1、1机 械 原 理 课 程 设 计 说 明 书设计题目： 糕点切片机 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓名、学号 指导教师： 郑小玲 2010 年 7 月 1 日至 2010 年 7 月 9 日2目 录一设计任务 1二机械系统运动方案设计的构思 2三. 机构运动方案的选择和评定 3四. 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图 4五传动系统设计 5六执行系统设计 6七方案评价 10八参考资料 10九创新设计心得 1031工作原理及工艺动作过程糕点先成型(如长方体、圆柱体等 )经切片后再烘干。糕点切片机要求实现两个执行动作：糕点的直线间歇移动和切刀的往复运动。通过两者的动作配合进行切片。改变直线间歇
2、移动速度或每次间隔的输送距离，以满足糕点不同切片厚度的需要。2设计任务1)根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；2)进行间歇运动机构和切口机构的选型，实现上述动作要求；3)机械运动方案的评定和选择；4)根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案；5)画出机械运动方案简图(机械运动示意图)；6)对机械传动系统和执行机构进行尺度设计。3原始数据及设计要求1)糕点厚度。1020 mm。2)糕点切片长度(亦即切片的高)范围。580 mm。3)切刀切片时最大作用距离(亦即切片的宽度方向)300 mm。4)切刀工作节拍。40 次min。5)生产阻力很小。要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠
3、。6)电动机可选用 0.55kW (或 0.75 kW)、1390 rmin。主要设计要求是：（1）通过调整进给的距离，达到切出不同厚度糕点的需要。（2）要确保进给机构与切片机构协调工作，全部送进运动应在切刀返回过程中完成，输送运动必须在切刀完全脱离切口后方能开始进行。4二：机械系统运动方案设计的构思切刀的往复直线移动可采用连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条、组合机构等；糕点的直线间歇运动可选择连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构等。方案一： 凸轮连杆机构:从动件在某一侧极限位置停歇的间歇移动机构；一， 机构组成：图一所示机构由凸轮机构和连杆机构所组成。固定在凸轮 4 在a 角的范围内沟
4、槽是一段凹圆弧，以圆弧的半径 r 为连杆 5 的杆长，圆心为滑块 1 与连杆 5 的铰链中心。二， 工作原理主动导杆 3 匀速转动，带动同时也在凸轮沟槽中运动的滚子2，通过连杆 5 使滑块 1 作往复移动。当导杆 3 在 a 角范围内转动时，滑块一在左极限位置停歇。从而实现单侧停歇的间歇移动。三，此机构的优点： 连杆部分运动副均为低副，底副的两运动副元素为面接触，压强较小，可承受较大的载荷，并且有利于润滑，运动副元素的几何形状较简单，便于加工制造。当原动件的运动规律不变，可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。 连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线，其形状还随着各构件相对长度的改
5、变而改变，从而可以得到形式众多的连杆曲线，我们可以利用这些曲线来满足不同曲线的设计要求。5四，此机构的缺点： 连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，传递路线较长，易产生较大的误差累计，使机械效率降低。 不能够实现切刀下切速度慢而收回速度快的特性，也不能够很好的缩短空程的时间，影响效率。故放弃。各执行机构的设计：曲柄滑块机构此机构主要是执行切刀的上下往复运动。由于所切糕点的厚度最大为 20mm,所以切刀在 20mm 之上运动时,糕点才能运动。为了给糕点足够的传送时间,设计刀的行程为 90mm,即曲柄长 45mm； 棘轮机构，曲柄摇杆机构已知棘轮机构的半径 R=曲柄长：64mm连杆长：112.4
6、6mm连架杆：76mm机架长：108.49mm设计过程：根据曲柄滑块的摇杆摆角范围 14 度229 度，所设计的曲柄摇杆机构范围为 14 度229 度即能满足设计要求，我们利用杆与机构的运动关系及借助计算机 VB 程序辅助计算得到曲柄长 64mm,连杆长 112.46mm，连架杆 76mm,机架长 108.49mm。6齿轮系的设计:经皮带减速后的转速为 240r/min,而我们所要的转速为 40r/min。因此还需要的传动比为 6/1,选用的齿轮为标准齿轮。m=4mm; z1=25,z2=50,z2=25,z3=75。传动比 i=6/1。方案二：一， 机构组成：皮带齿轮减速机构，曲柄滑块切片机
7、构，摩擦轮送料机构。二， 工作原理：1 通过皮带齿轮减速机构将 1390r/min 的电动机减速到40r/min.2 通过曲柄滑块机构实现刀具的往复运动（曲柄转动一周通过连杆带动滑块实现一个行程为 80 的来回运动） 。3 通过摩擦轮实现单向间歇移动（凸轮主轴顺时针转动，轮上的突出圆弧廓线与工件接触时，2,3 轮对滚，轮间的摩擦力使工件 1 左移送进。当轮 2 的廓线与工件脱离接触后，工件则静止。轮 2 转动一周，工件完成一个周期的送进和停歇动作） 。三， 该机构优缺点：皮带齿轮减速机构可以实现较长距离的运动传送，切刀的往复移动所采用的曲柄滑块机构杆机构具有急回特性，可使刀在向下运动及切糕时速
8、度加快，从而使切口光滑。同时该机构可承受较大载荷，运动副元素的几何形状简单。改变个机构件的相对长度来使从动件得到预期的运动规律。此机构具有连杆机构的共同缺点，机械效率降低，这是连杆机构所不能避免的。糕点的直线间7歇移动采用了摩擦轮机构，这是步进式的单向送进机构，适合与板条形状工件输送，且机构设计简单，成本低，但很难实现改变切片的长度。方案三：机构组成：皮带齿轮机构，曲柄滑块机构，棘轮机构，曲柄摇杆机构。工作原理：1 通过皮带齿轮减速机构将 1390r/min 的电动机减速到40r/min2 通过偏置的曲柄滑块机构实现刀具的往复运动，从而实现糕点的切割。3 通过皮带轮的旋转带动曲柄的摆动，进而是
9、摇杆往复摆动一定角度，随而推动棘轮摆动，由于皮带轮和棘轮以共同角速度转动，继而使传送带向前移动 10mm20mm.该机构优缺点:该机构能实现间歇直线运动，并能通过调节遮板来调节传送带的前进距离。缺点是该机构的磨损较大，应采用铸铁铸造完成。8三：机构运动方案的选择和评定方案一：动副均为低副，两运动副元素为面连接，压强较小，可承受较大的载荷，且几何形状简单，便于加工。而且连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线，气形状随着各构件相对长度的改变而改变，从而可以得到形式众多的连杆曲线，可以这些曲线来满足不同曲线的设计要求。此机构虽有上下往复运动，但她并没有机会运动特性。不能够实现切刀下切速度慢而收回速度快
10、的特性，也不能够很好的缩短空程的时间，影响效率。方案二：只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑，可承重较大，运动平稳。但是凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损。切没有急回特性，不能够实现切刀下切速度慢而收回速度快的特性，也不能够很好的缩短空程的时间，影响效率。方案三：此机构急回特性。结构简单。具有连杆机构的共同优点，同时此机构具有连杆机构的共同缺点，机械效率降低，这是连杆机构所不能避免的。方案设计的创新改进措施:1.我们开始构思方案时,考虑到在以后的生活和生产中,自动化是必然的趋势，因此设计的机构要尽量满足自动化的要求。此机构的运作是切糕点与送糕
11、点,切的时候糕点不能动,没有切的时候,糕点要运动并前进一定的距离到达指定位置.为了实现切的动作,我们开始采用凸轮机构,来实现刀的往复运动,用凸轮可以很好的控制刀的运动,实现最优的运动轨迹,可是凸轮的设计和制造比较复杂，且不能传递较大的力,而且切糕点也不需要那么高的精度。于是我们考虑用曲柄滑块机构,曲柄滑块机构一样可以实现刀的往复运动,可传递较大的力,能足我们的需要, 而且其机构简单，加工制造方便，能减少生产成本，于是我们确定用曲柄滑块机构。2.对于蛋糕的传送, 既要满足间歇运动的要求,又能通过改变进给距离而切出不同厚度的糕点。我们刚开始试用了槽轮机构,但我们的糕点切片机要求可以改变所切糕点长度
12、的,如用槽轮机构的话, 很难实现改变切片的长度,我们想到用齿轮组减速器改变速度来实现。用许多齿轮来改变速度很复杂且不太方便操作,于是我们否定了这个方案。经过查资料后，我们选择了棘轮机构。用棘轮机构可以方便的实现改变切片的长度。且棘轮机构设计加工简单，改变切片的长度时9操作方便。所以机构的总体方案就这么大概的定下来了. 四、根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图刀具往复运动切刀每分钟得完成切割 40 次的工作节拍。所以连接曲柄的齿轮的转速为40 次/min ，切刀做竖直面内的往复直线运动，当其往下运动到与最低点相距约5mm 至 80mm（这是糕点的厚度）时开始切割糕点，此时糕点静止不动，切割完毕切
13、刀往上运动到距离最低点约 80mm 时糕点运动起来，把切好的糕点片带走并把糕点送进待切，切刀继续往上运动，直到最高点，之后再往下运动，直到最低点相距约 5mm 至 80mm（这是糕点的厚度）时又开始切割糕点，此时糕点又静止。如此往复循环。下图是刀具的位移运动图（两个周期）：10五：棘轮的设计棘轮机构主要是执行糕点的进给运动,每一次的运动距离就是所切糕点的长度。为了更好的控制和改变这个长度,设棘轮每转动 30 度,糕点运动 10mm,设棘轮共有 12 个齿,既每齿代表 30 度。棘轮外设有遮板，转动遮板的位置可控制棘轮所摆动的角度。于是一共有两个档,即 10mm,20mm。即棘轮每转动 30 度,60 度。传送带向前移动10mm,20mm。对于棘轮的转动 ,设计一个曲柄摇杆机构推动棘轮旋转。摇杆上装一个棘爪, 棘爪推动棘轮旋转,棘轮上再固定一个皮带轮,用以带动皮带旋转。棘轮的尺寸确定：m=5,Z=12,齿顶圆 d=60mm,齿根圆 d=60-0.75x5=56.25mm皮带轮的尺寸确定：皮带轮直径 D=60mm
