機械原理課程設計糕點切片機

1、文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持目 錄一、設計要求 2二、功能分解3三、運動轉換4四、執(zhí)行機構選擇與比較 6五、原動機10六、運動方案擬定10七、傳動機構17八、運動示意圖 19九、運動循環(huán)圖 20十、執(zhí)行機構計算 21H一、參考資料25十二、小結 26一、設計要求1設計題目糕點切片機2工作原理及工藝動作過程糕點先成型（如長方體、圓柱體等）經切片后再烘干。糕點切片機要求實現兩個執(zhí)行動作： 糕點的直線間歇移動和切刀的往復運動。 通過兩者的動作配合進行切片。 改變直線間歇移動速度或每次間隔的輸送距離， 以滿足糕點不同切片厚度的需要。3原始數據及設計要求1）糕點厚度。

2、1020 mm。2）糕點切片長度（亦即切片的高）范圍。580 mm。3）切刀切片時最大作用距離（亦即切片的寬度方向）300 mm。4）切刀工作節(jié)拍。40 次 min 。5）生產阻力很小。要求選用的機構簡單、輕便、運動靈活可靠。6）電動機可選用0.55kW （或 0.75 kW）、 1390 r min。4設計方案提示1）切削速度較大時，切片刀口會整齊平滑，因此切刀運動方案的選擇很關鍵，切口機構應力求簡單適用、運動靈活和運動空間尺寸緊湊等。2）直線間歇運動機構如何滿足切片長度尺寸的變化要求，是需要認真考慮的。調整機構必須簡單可靠，操作方便。是采用調速方案，還是采用調距離方案，或者采用其它調整方案

3、，均應對方案進行定性的分析比較。3）間歇運動機構必須與切刀運動機構工作協調，即全部送進運動應在切刀返回過程中完成。需要注意的是，切口有一定的長度（即高度） ，輸送運動必須在切刀完全脫離切口后方能開始進行， 但輸送機構的返回運動則可與切刀的工作行程運動在時間上有一段重疊， 以利提高生產率， 在設計機器工作循環(huán)圖時， 就應按上述要求來選取間歇運動機構的設計參數。5設計任務1）根據工藝動作順序和協調要求擬定運動循環(huán)圖；2）進行間歇運動機構和切口機構的選型，實現上述動作要求；3）機械運動方案的評定和選擇；4）根據選定的原動機和執(zhí)行機構的運動參數擬定機械傳動方案；5）畫出機械運動方案簡圖（機械運動示意圖

4、） ；6）對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構進行尺度設計。二 . 功能分解功能分析法是系統(tǒng)設計中探尋功能原理方案的主要方法， 這種方法將機械產品的總功能分解成若干簡單的功能元， 對功能元求解， 然后進行組合， 往往可以得到機械運動方案的多種解。 糕點先成型（如長方體、圓柱體等 ）經切片后再烘干。糕點切片機要求實現兩個執(zhí)行動作： 糕點的直線間歇移動和切刀的往復運動。 通過兩者的動作配合進行切片。 改變直線間歇移動速度或每次間隔的輸送距離， 以 滿足糕點不同切片厚度的需要。根據任務書中糕點切片機要求實現兩個執(zhí)行動作； 糕點的直線間歇移動和切刀的往復運動的要求，作出糕點切片機的功能、工藝動作圖如下：圖 1 糕

5、點切片機的功能、工藝動作圖1. 糕點的直線間歇移動糕點的直線間歇運動可選擇連桿機構、齒輪機構、凸輪機構、棘輪機構、槽輪機構等。2. 切刀的往復運動切刀的往復直線移動可采用連桿機構、 凸輪機構、 齒輪齒條、 組合機構等。三 . 運動轉換1 .常見的運動形式一般來說， 機器的某種工藝動作形式都對應著某種運動形式， 機械執(zhí)行機構常見的運動形式見下表2。表 2 運動形式與表達符號2 .同一種功能可選用不同的工作原理與不同的機構實現同一種功能可選用不同的工作原理，下表說明運動由轉動換成移動等，可采用推拉原理、 摩擦傳動原理或流體傳動原理實現， 而且可分別采用不同機構，如凸輪機構、連桿機構、齒輪機構、氣液

6、壓機構來滿足功能要求。四執(zhí)行機構選擇與比較糕點的直線間歇移動1 .棘輪機構棘輪機構具有結構簡單、 制造方便、 運動角可在工作過程中、 并可在較大范圍內調整等特點而應用廣泛， 但運動角的調節(jié)是有級的、 傳動精度較差， 且棘爪在齒面滑行時引起噪音、沖擊、齒尖易磨損而不宜用于高速。為改善性能常采用多爪棘輪機構以得到較小的運動角而又不增加齒數， 采用帶罩板的棘輪機構以調節(jié)運動角， 采用浮動式棘輪機構來調節(jié)停歇時間， 采用其它機構與其組合改變動停時間比，可應用于各種場合。1) 齒輪棘輪機構2) 鏈輪棘輪機構3) 連桿棘輪機構2 .槽輪機構槽輪機構的結構簡單、制造容易，工作可靠，機械效率高，但槽輪的運動角

7、大小不能調節(jié)，且在槽輪轉動的始、末位置有沖擊，不宜用于高速。為避免剛性沖擊， 在圓銷進入和退出徑向槽的兩個位置時要求徑向槽中心線切于圓銷中心的運動圓周。為保證正常運轉，要求槽輪槽數z 不小于2，圓銷數k 應小于2z/(z-2)。當k=1時，槽輪運動時間少于靜止時間，當 k=1、z=4且槽、銷都均布時，動、停時間相等， k 再增加，運動時間則大于靜止時間。若要求各次停歇時間不等， 可將圓銷不均勻， 若要求各運動時間也不等， 則使各圓銷中心的半徑不等、且各徑向槽的長度和夾角也作相應改變。當需要槽輪停歇時間短、 傳動較平穩(wěn)、 減少空間尺寸并使主、 從動輪轉向一致時可采用內嚙合槽輪機構。槽輪機構一般用

8、于轉速不高的自動機械和輕工機械及儀表中， 如電影放映機中的送片機構、 長圖自動記錄儀中的打印機構。 也常與其他機構組合作為自動線中的傳送或轉位機構。1) 齒輪槽輪機構3.凸輪機構凸輪式間歇傳動機構的結構簡單、 不僅可傳遞平行軸間還可傳遞交錯軸間的間歇運動。只要合理設計廓線、選擇合適的運動規(guī)律，可使從動件運動平穩(wěn)、減少沖擊、得到較好的運動特性，以適應高速運轉的需要。但加工復雜、安裝要求嚴格。凸輪式間歇機構廣泛應用于輕工機械、 沖壓機械、 高速自動機械中， 作為分度機構、轉位機構、間歇式送料機構。更多的場合下與其他機構組合使用。1) 蝸桿凸輪機構2) 端面螺線凸輪3) 連桿齒輪凸輪機構4) 不完全

9、齒輪機構不完全齒輪機構從動輪運動角的范圍大， 不像槽輪機構那么受限制。 能靈活設計， 很容易實現一周中的多次不同動、 停時間的間歇運動。 但在進入嚙合和退出嚙合時速度有突變，產生沖擊，不宜用于高速傳動。為改善傳動性能、減少沖擊，可裝置瞬心線附加板L 和 K ，在首齒嚙合前， K、 L 板先嚙合，是從動輪從靜止狀態(tài)逐漸加速置w2 ；末齒脫離嚙合后，又借助另一對K 、 L 板逐漸減速。自動機和半自動機中常用不完全齒輪機構作為工作臺的間歇轉位機構、 進給機構， 還可作計數機構。 常與其它機構組合應用。 完全齒輪機構也常與其它組合機構實現間歇轉動。1) 凸輪齒輪機構2) 連桿齒輪機構切刀的往復運動1

10、.連桿機構1) 曲柄滑塊機構當曲柄整周回轉使滑塊往復移動。 對心曲柄滑塊機構的滑塊最大行程為曲柄長度的兩倍，若增加曲柄長度，可增大行程。偏置的曲柄滑塊機構具有急回運動特性， 當曲柄長度或偏距加大時， 急回特性顯著，而連桿長度減小時，急回特性減緩。2) 移動導桿機構連桿為主動件，帶動移動導桿相對固定滑塊上下往復移動3) 正弦機構當曲柄以等速轉動時，通過滑塊使導桿上下移動，當曲柄轉動角度為 0°或180°時，為導桿的兩極限位置，行程最大。4) 正切機構當擺動導桿為主動件時，通過滑塊使桿往復運動。5) 多桿機構結構緊湊，以實現較復雜的運動規(guī)律。6) 雙偏心輪導桿機構雙偏心輪繞軸轉

11、動， 通過連桿和弧形導桿及弧形導塊驅動從動件沿水平導路往復移動。2 .凸輪機構一般凸輪為主動件， 作連續(xù)的回轉運動或平移運動， 其輪廓曲線的形狀取決于從動件的運動規(guī)律。凸輪機構結構簡單、緊湊、設計方便，但由于主從動件之間為點、線接觸，易磨損，適用于運動規(guī)律復雜、傳力不大的場合。3 .齒輪齒條機構1 ) 帶環(huán)形齒條的齒輪機構當輪按某一方向連續(xù)回轉與環(huán)形齒條各部分輪齒嚙合， 從而帶動該齒條左右往復運動。 環(huán)形齒條的圓弧部分可保持其上、 下直線部分與輪嚙合的平滑過渡。2 ) 帶不完全齒的雙邊齒條機構當輪轉動時， 輪齒與構件上的雙邊齒條之一嚙合， 使其在固定導槽內沿軸線左右移動。3 ) 齒輪針齒條機構

12、當輪等角速度轉動時，齒條作往復直線運動。當輪軸位于槽的直線部分時，齒條等速移動，位于圓弧部分時，輪從上面轉移到下面，或從下面轉移到上面，齒條作變速移動。4 .楔塊機構當構件沿固定導軌做直線往復運動時， 通過斜面驅動構件作往復水平移動。5 .斜盤機構當斜盤繞軸轉動時， 滑塊作往復移動。 由于采用球面運動副， 機構運動靈活。6 .組合機構1) 凸輪連桿機構一般凸輪為主動件，能夠實現較復雜的運動規(guī)律。2) 齒輪連桿機構可以實現較復雜的運動規(guī)律。3) 凸輪齒輪機構凸輪為主動件，帶動與扇形齒輪固接的擺動桿擺動，驅使齒條往復移動。4) 齒輪凸輪連桿機構當主動齒輪回轉時，齒輪及凸輪轉一周，另一齒輪轉61/6

13、0 周，擺桿及滑桿作往復運動一次。 由于兩齒輪有相對轉動， 故兩端面凸輪的接觸點變化， 使圓柱凸輪隨同端面凸輪作微小的軸向位移， 改變滑桿往復行程始、 末位置。 當另一齒輪轉 60 周， 齒輪轉 61 周， 兩輪的相對位置及桿恢復到初始位置， 一個運動循環(huán)中，從動桿往復運動 60 次。五原動機由于本系統(tǒng)所需要的動力不大， 要求轉速也不是很高， 綜合考慮下采用了如下的電機：電機型號： Y801-4。Y:異步電動機801： 機座中心高4：極數使用條件環(huán)境溫度：隨季節(jié)變化，但不超過40 攝氏度頻率：50Hz電壓：380V7文檔來源為: 從網絡收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持文檔來源為：從

14、網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持接 法：Y接工作方式：連續(xù)電機參數功 率：0.55KW電 流：1.5A轉 速：1390r/min效 率：73%功率因數：0.76六.運動方案擬定糕點的直線間歇移動可選擇連桿機構、齒輪機構、凸輪機構、棘輪機構、槽 輪機構等。切刀的往復運動可采用連桿機構、凸輪機構、齒輪齒條、組合機構等；1.實現糕點直線間歇移動的機構萬案一：如上圖所示，為一齒式棘輪機構，利用它來實現糕點的直線間歇運動。萬案一：如上圖所示，為一不完全齒輪機構，可利用它加皮帶輪來實現糕點的直線問 歇運動。、 、1-> 方案二:萬案萬案方便; 驅動 能作選擇與評定如上圖所示，為槽輪機構

15、，可利用它加皮帶輪來實現糕點的直線間歇運動齒式棘輪機構結構簡單，制造 動與停的時間比可通過選擇合適的 機構實現。該機構的缺點是動程只 有級調節(jié)；噪音、沖擊和磨損較大,版本可編輯.歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持故不宜用于高速。糕點的直線間歇運動是在較低的速度下運動的，所以該機構適合于本系統(tǒng)萬案一：不完全齒輪機構設計靈活、從動輪的運動角范圍大，很容易實現一個周期中 的多次動、停時間不等的間歇運動。但加工復雜；在進入和退出嚙合時速度有突 變，引起剛性沖擊，不宜用于高速轉動；主、從動輪不能互換。在本系統(tǒng)中沒有必要采用加工如此復雜的機構。方案二：槽輪機構可

16、將主動盤的連續(xù)轉動變換為槽輪的間歇轉動。并具有結構簡單、 尺寸小、機械效率高、能較平穩(wěn)地間歇轉位等特點。但是每次間歇的時間長度一 定，很難滿足本系統(tǒng)中改變所切糕片長度的功能。方案設計的創(chuàng)新改進措施：對于蛋糕的傳送，既要滿足間歇運動的要求，又能通過改變進給距離而切出 不同厚度的糕點。剛開始試用了槽輪機構，但糕點切片機要求可以改變所切糕點 長度的，如用槽輪機構的話，很難實現改變切片的長度，想到用齒輪組減速器改變 速度來實現。用許多齒輪來改變速度很復雜且不太方便操作，于是我們否定了這個方案。經過查資料后，選擇了棘輪機構。用棘輪機構可以方便的實現改變切片 的長度。且棘輪機構設計加工簡單，改變切片的長度

17、時操作方便。所以機構的總 體方案就這么大概的定下來了。2,實現切刀往復運動的機構萬案一：如上圖所示，為一直動導桿機構，可利用桿3的往復運動來實現切刀的上下往復運動。萬案一：如上圖所示，為一幾何封閉凸輪機構?？衫脴嫾?1繞A點做偏心轉動來 實現切刀的往復運動。方案三 ：如上圖所示，為一偏執(zhí)曲柄滑塊機構，可利用它實現切刀的往復運動。方案選擇與評定：方案一：運動副均為低副，兩運動副為面連接，壓強較小，可承受較大的載荷， 且?guī)缀涡螤詈唵危?便于加工。 而且連桿上各點的軌跡是各種不同形狀的曲線，氣形狀隨著各構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計要求。

18、此機構雖有上下往復運動， 但它并沒有急回運動特性。 不能夠實現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間，影響效率。方案二： 只要適當的設計出凸輪的輪廓曲線， 就可以使推桿得到各種預期的運動規(guī)律，而且機構簡單緊湊，可承重較大，運動平穩(wěn)。但是凸輪輪廓線與推桿之間為點、線接觸，易磨損。而且沒有急回特性，不能夠實現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間，影響效率。方案三 ： 此機構有急回特性。結構簡單。具有連桿機構的共同優(yōu)點，可承受較大的載荷， 運動副的幾何形狀簡單。 改變各構件的相對長度來使從動件得到預期的運動規(guī)律。此機構具有連桿機構的共同缺點， 機械效

19、率降低， 這是連桿機構所不能避免的。方案設計的創(chuàng)新改進措施:開始構思方案時,考慮到在以后的生活和生產中,自動化是必然的趨勢，因此設計的機構要盡量滿足自動化的要求。此機構的運作是切糕點與送糕點,切的時候糕點不能動 ,沒有切的時候,糕點要運動并前進一定的距離到達指定位置.為了實現切的動作,開始時采用凸輪機構 ,來實現刀的往復運動,用凸輪可以很好的控制刀的運動,實現最優(yōu)的運動軌跡,可是凸輪的設計和制造比較復雜，且不能傳遞較大的力 ,而且切糕點也不需要那么高的精度。于是考慮用曲柄滑塊機構,曲柄滑塊機構一樣可以實現刀的往復運動,可傳遞較大的力,能滿足需要, 而且其機構簡10文檔來源為: 從網絡收集整理.

20、word 版本可編輯.歡迎下載支持 .文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持單，加工制造方便，能減少生產成本，于是確定用曲柄滑塊機構。3.實現減速的機構減速機構要將電機的 1390r/min 降為 40r/min 。 可采用的機構為渦輪蝸桿機構以及皮帶齒輪機構。渦輪蝸桿機構只能在一定的距離里面產生較大的傳動比（蝸輪軸心確定，蝸桿向前送進） ，所以不適宜用于連續(xù)不停轉動，而且蝸輪從側面看與齒輪不同的是其中間位置有一定弧度的下凹， 對加工而言會產生一定的難度。 而且相對齒輪而言， 渦輪蝸桿嚙合輪齒間的相對滑動速度過大， 使得摩擦損耗較大， 因而傳動效率過低， 易出現發(fā)熱和

21、溫度過高的現象， 磨損也叫嚴重， 會降低整體的使用壽命，而且成本較高，因此采用多個齒輪傳動來替代蝸輪蝸桿的設計。七 傳動機構1. 實現傳動的機構 ：1）皮帶傳動皮帶傳動能起緩沖和吸振作用，可使傳動平穩(wěn)，噪聲小。過載時，帶在輪面上打滑， 可以防止損壞其他零件， 起安全保護作用。 適用于兩軸中心距較大的場合。結構簡單，容易制造，維護方便，成本低廉，但是因為皮帶傳動受摩擦力和帶的彈性交形的影響，所以不能保證準確的傳動比，效率較低。2）齒輪傳動齒輪傳動能保證恒定的瞬時傳動比， 傳遞運動準確可靠， 傳遞功率的范圍比較寬，可以從很小的功率直到幾萬馬力經過磨齒的齒輪傳動圓周速度可達100米秒；機械傳動效率比

22、較高，一般圓柱齒輪傳動效率可達98以上，而且使用壽命也較長。齒輪機構的結構緊湊，體積比較小。但是傳動噪音比較大，對沖擊比較放敏感， 不宜用在軸線距離較大的部件上。 齒輪制造精度要求比較高， 不能緩沖，高速傳動精度不夠是有噪音，無過載保護，相應的成本也比較高3）鏈傳動傳動比固定不變， 結構比帶傳動緊湊。 不需要太大的張緊力， 因而不會給予軸承增加額外的載荷而且載荷能均勻地分布于軸銷與住軸套間的所有接觸面積上。 它能低速傳遞較大的裁荷并能使一個主動軸向時帶動幾個從動軸， 其軸距的變化范圍比齒輪傳動大。但是瞬時速度不均勻，高速不如帶傳動平穩(wěn)， 在震動沖擊負荷下壽命大為縮短。軸距的變化范圍不宜過大，一

23、般不超過56 米，它 在般應用于中距離傳動。2. 傳動機構的選定鑒于以上各種傳動機構的優(yōu)缺點及糕點切片機的結構原理和特點， 我們最終選擇皮帶傳動和齒輪減速傳動。3. 傳動系統(tǒng)演示13文檔來源為: 從網絡收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持文檔來源為：從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持皮-tth 市傳動八，運動示意圖九.運動循環(huán)圖切刀的直線往復運動循環(huán)圖糕點的直線間歇運動循環(huán)圖十.執(zhí)行機構計算棘輪和曲柄搖桿機構的設計：棘輪機構主要是執(zhí)行糕點的進給運動， 每一次的運動距離就是所切糕點的長度。為了更好的控制和改變這個長度，設棘輪每轉動一定角度，糕點運動20mm,設棘輪共有24個

24、齒，即每齒代表15度。于是一共有四檔，即20、40、 60、80mm,也就是說棘輪轉動15、30、45、60度。對于棘輪的轉動，設計一個 曲柄搖桿機構推動棘輪旋轉。 于是棘輪的旋轉角度就可以轉化為搖桿的擺角。 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棘輪上的一部分齒。這樣，當搖桿順時針搖動時，棘爪先在罩上滑動，然后才嵌入棘輪的齒槽中推動其轉動。 被罩遮住的齒越多， 則棘輪每次轉動的角度就越小。 棘 輪罩設置四個轉角分別為15、30、45、60度。設有槽的圓盤直徑為150mm,棘 輪半徑為100mm,在搖桿上裝一個棘爪，棘爪推動棘輪旋轉，棘輪上再固定一

25、個 皮帶輪用以帶動皮帶旋轉。由運動距離可以得出皮帶輪的直徑為153mm,這樣棘輪機構就設計完了。其尺寸為：曲柄搖桿機構：曲柄長50mm；連桿長210mm；搖桿長 200mm；棘輪半徑86mm；棘輪齒數24 個；皮帶輪直徑153mm；整個機器的關鍵就在于切刀運動與糕點傳送運動之間的協調， 因此需要詳 細計算。依據零件尺寸，作圖計算得出：推動棘輪的曲柄搖桿機構的行程速比系數為：k=1;又工作周期為1.5秒，則搖桿推程時間為： 0.75秒，回程時間為： 0.75秒。因此， 切刀在 0.75秒的時間內不能接觸糕點 （最大厚度為20mm） ， 而在 0.75秒的時間里切刀應完成切糕點的動作并離開糕點表面

26、。 即切刀在糕點外運動的時間應大于 0.75 秒。據此驗證切刀的曲柄滑塊機構的尺寸。計算得切刀在20mm以上的高度運動時間為 1 秒，滿足設計要求。曲柄滑塊機構（刀具）的設計:此機構主要是執(zhí)行切刀的上下往復運動。由于所切糕點的厚度最大為20mm,所以切刀在20mm之上運動時，糕點才能運動。為了給糕點足夠的傳送 時間，設計刀的行程為60mm,即曲柄長30mm；刀的高度設為37mm?？紤]到 衛(wèi)生問題,刀不能縮到滑塊的軌道里去，所以設計滑塊的長度為 65mm；又設計連 接桿的長度為60mm。這樣曲柄滑塊機構的高度比較高，所以采用皮帶傳動。又 切刀應能剛好切斷糕點，綜合曲柄滑塊和棘輪機構的尺寸，我們得出曲柄滑塊機 構和棘輪機構軸心距為400mm。所以曲柄滑塊機構的尺寸為：曲柄長30mm； 連接桿長60mm；滑塊長65mm；刀片高37mm；曲柄滑塊機構和棘輪機構軸心距為400mm。齒輪皮帶減速系統(tǒng)設計減速皮帶輪減速齒輪送料皮帶輪本機構原動件為一高速電機，具轉速為 1390 r/min,但我們所需要的轉速是 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