機械原理糕點切片機

1、機械原理課程設(shè)計 題目名稱糕點切片機專業(yè)班級15機制（專升本）學(xué)生姓名切克鬧學(xué) 號66666666666666指導(dǎo)教師何華機械與車輛工程系二一六年 六月 十五日1目 錄1 執(zhí)行機構(gòu)的選型與評價12 機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)43 系統(tǒng)流程分析54 機構(gòu)運動示意圖65 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行尺寸計算75.1 電動機的選型75.2 同步帶的選擇85.3 對漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪3、4的設(shè)計95.4 直齒錐齒輪5、6、7、8的設(shè)計115.5 對漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪8、9的設(shè)計135.6 對刀長的設(shè)計145.7 對槽輪機構(gòu)的設(shè)計和計算15總 結(jié)16參考文獻(xiàn)18第一章 執(zhí)行機構(gòu)的選型與評價1

2、執(zhí)行機構(gòu)的選型與評價圖1.1 運動循環(huán)圖注：該機構(gòu)采用兩把切刀可提高工作效率181糕點切片機設(shè)計方案：切刀連續(xù)運動：凸輪連桿機構(gòu)糕點間歇運動：不完全齒輪機構(gòu) 注：兩者通過齒輪連接 圖1.2 執(zhí)行機構(gòu)運動方案切刀的往復(fù)運動用凸輪連桿機構(gòu)實現(xiàn)，刀裝在滑塊上，利用杠桿定理，當(dāng)推桿行程增大時，刀具切割糕點，當(dāng)推桿到達(dá)最高點時刀具到達(dá)最低點，當(dāng)推桿行程減小時刀具上升。另外，采用圖1.2的偏置曲柄滑塊機構(gòu)有急回運動特性，可使刀在向下運動即切糕點時速度加快，從而使切口光滑。糕點的間歇運動采用不完全齒輪實現(xiàn)。當(dāng)滑塊向上運動即刀向上運動時，不完全齒輪進(jìn)入嚙合區(qū)，帶動糕點的移動，當(dāng)滑塊向下運動即刀向下運動時，不完

3、全齒輪進(jìn)入非嚙合區(qū)即糕點靜止，進(jìn)行切割。該方案結(jié)構(gòu)簡單，但對于不完全齒輪來說，嚙合時會有較大沖擊，易損壞， 同時該方案整體尺寸較大，工作效率較低，結(jié)構(gòu)不緊湊，可調(diào)試性較低。第一章 執(zhí)行機構(gòu)的選型與評價方案：切刀往復(fù)運動：齒輪機構(gòu)糕點間歇運動：槽輪機構(gòu)圖1.3 執(zhí)行機構(gòu)運動方案 對于此結(jié)構(gòu)選刀的運動為連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而且采用兩把刀的情況，這樣的話系統(tǒng)的效率將會得到很大的提高，并且由于無論糕點的高低，其放置位置總是與刀切入時刀刃所在的直線存在一定夾角，存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，便于切片過程的實現(xiàn)。此機構(gòu)采用多個齒輪連接，傳動穩(wěn)定，傳動比可靠，同時整個系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計簡單，易于制造。 采用槽輪機構(gòu)完成糕點的間歇運動，

4、在帶動刀的錐齒輪旋轉(zhuǎn)一周的過程中，撥盤旋轉(zhuǎn)四周，完成糕點的切割動作。對于糕點的厚度，因槽輪的運動確定，采用改變摩擦輪的直徑來改變糕點的輸送距離達(dá)到改變糕點切片的厚度。槽輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸較小，其機械效率高，并能較平穩(wěn)地、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。 綜合比較兩個方案的優(yōu)劣，方案為我們所選的最終方案。第三章 系統(tǒng)流程分析第二章 機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)2 機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)通過原始數(shù)據(jù)：1）糕點厚度：1020mm。2）糕點切片長度（亦即切片高）范圍：580mm。3）切刀切片時最大作用距離（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。要求選用的機構(gòu)

5、簡單、輕便、運動靈活可靠。6）電機可選用，功率0.55KW（或0.75KW）、1390r/min?？梢缘贸觯?機構(gòu)總傳動比為：i總=1390/20=69.5，周期：T=60/20=3s，故需采用三級減速，選帶傳動減速和齒輪減速。 傳動比的分配：帶傳動的傳動比為i=n1/n210；錐齒輪傳動的傳動比為115;直齒輪的傳動比為110，故選擇帶傳動的傳動比為i1=6.95，第二級齒輪傳動比i2=2.5則第三級中錐齒輪的傳動比i3=i總/i1/i2 =4，直齒輪的傳動比i4=i3=4。第三章 系統(tǒng)流程分析3 系統(tǒng)流程分析 首先，電動機連續(xù)轉(zhuǎn)動帶動同步帶轉(zhuǎn)動，通過采用槽輪機構(gòu)完成糕點的直線間歇運動，在帶

6、動刀的錐齒輪旋轉(zhuǎn)一周的過程中，撥盤旋轉(zhuǎn)四周，其次，切刀的旋轉(zhuǎn)運動，完成糕點的切割動作，最后，糕點切割完畢，進(jìn)入下一個循環(huán)。故如下圖所示切刀的旋轉(zhuǎn)運動糕點的直線間歇運動糕點停止輸送，切刀切割電動機連續(xù)旋轉(zhuǎn)切割完畢，進(jìn)入下一循環(huán)圖3.1 系統(tǒng)流程循環(huán)圖第四章 機構(gòu)運動示意圖4 機構(gòu)運動示意圖圖4.1 機構(gòu)運動示意圖序號名稱1電動機2同步帶3直齒輪4直齒輪5錐齒輪6錐齒輪7錐齒輪8錐齒輪9直齒輪10主動撥盤11直齒輪12從動槽輪13切刀14摩擦輪表4.1第五章 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行尺寸計算5 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行尺寸計算5.1 電動機的選型 題目已知電動機功率0.55KW、轉(zhuǎn)速為13

7、90r/min，查機械設(shè)計手冊機械傳動可以得到電動機的型號為Y801-4。電動機可放在機架的左側(cè)或下側(cè)。選用Y系列異步電動機，該電動機一般用與全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，具有防止灰塵、鐵屑或其他雜質(zhì)物侵入電動機內(nèi)部之特點，B級絕緣，工作環(huán)境溫度不超過+40，相對濕度不超過95%，海拔高度不超過1000m，額定電壓380v, 頻率50Hz。適用于無特殊要求的機械上。表5.1 電動機型號參數(shù)電動機型號額定功率/kw滿載轉(zhuǎn)速（r/min）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距最大轉(zhuǎn)距質(zhì)量/kg額定轉(zhuǎn)距額定轉(zhuǎn)距Y801-40.5513902.42.317 （a） （b）圖5.1 Y801-4安裝形式機座號級數(shù)ABCDEGHK

8、ABACADHDBBL8041251005019+0.0094015.59010165165150170130285 表5.2 表5.2 Y801-4尺寸參數(shù)糕點切片機設(shè)計5.2 同步帶的選擇 一級減速采用同步帶傳動。其優(yōu)點為緩沖減振，傳動比精確，傳動輕巧。同步帶傳動具有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點。同步帶傳動由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運動和動力，故帶與帶輪間無相對滑動，能保證準(zhǔn)確的傳動比。傳動時的線速度可達(dá)50m/s，傳動比可達(dá)10，效率可達(dá)98。傳動噪音比帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動小，耐磨性好，不需油潤滑，壽命比摩擦帶長。其主要缺點是制造和安裝精度要求較高，中心距要求較嚴(yán)格。所以同步帶廣泛應(yīng)

9、用于要求傳動比準(zhǔn)確的中、小功率傳動中。 所選電動機為Y系列三相異步電動機（普通轉(zhuǎn)矩鼠籠式），功率為P=0.55KW。 1、由機械設(shè)計手冊機械傳動表12-1-67得工況系數(shù)KA=1.5。傳動功率P=0.55KW，得同步帶的設(shè)計功率Pd=KA*Pd=1.5x0.55KW=0.825KW。 2、小帶輪轉(zhuǎn)速n1=1390r/min。初選同步帶為模數(shù)制，因帶輪轉(zhuǎn)速較高，故同步帶模數(shù)應(yīng)選較小值，初定模數(shù)m=1.5。由機械設(shè)計手冊機械傳動表12-1-51表5.3 同步帶相關(guān)數(shù)據(jù)模數(shù)m/mm節(jié)距Pb/mm齒形角2/°齒根厚s/mm齒高h(yuǎn)f/mm齒根圓齒頂圓齒頂厚st/mm節(jié)頂距/mm帶寬bs/mm角

10、半徑1.54.712402.160.90.151.50.37520 3、由機械設(shè)計手冊機械傳動表12-1-68得小帶輪最少齒數(shù)zmin=12，初定小帶輪的齒數(shù)為z1=20。 4、小帶輪節(jié)圓直徑d1=mz1=1.5x20=30mm。 5、帶速v=vmax，v=2.18m/s，由vmax=4050m/s，得v滿足條件。 6、傳動比i=n1/n210，其中n2為大帶輪轉(zhuǎn)速，r/min，定傳動比為6.95。則大帶輪齒數(shù)z2=iz1=139，其節(jié)圓直徑d2=mz2=1.5x139=208.5mm。 7、初定中心距a0，0.7（d1+d2）<a0<2(d1+d2),即166.95<a0&

11、lt;477,選定中心距為a0=300mm。 8、初定帶的節(jié)線長度L0p及其齒數(shù)zb，由Lop2a0+/2（d1+d2）第五章 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行尺寸計算+=1001mm，選取較接近的值則節(jié)線長度Lp=980.18mm，則齒數(shù)zb=208。 9、實際中心距a，中心距可調(diào)整aa0+=290mm。 10、帶寬bs=25.82，F(xiàn)c=mbv 2，其中小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)Kz=1.00，由表12-1-67查得代為帶寬的許用拉力Fa=5N/mm，帶的單位寬度、單位長度的質(zhì)量mb=1.810-3Kg. mm-1.m-1 。 11、作用在軸上的力Fr=Pd/v10-3=378.44N。 根據(jù)上表5.

12、3數(shù)據(jù)可以查得應(yīng)該選用m×zb×bs(模數(shù)×齒數(shù)×帶寬)=1.5×208×30（mm），其節(jié)線長Lp=980.18mm的同步帶。圖5.2 同步帶尺寸參數(shù)5.3 對漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪3、4的設(shè)計 用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動設(shè)計簡單，使用方便，互換性好。 參照機械設(shè)計手冊機械傳動得漸開線圓柱齒輪傳動的參數(shù)選擇。根據(jù)其不發(fā)生根切的最小齒數(shù)zmin=2ha*/=17和傳動比i34=i2=2.5要求，擬定直齒輪3、4的參數(shù)。 a、初選中心距：取初始標(biāo)準(zhǔn)安裝中心距a=65mm 。 b、模數(shù)、傳動比及中心距確定：(數(shù)據(jù)和公式來源：機械原理第十章齒輪糕點切片

13、機設(shè)計機構(gòu)及其設(shè)計表10-1、10-2)。由機械設(shè)計手冊機械傳動第一章表13-1-3查得：在一般動力傳動中，模數(shù)m不應(yīng)小于2mm。根據(jù)機械原理第十章表10-1中取第一系列模數(shù)m=2mm。齒輪8、9的傳動比i34=u1=z4/z3=2.5則由中心距公式a=(z4+z3)m/2，得齒數(shù)z8=18.57,z2=46.43取整后取z3=18,z4=45則實際標(biāo)準(zhǔn)安裝中心距為a=(z3+z4)m/2=63mm則齒輪1、2的實際傳動比 i12=u2= z4/z3=45/18=2.5可得標(biāo)準(zhǔn)支持圓柱齒輪3、4的參數(shù)結(jié)果如下：ha*=1 c*=0.25模數(shù)：m3=m4=2mm嚙合角：=20°齒頂高：

14、ha3=ha4=ha*m=2mm齒根高：hf3=hf4=(ha*+c*)m=2.5mm齒頂圓直徑：da3=(z3+2ha*)m=40mm，da4=94mm齒根圓直徑：df3=(z3-2ha*-2c*)m=31mm ，df4=85mm基圓直徑：db3=d3cos=33.83mm db4=84.57mm齒距：p=m=6.28mm基圓齒距：pb=pcos=5.90mm齒厚：s=m/2=3.14mm齒槽寬：e=m/2=3.14mm標(biāo)準(zhǔn)中心距：a=m(z3+z4)/2=63mmr3=mz3/2=18mmr4=mz4/2=45mmra3=r3+ha*m=20mmra4=r4+ha*m=47mma3=arc

15、 cos(r3cos/ra3)=arccos(18cos20°/20)=32.25°a4=arc cos(r4cos/ra4)=arccos(45cos20°/47)=25.88°故兩齒輪的重合度：第五章 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行尺寸計算=z3(tana3-tan)+ z4(tana4-tan)/2=18(tan32.25°-tan20°)+ 45(tan25.88°-tan20°)/2=1.63>1,故所選齒輪滿足要求。5.4 直齒錐齒輪5、6、7、8的設(shè)計 本設(shè)計采用直齒錐齒輪傳動，一方面起到了換向的

16、作用，另一方面，錐齒輪傳動具有以下主要特點：1、齒形簡單，制造容易，成本較低。2、承載能力較低。3、軸向力較小，且方向離開錐頂。圖5.3 錐形齒尺寸參數(shù) 對于錐齒輪5和6的傳動，其傳動比為i56=4，對于錐齒輪，其不發(fā)生根切的最少齒數(shù)為zmin=2ha*×cos/sin2a，通常小齒輪的齒數(shù)為z=1630，在此，根據(jù)結(jié)構(gòu)強度的要求：初選錐齒輪5的分度圓直徑為36，按照模數(shù)第一系列標(biāo)準(zhǔn)選取m=2，則可得 錐齒輪5的齒數(shù)z5=36/2=18，則錐齒輪6的齒數(shù)為z6= i56×z5=72。則其他相關(guān)參數(shù)計算如下：齒頂高系數(shù)：ha*=c*=0.25分錐角：5=arctan(z5/z

17、6)=14° 6=90°-5=76°齒頂高：ha=ha*m=2mm齒根高：hf=(ha*+c*)m=2.5mm分度圓直徑：d5=m5z5=36mm 糕點切片機設(shè)計 d6=m6z6=144mm齒頂圓直徑：da5=d5+2hacos5=39.88mm da6=d6+2hacos6=144.97mm齒根圓直徑：df5=d5-2hfcos5=31.15mm df6=d6-2hfcos6=142.79mm錐距：R=d1/2sin1=74.22mm齒根腳：tanf=hf/R=0.0337頂錐角：a5=5+f=15.93° a6=6+f=77.93°根錐角：

18、a5=5-f=12.07° a6=6-f=74.07°頂隙：c=c*m=0.25 分度圓齒厚：s=m/2=3.14當(dāng)量齒數(shù)：zv5=z5/cos5=18.55 zv6=z6/cos6=297.62齒寬：BR/3=24 va5=arccos=31.98° va6=arccos=21.03°端面重合度：=zv5(tanva5-tan)+ zv6(tanva6-tan)/2=1.54>1故直齒錐齒輪5、6滿足傳動要求。 對于錐齒輪7和8，我們以上面同樣的方法可以得到其相關(guān)數(shù)據(jù)。初選直齒錐齒輪7的分度圓直徑為100mm，7、8的傳動比為i=1，按照第一系列

19、標(biāo)準(zhǔn)選擇直齒錐齒輪7和8的模數(shù)均為4，z7=100/4=25，z8=z5×i=25。分錐角：7=arctan(z7/z8)=45°，8=90°-7=45°齒頂高：ha=ha*m=4mm齒根高：hf=(ha*+c*)m=5mm分度圓直徑：d7=m7z7=100mm d8=m8z8=100mm齒頂圓直徑：da7= da8=d7+2hacos7=101.414mm 第五章 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行尺寸計算齒根圓直徑：da7= da8=d7-2hfcos7=98.23mm錐距：R=d2/2sin2=70.71mm齒根腳：tanf=hf/R=0.07071mm

20、頂錐角：a7=a8=7+f=49.045° 根錐角：a7=a8=7-f=40.96° 頂隙：c=c*m=1 mm分度圓齒厚：s=m/2=6.28mm當(dāng)量齒數(shù)：zv7= zv8=z7/cos7=35.36 齒寬：BR/3=23mm，va7=va8=arccos=25.08°端面重合度：=zv7(tanva7-tan)+ zv8(tanva8-tan)/2=1.17>1故所選直齒錐齒輪5、6滿足傳動要求。表5.4 各錐齒輪模數(shù)和齒數(shù)序號模數(shù)m齒數(shù)z錐齒輪5218錐齒輪6272錐齒輪7425錐齒輪84255.5 對漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪8、9的設(shè)計 用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動

21、設(shè)計簡單，使用方便，互換性好。 1、參照機械設(shè)計手冊機械傳動得漸開線圓柱齒輪傳動的參數(shù)選擇。根據(jù)其不發(fā)生根切的最小齒數(shù)zmin=2ha*/=17和傳動比i89=i總/i1=10要求，擬定直齒輪8、9的參數(shù)。 a、初選中心距：取初始標(biāo)準(zhǔn)安裝中心距a=140mm b、模數(shù)、傳動比及中心距確定：(數(shù)據(jù)和公式來源：機械原理第十章齒輪機構(gòu)及其設(shè)計表10-1、10-2)按經(jīng)驗公式，m=(0.0160.0315)a=(0.0160.0315)×140=2.244.41根據(jù)機械原理第十章表10-1中取第一系列模數(shù)m=3mm。糕點切片機設(shè)計齒輪9、11的傳動比i=u1=z11/z9=4則由中心距公式a

22、=(z11+z9)m/2，得齒數(shù)z9=18.67,z11=74.67經(jīng)取整后取z9=18,z11=72則實際標(biāo)準(zhǔn)安裝中心距為a=(z9+z11)m/2=135mm可得標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪8、9的參數(shù)結(jié)果如下模數(shù)：m9=m11=3mm。嚙合角：=20°齒頂高：ha9=ha11=ha*m=3mm齒根高：hf9=hf11=(ha*+c*)m=3.75mm齒頂圓直徑：da9=(z9+2ha*)m=60mm ，da11=222mm齒根圓直徑：df9=(z9-2ha*-2c*)m=46.5mm ，df11=208.5mm基圓直徑：db9=d9cos=50.74mm ，db9=202.97mm齒距：p

23、=m=9.42mm基圓齒距：pb=pcos=8.85mm齒厚：s=m/2=4.71mm齒槽寬：e=m/2=4.71mm標(biāo)準(zhǔn)中心距：a=m(z11+z9)/2=135mmr9=mz9/2=27mmr11=mz11/2=108mmra9=r9+ha*m=30mmra11=r11+ha*m=111mma9=arc cos(r9cos/ra9)=arccos(27cos20°/30)=32.25°a11=arc cos(r11cos/ra11)=arccos(108cos20°/111)=23.89°故兩齒輪的重合度：=z9(tana9-tan)+ z11(ta

24、na11-tan)/2 =18(tan32.25°-tan20°)+ 72(tan23.89°-tan20°)/2 =1.67>1故所選齒輪滿足要求。5.6 對刀長的設(shè)計 由已知條件糕點切片長度（亦即切片高）范圍：580mm及切刀切片時最大作第五章 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行尺寸計算用距離（亦即切片寬度方向）：300mm得知：根據(jù)運動循環(huán)圖作得刀切割的示意圖，得輸送帶與錐齒輪8之間的距離為92mm>80mm,不至蛋糕與錐齒輪8發(fā)生干涉，由于刀是做圓周運動，通過CAD作圖可以得到：刀長L156.77mm，糕點的最大寬度為300mm，刀切割過的

25、角度為135°。 故擬定刀的長度L=160mm156.77mm,滿足使用條件。5.7 對槽輪機構(gòu)的設(shè)計和計算圖5.4 槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)和尺寸 糕點切片機設(shè)計圖5.5 切刀結(jié)構(gòu)和尺寸 由機械傳動系統(tǒng)圖4.1所示，我們根據(jù)前面的齒輪設(shè)計得到槽輪的相關(guān)數(shù)據(jù)：槽數(shù)：Z=4根據(jù)圖4.1及各構(gòu)件尺寸得槽輪中心距，并將摩擦輪尺寸考慮進(jìn)去得：L>18+40+100+92-135=115mm 取L=130mm從動輪運動角：2=360°/Z=90°主動輪運動角：2=360°2=90°從動輪軸心到槽口長度：O2A=Lcos=91.92mm主動曲柄長度：R1=O1A

26、=Lsin=91.92mm滾子半徑：r3R1/6=91.92/6=15.32mm,取15mm鎖止弧半徑：RHO1A-r3-h=91.92-15-（0.60.8）×15 =64.92mm67.92mm，取65mm主動輪上鎖止弧所占角度，以O(shè)1A為起始線兩邊各角中無鎖止弧。槽輪上槽口至槽底深：LS=O2A-(L-O1A)+r3+ =91.92-（130-91.92）+15+ =（68.84+）mm 式中是預(yù)留的間隙。周期：T=3s從動輪運動時間：td=×T/=(1/2-1/Z)T=T/4=0.75s從動輪停歇時間：tj=T-td=2.25s總結(jié)總 結(jié)在設(shè)計過程中，遇到了很多問題，比如傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)的知識，而我所學(xué)也只不過是滄海一粟罷了，需要老師的指導(dǎo)和自己在圖書館或是網(wǎng)上查閱資料。在設(shè)計過程中一些必要的公式和內(nèi)容，更是無從下手，其中的一些內(nèi)容不只是靠書本的知識就可以掌握完成的，我在設(shè)計的時候往往只注意到局部的設(shè)計而沒有全面的考慮整體的設(shè)計。 在本次機械設(shè)計過程之中，對于機構(gòu)整體的設(shè)計花費了很多精力，讓我修改了很多遍。如在進(jìn)行傳動機構(gòu)設(shè)計中，我查找了很多資料，每一步設(shè)計都是要進(jìn)行分析，而且都是相互聯(lián)系的。在設(shè)計中，自知自己的專業(yè)知識不夠硬，沒能夠把切糕機的模型圖完整的畫出來，這是設(shè)計中最不足的地方。