構(gòu)所不能避免的。最終方案確定：1、設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)要盡量滿足自動化的要求。為了實(shí)現(xiàn)切的動作,我們開始采用凸輪機(jī)構(gòu),來實(shí)現(xiàn)刀的往復(fù)運(yùn)動,用凸輪可以很好的控制刀的運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的運(yùn)動軌跡,可是凸輪的設(shè)計(jì)和制造比較復(fù)雜，且不能傳遞較大的力,而且切糕點(diǎn)也不需要那么高的精度。于是我們考慮用曲柄滑塊機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)一樣可以實(shí)現(xiàn)刀的往復(fù)運(yùn)動,可傳遞較大的力,能足我們的需要,而且其機(jī)構(gòu)簡單，加工制造方便，能減少生產(chǎn)成本，于是我們確定用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。2、對于蛋糕的傳送,既要滿足間歇運(yùn)動的要求,又能

11、通過改變進(jìn)給距離而切出不同厚度的糕點(diǎn)。經(jīng)過查資料后，我們選擇了棘輪機(jī)構(gòu)。用棘輪機(jī)構(gòu)可以方便的實(shí)現(xiàn)改變切片的長度。且棘輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)加工簡單，改變切片的長度時(shí)操作方便。四 根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖1、刀具往復(fù)運(yùn)動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)的往復(fù)直線運(yùn)動，當(dāng)其往下運(yùn)動到與最低點(diǎn)相距約5mm至80mm（這是糕點(diǎn)的厚度）時(shí)開始切割糕點(diǎn)，此時(shí)糕點(diǎn)靜止不動，切割完畢切刀往上運(yùn)動到距離最低點(diǎn)約80mm時(shí)糕點(diǎn)運(yùn)動起來，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，直到最高點(diǎn)，之后再往下運(yùn)動，直到最低點(diǎn)相距約5mm至80mm（這

12、是糕點(diǎn)的厚度）時(shí)又開始切割糕點(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)動圖（兩個周期）：五：棘輪的設(shè)計(jì) 棘輪機(jī)構(gòu)主要是執(zhí)行糕點(diǎn)的進(jìn)給運(yùn)動,每一次的運(yùn)動距離就是所切糕點(diǎn)的長度。為了更好的控制和改變這個長度,設(shè)棘輪每轉(zhuǎn)動30度,糕點(diǎn)運(yùn)動10mm,設(shè)棘輪共有12個齒,既每齒代表30度。棘輪外設(shè)有遮板，轉(zhuǎn)動遮板的位置可控制棘輪所擺動的角度。于是一共有兩個檔,即10mm,20mm。即棘輪每轉(zhuǎn)動30度,60度。傳送帶向前移動10mm,20mm。對于棘輪的轉(zhuǎn)動,設(shè)計(jì)一個曲柄搖桿機(jī)構(gòu)推動棘輪旋轉(zhuǎn)。搖桿上裝一個棘爪, 棘爪推動棘輪旋轉(zhuǎn),棘輪上再固定一個皮帶輪,用以帶動皮帶旋轉(zhuǎn)。棘輪的尺寸確定：m=5,

13、Z=12,齒頂圓d=60mm,齒根圓d=60-0.75x5=56.25mm皮帶輪的尺寸確定：皮帶輪直徑D=60mm曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（刀具）的設(shè)計(jì)齒輪皮帶減速系統(tǒng)設(shè)計(jì)減速皮帶輪 減速齒輪 送料皮帶輪本機(jī)構(gòu)原動件為一高速電機(jī),其轉(zhuǎn)速為1390 r/min,但我們所需要的轉(zhuǎn)速是40r/min,所以要減速。對于減速裝置我們采用皮帶加齒輪的方法。第一級降速是用皮帶減速,減為240r/min。第二級是用齒輪減為40r/min。兩傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析如下:(一)皮帶傳達(dá)設(shè)計(jì)皮帶傳動設(shè)計(jì)主要是采用兩個半徑不相同的皮帶輪實(shí)現(xiàn)。由于皮帶上線速度相等，由r1*v1=r2*v2，1390*r1=240*r

14、2r1/r2=24/139由此可見算出電機(jī)上皮帶輪直徑大小r1=36mm；另一端皮帶輪半徑大小r2=220mm。傳動比i=139/24。(二)齒輪系的設(shè)計(jì)經(jīng)皮帶減速后的轉(zhuǎn)速為240r/min,而我們所要的轉(zhuǎn)速40r/min。因此還需要的傳動比為6/1,選用的齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。直齒輪參數(shù)表名稱齒數(shù)模數(shù)分度圓齒輪z1254mm100mm齒輪z2504mm200mm齒輪z2'254mm100mm齒輪z3754mm300mm 傳動比 i=6/1。六 執(zhí)行系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)分兩個,第一個為曲柄滑塊機(jī)構(gòu),第二個為棘輪機(jī)構(gòu),現(xiàn)分別介紹如下：(一)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（帶切刀）此機(jī)構(gòu)主要是執(zhí)行切刀的上下往復(fù)

15、運(yùn)動。由于所切糕點(diǎn)的厚度最大為20mm,所以切刀在20mm之上運(yùn)動時(shí),糕點(diǎn)才能運(yùn)動。為了給糕點(diǎn)足夠的傳送時(shí)間,設(shè)計(jì)刀的行程為60mm,即曲柄長30mm；刀的高度設(shè)為37mm?？紤]到衛(wèi)生問題,刀不能縮到滑塊的軌道里去,所以設(shè)計(jì)滑塊的長度為65mm；又設(shè)計(jì)連接桿的長度為60mm。這樣曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的高度比較高,所以采用皮帶傳動。又切刀應(yīng)能剛好切斷糕點(diǎn),綜合曲柄滑塊和棘輪機(jī)構(gòu)的尺寸,我們得出曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和棘輪機(jī)構(gòu)軸心距為269mm。所以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸為: 曲柄長30mm； 連接桿長60mm；滑塊長65mm； 刀片高37mm； 皮帶長1.63m曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和棘輪機(jī)構(gòu)軸心距為269mm。（二)棘輪機(jī)構(gòu)

16、棘輪機(jī)構(gòu)主要是執(zhí)行糕點(diǎn)的進(jìn)給運(yùn)動,每一次的運(yùn)動距離就是所切糕點(diǎn)的長度。為了更好的控制和改變這個長度,設(shè)棘輪每轉(zhuǎn)動一定角度,糕點(diǎn)運(yùn)動20mm,設(shè)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(zhuǎn)動15,30,45,60度。對于棘輪的轉(zhuǎn)動,設(shè)計(jì)一個曲柄搖桿機(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)置四個轉(zhuǎn)角分別為1

17、5，30，45，60度。設(shè)有槽的圓盤直徑為150mm,棘輪半徑為100mm,在搖桿上裝一個棘爪,棘爪推動棘輪旋轉(zhuǎn),棘輪上再固定一個皮帶輪用以帶動皮帶旋轉(zhuǎn)。由運(yùn)動距離可以得出皮帶輪的直徑為153mm,這樣棘輪機(jī)構(gòu)就設(shè)計(jì)完了。其尺寸為:曲柄搖桿機(jī)構(gòu):曲柄長50mm；連桿長210mm；搖桿長200mm；棘輪半徑86mm;棘輪齒數(shù)24個；皮帶輪直徑153mm；皮帶長1.5m。整個機(jī)器的關(guān)鍵就在于切刀運(yùn)動與糕點(diǎn)傳送運(yùn)動之間的協(xié)調(diào),因此需要詳細(xì)計(jì)算。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1.5秒，則搖桿推程時(shí)間為：0.75秒；回程時(shí)間為：0.75秒。因此，切刀在0.75秒的時(shí)間內(nèi)不能接觸糕點(diǎn)（最大厚度為20mm）,而在0.75秒的時(shí)間里切刀應(yīng)完成切糕點(diǎn)的動作并離開糕點(diǎn)表面。即切刀在糕點(diǎn)外運(yùn)動的時(shí)間應(yīng)大于0.75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)間為1秒，滿足設(shè)計(jì)要求。七 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八 主要參考資料1、孫恒主編，機(jī)械原理，西北工業(yè)大學(xué)，20062、鄒慧君張青主編，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊，2005九 創(chuàng)新設(shè)計(jì)心得兩個星期的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，回顧這些天的為課程設(shè)計(jì)所作出的種種努力，我收獲頗豐。不僅在規(guī)定的時(shí)間完成了老師不止的