糕点切片机

糕点切片机 湖南工业大学 课 程 设 计 资 料 袋 机械工程 学院(系、部) 第 二 学年第 二 学期 课程名称 机械原理课程设计 指导教师 邹培海 职称 教授 学生姓名 刘# 专业班级 机械类 学号 104057010## 目 糕点切片机 成 绩 起止日期 2012 年 6 月 8 日, 2012 年 6 月 15 日 目 录 清 单 序号 材 料 名 称 资料数量 备 注 1 课程设计任务书 1 2 课程设计说明书 1 3 课程设计图纸 若干 张 4 5 6 - 1 机械原理课程设计 机 械 原 理 课 程 设 计 设计说明书 糕点切片机 起止日期: 2012 年 6 月 8 日 至 2012 年 6 月 15 日 学生姓名 刘## 班级 机械1010班 学号 104057010## 成绩 指导教师(签字) 机械工程学院(部) 2012年 6月15 日 - 0 机械原理课程设计 目 录 0.课程设计任务书 1.设计题目 2.工作原理和工艺动作分解 3.糕点切片机功能分析与设计过程 4.糕点直线间歇移动机构与切刀往复运动机构选型 5.糕点直线间歇移动机构的尺度设计 6.切刀往复运动的机构尺度设计 7.机械传动系统的速比和变速机构 8.糕点切片机的平面图、三维图设计 9.设计总结 10.参考资料 - 1 机械原理课程设计 湖南工业大学 课程设计任务书 2011 —2012 学年第 2 学期 机械工程 学院(系、部) 机械类 专业 机械1010 班级 课程名称: 机械原理课程设计 糕点切片机 设计题目: 完成期限:自 2012 年 6 月 8日至 2012 年 6 月 15 日共 1 周 一、设计的任务与主要技术参数 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经行切片。改变 直线间歇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。 1) 糕点厚度:10-20mm。 2) 糕点切片长度(亦即切片的高度):5-80mm。 内 3) 切刀切片时最大作用距离(亦即切片的宽度方向):300mm。 容 4) 切刀工作节拍:40次/min。 及 任 5) 生产阻力很小，要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。 务 6) 电动机可选用0.55kW(或0.75kW)，1390r/min。 二、设计工作量 要求:对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运 动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动，并进行的选择和评定，确定机械运 动的总体方案，根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比和变速机构，作出 机构运动简图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。 要求有设计说明书一份，相关图纸一至两张。(有条件的要求用三维动画述)。 起止日期 工作内容 进 度 6.8-6.12 构思该机械运动方案 安 6.13-6.14 运动分析及作图 排 6.15 整理说明书与答辩 ,1, 朱理(机械原理,,,(北京:高等教育出版社，2008:15-200 主要 参考 ,2, 邹慧君(机械原理课程设计,,,(北京:高等教育出版社，2009:15-250 资料 指导教师: 邹培海 2012 年6 月15 日 系(教研室)主任: 王菊槐 2012 年6 月 15 日 - 2 机械原理课程设计 1.设计题目:糕点切片机 1.1设计原理: 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经行切片。改变直线间歇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。 1.2设计要求: 1. 糕点厚度:10-20mm。 2. 糕点切片长度(亦即切片的高度):5-80mm。 3. 切刀切片时最大作用距离(亦即切片的宽度方向):300mm。 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。 6. 电动机可选用0.55kW(或0.75kW)，1390r/min。 2. 工作原理和工艺动作分解 2.1 工作原理和工艺动作分解 糕点切片机要求实现两个执行动作:1、糕点的直线间歇移动2、切刀的往复运动。通过两者的动作配合进行切片。 1)糕点的直线间歇移动 糕点的直线间歇移动，是为了保证切刀在切糕点时，糕点是静止的，这样切出的糕点才符合要求。另外，糕点的直线间歇移动的快慢，决定了被切出的糕点的厚度大小。糕点在停歇后，如果移动的快，糕点的厚度就相对大一些;否则，反之。 2)切刀的往复运动 切刀的往复运动，这是切刀所必需的运动，如果只有一次运动，这样就只能切一次。同时，切刀的往复运动的时间和高度都必须控制。切刀切下和收起的总时间必须小于糕点间歇的时间;切刀的初始高度必须高于糕点的最大高度(80mm)。 2.2糕点直线间歇移动与切刀往复运动的协调 糕点的移动曲线和切刀的运动曲线必须满足图2-1所示要求。 - 3 机械原理课程设计 位移/mm 一 块糕点的运糕 点动曲线 的 厚 度 85 切刀的运 动曲线 时间/s T 2T 图2-1糕点的移动曲线和切刀的运动曲线 3.糕点切片机功能分析与设计过程 3.1糕点切片机的功能分析 由上述分析可知，糕点切片机的功能分析可作总结如图3-1所示: 糕点停歇 糕点直线间歇移动 切刀脱离糕点，如此循环 切刀的往复运动 切刀下降、上升 图3-1糕点切片机的功能 糕点直线间歇移动机构和切刀往复运动机构的三维图如3-2所示: - 4 机械原理课程设计 糕点直线间歇移动机构 切刀往复运动机构 图3-2糕点直线间歇移动机构和切刀往复运动机构的三维图 3.2糕点切片机的设计过程: 实现糕点切片机运动的机构应有下面几种基本功能: , 糕点水平直线移动时，切刀的最低高度要高于糕点最大高度。 , 糕点移动的时间要比切刀停留在糕点最高点以上空间的时间长。 , 糕点停歇时，切刀下降切糕点，然后再上升。此时，必须保证切刀接触糕点 时，糕点是停歇的，即糕点停歇时间比切刀下降和上升的总时间长。 设计过程: 1. 我们先对糕点直线间歇移动机构进行了选型( 详细选型见第4节所示)。 2. 然后对切刀往复运动机构进行选型( 详细选型见第5节所示)。 3. 糕点直线间歇移动的尺度设计和切刀往复运动的尺度设计。其中，对棘 轮、凸轮的尺度设计着重研究了一下。 4. 机械传动系统的速比和变速机构的设计。其中，对切刀运动机构和糕点 的间歇移动机构的速度要求进行着重分析。 5. 根据自己的设计理念和设计尺寸画出糕点切片机的整体平面图和三维装 配图。 6. 对设计的糕点切片机经行运动分析，看设计的是否合理。 - 5 机械原理课程设计 4.糕点直线间歇移动机构与切刀往复运动机构选型 4.1糕点直线间歇移动 1)机构选型 实现直线间歇移动的机构应有下面两种基本功能: ? 直线移动。一般机器的动力机构是做旋转运动的，要实现直线移动，就必须设计一个将旋转运动转化为直线运动的机构。将旋转运动转化为直线运动的机构有齿轮齿条机构、曲柄摇杆机构和皮带轮机构等。 ? 间歇运动。实现间歇运动的机构有棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构等。可供选择方案如图4-1所示: 转 动 变 移 动 齿轮齿条 曲柄滑块 皮带轮 图4-1可供选择的方案 在按给定所需要的运动条件和空间、时间条件下，选出三种方案，如表4-1所示: 方 案 一 - 6 机械原理课程设计 方 案 二 方 案 三 表4-1糕点直线间歇移动机构的三种方案 2)方案的选择和评定 方 案一:棘轮与皮带轮组合机构 工作原理:主动摆杆摆动，带动棘轮间歇转动，皮带轮随棘轮转动而转动，皮带 水平移动。 优 点: 棘轮结构简单、制造容易、步进量易于调整。棘轮摆杆可与其他杆件机构连接，使摆杆的摆动容易生成。皮带轮传动能缓和载荷冲击;皮带轮传动运行平稳、低噪音、低振动;皮带轮的制造和安装精度不像齿轮啮合传动严格 缺 点:皮带轮传动有弹性滑动和打滑;皮带轮传动皮带的寿命较短。 方 案二:棘轮与齿轮齿条组合机构 工作原理;主动摆杆摆动，带动棘轮间歇转动，齿轮随棘轮转动而转动，然后齿 条水平移动。 优 点:棘轮结构简单、制造容易、步进量易于调整。棘轮摆杆可与其他杆件机构连接，使摆杆的摆动容易生成。齿轮齿条承载力大，传动精度高。 缺 点:齿轮齿条加工安装精度差，传动噪音大，磨损大。制造成本高。 - 7 机械原理课程设计 方 案三:不完全齿轮与皮带轮组合机构 工作原理:不完全齿轮转动带动啮合齿轮和皮带轮间歇转动，皮带随之间歇移动。 优 点: 不完全齿轮的转动角度和停歇时间的调整范围大。皮带轮优点如上。 缺 点: 不完全齿轮传动刚性冲击大。设计时，要获得不同厚度的糕点，就要 求皮带的间歇移动速度不同。由于皮带的移动速度归根结底与不完全 齿轮的转动速度有关，所以设计时就要求不完全齿轮能够获得不同转 速。这样可能要引入滑移齿轮，增加了设计和加工的困难。 结 论: 综合比较三个方案，选取方案一作为糕点直线间歇移动机构比较合适。 4.2切刀往复运动 1)机构选型 如图4-2所示有两种方案: 方 案 一 方 案 二 移动导杆机构 凸轮机构 图4-2切刀往复运动机构的两种方案 2)方案的选择和评定 方 案一:移动倒杆机构 工作原理:皮带轮转动(曲柄转动)，带动导杆上下移动。 点:机构简洁，设计简单，尺寸较小，方便实现与其他机构原动件的优 串联。倒杆运动过程中有急回现象，可提高机构效率。 缺 点:导杆的运动规律难以设计与控制。 方 案二:凸轮机构 工作原理: 主动凸轮旋转，使从动导杆上下往复移动。 优 点:结构简单、紧凑，具有很少的活动构件，占据空间小。对于任意要求的从动件(切刀)运动规律都可以毫无困难地设计出凸轮廓线来实现。 缺 点:高副接触，易磨损。但对于糕点切片机的切刀，属于低速运动，磨损较慢。 - 8 机械原理课程设计 结论:最终选择方案二，做切刀往复运动机构。 5.糕点直线间歇移动机构的尺度设计 5.1棘轮与运输糕点的皮带轮的尺度设计 为了可以加工出不同厚度的糕点，皮带轮间歇移动的距离应有变化，所以摆杆带动与齿接触时转动的角度也应有变化，通过在棘轮外加一个外罩可以实现这一要求。 根据方案一设计糕点直线间歇机构示意图，如图5-1所示: 图5-1糕点直线间歇移动机构示意图 设计要求糕点的厚度范围为:10-20mm，由于加工两块厚度只差1mm的糕点无现实意义，故我们设计时取糕点间距为2mm，即加工厚度为:10mm、12mm、14mm、16mm、18mm和20mm的糕点。 设计时，我们取棘轮有32个齿，所以当棘爪拨动一个齿所占据的角度使棘 2,,,,rad轮转动时，棘轮转动的角度。此时传输糕点的皮带轮转过同样的,3216 角度，皮带移动距离为(r为传输糕点的皮带轮的半径)。为了使设计简,,,*r 32rmm,单，取。这时，棘爪一次每多转一个角度，糕点间歇移动的距离增,, ,*r,2mm加2mm()。 由于糕点的最大厚度为20mm，所以棘爪与齿接触时转过的最大角度为 10,,10,rad,112.5:112.5:，即棘轮外罩要去除的弧。糕点厚度与棘轮外,,16 罩位置的关系如表5-1所示: - 9 机械原理课程设计 外罩对应的刻0 1 2 3 4 5 6 度 ,,,,,,1056789棘爪与齿接触0 时转过的角度161616161616/rad 糕点厚度/mm 0 10 12 14 16 18 20 表5-1糕点厚度与棘轮外罩对应位置的关系 5.2皮带轮、连杆即棘轮摆杆的尺度设计 112.5:糕点的最大厚度要求棘爪与齿接触旋转的最大角度为，所以棘轮摆杆 112.5:的摆动角度为。摆杆两个极限位置如图5-2所示: 图5-2摆杆两个极限位置 连杆长度为a，连杆与皮带轮绞接的点到皮带轮圆心距离为b，设计时取摆 222，,(L，a,b)(a，b)Lcos112.5:,杆长度L=50mm，a-b=25mm。由余弦公式2L(L，a,b)得出a+b=105mm，所以连杆长度a=65mm，连杆与皮带轮绞接的点到皮带轮圆心距离b=40mm。 6.切刀往复运动的机构的尺度设计 6.1 切刀往复运动的凸轮设计 根据前面的设计，凸轮的运动位移图与糕点的间歇移动图如图2-1一样相互协调。糕点在移动时，切刀停在最高点，即凸轮处于静休止;糕点停歇时，切刀进行一次下降、上升动作，即凸轮进行推程和回程。 为了使上述两个动作准确地循环地进行下去，就必须严格控制两个动作的时间。根据图5-2，可求得糕点最长移动时间为:(112.5:360:)T,0.3125T(T为皮 T,0.3125T,0.6875T带轮的运动周期)，糕点最短停歇时间为，所以切刀停留在 - 10 机械原理课程设计 最高点的时间应大于等于0.3125T，切刀完成一次切糕点动作的时间应小于等于0.6875T,为了便于设计，取切刀停留时间为0.35T;切刀运动时间为0.65T(切刀运动和糕点移动的周期相同)，即静休止时间为凸轮旋转周期的0.35倍;推程和回程总时间为凸轮旋转周期的0.65倍。另外，糕点设计要求的最大高度为 mm，设计时我们取行程为85mm、基圆80mm，所以从动刀具的行程要大于等于80 半径为60mm。切刀往复运动的凸轮的轮廓图及实物图如图6-1所示: 凸 轮 轮 廓 图 凸 轮 实 物 图 表6-1切刀往复运动的凸轮的实物图及轮廓图 6.2切刀尺寸的设计 糕点的最大高度为80mm，所以切刀在最糕点时，刀尖里皮带的高度应大于80mm，设计时取高度为85mm(与凸轮的行程(80mm)相等，使切刀能够切透糕点)。同时，刀具的高度也应大于80mm，设计时取高度为90mm。切刀、凸轮及皮带位置关系如图6-1所示: - 11 机械原理课程设计 图6-1切刀、凸轮及皮带位置关系 H,85，90，60,235mm所以，凸轮基圆圆心到皮带的垂直高度。 另外，刀具的宽度要大于糕点的最大宽度(300mm)，设计时取刀具宽度为300mm。 7.机械传动系统的速比和变速机构的设计 电动机的额定转速为1390r/min，而设计要求切刀工作节拍为40次/min， 1390r/minn电动机即凸轮转速为40r/min.其传动比为:。 i,,,34.7540r/minn凸轮 减速机构皮带轮连接如图7-1所示: 图7-1减速机构的皮带轮连接 - 12 机械原理课程设计 正如上节所说的，为了便于设计，切刀运动和糕点的间歇移动的周期相同。所以，应使铰接连杆的皮带轮的转速也为40r/min。(交接连杆的皮带轮旋转一周，棘轮摆杆摆动一个周期)。取电动机的皮带轮半径。,25mmr电动机的皮带轮 ;。中间皮带轮1为图7-1中绿色的皮带轮，,80mm,25mmrr中间皮带轮1中间皮带轮2 中间皮带轮2为图7-1中蓝色的皮带轮，红色的为绞接连杆的皮带轮，黄色的为电动机的皮带轮。 那么根据公式: ,vv电动机的皮带轮中间皮带轮1 ,,,nnrr电动机的皮带轮中间皮带轮1电动机的皮带轮中间皮带轮1 25r电动机的皮带轮得: ,,,，1390,434r/minnn1中间皮带轮电动机的皮带轮80r1中间皮带轮 ,vv铰接连杆的皮带轮中间皮带轮2 ,,,nnrr铰接连杆的皮带轮中间皮带轮2铰接连杆的皮带轮中间皮带轮2 434n中间皮带轮2得: ,,,，25,271mmrr铰接连杆的皮带轮中间皮带轮皮带轮240n铰接连杆的皮带轮 另外，此时要使凸轮转速为40r/min,设计时我们取与铰接连杆的皮带轮同轴的皮带轮的半径大小和与凸轮同轴的皮带轮半径大小相等(r=60mm)。 8.糕点切片机的平面图、三维图设计 做出糕点切片机总体结构平面图，如图8-1所示: - 13 机械原理课程设计 图8-1糕点切片机总体结构平面图 做出糕点切片机总体装配三维图，如图8-2所示: 正视图 后视图 图8-2糕点切片机总体装配三维图 - 14 机械原理课程设计 9.设计总结 这次课程设计是我们第一次将课程知识进行综合应用的实践。一开始，我们面对这次课程设计，几乎是不知所措，无从下手。但是，我们没有放弃，通过回忆邹培海老师上课讲述的提示和上网查阅有关资料，我们对自己设计的项目“糕点切片机”有了头绪。我们将各自的思绪串联起来，得出了项目的总体设计方案，这里我深刻感到团队力量的伟大。还有，我觉得这次课程设计给我最大的收获就是，学会了通过设计要求，来选择机构类型和进行机构尺度的设计。 另外，这次课程设计，我在多方面都有所提高。这次课程设计，综合运用课程中所学的理论知识，培养和提高了我独立工作和团队工作的能力，巩固与扩充了机械原理课程所学的内容，懂得了机构的分析和设计和怎样确定工艺方案，提 绘图能力(Auto CAD、Word的绘图)，同时与课程设计相关的课程都有了高了 相应的了解，独立思考的能力也有了提高。 在这次设计过程中，其实我也遇到的一些困难。如:怎样实现糕点的间歇运动差为定值;降速机构的尺度设计;三维图的绘制等。其中，前者的设计值得一说。糕点要可以切出不同的厚度，就是要求糕点移动的距离变化。一开始，我想到不完全齿轮机构，但此时，就还必须引进滑移齿轮使不完全齿轮的转速变化，这样就使设计变得复杂，所以我用了加外罩的棘轮。使用棘轮很容易达到“糕点可以变距离的移动”的要求，但是怎样控制变化的距离，给我带来了麻烦。经过苦思冥想，糕点的间歇机构的尺度被我完全设计出来了(表5-1)，我认为这一点是我这次课程设计的成功之处，也是我感到高兴之处。 由于我的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，我将万分感谢。 10.参考资料 ,1, 朱理(机械原理,,,(北京:高等教育出版社，2008:15-200 ,2, 邹慧君(机械原理课程设计,,,(北京:高等教育出版社，2009:15-250 - 15