糕点切片机课程设计说明书

课程设计说明书
课程名称：机械原理课程设计
设计题目：糕点切片机
专业：热能与动力工程动力机械班级：1103
学生姓名:徐睿、徐波、高新宇、焦世彬、孙益柯、方鑫学号: 72、73 ****:***
2012年6月22日
目录
一、设计任务
二、机械系统运动方案设计的构思
三、机构运动方案的选择和评定
四、根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图
五、减速系统设计
六、执行系统设计
七、传动系统演示
八、参考资料
九、创新设计心得
一、设计任务
设计题目：糕点切片机
工作原理及工艺的动作过程
如结构示意图所示,电动机经皮带轮和齿轮系减速后,达到 30 转/分;再通过棘轮机构连接一个皮带轮构成糕点的进给机构, 使它满足间歇运动的要求; 同时通过另外一组皮带轮带动凸轮机构,实现糕点的切片通过设计还可实现切刀的急回运动;由于每一次切刀的运动过程相同,故每一片糕点的大小也相同；通过改变进给的距离,可调整切片的厚度;间歇
运动机构与切刀往复运动机构协调工作从而实现糕点的切片;
机构的一些尺寸
糕点厚度：25mm；
糕点切片长度即切片高范围：45mm；
切刀切片时最大作用距离亦即切片宽度方向：400mm；
切刀工作节拍：60次/分；
生产阻力很小;要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠;
电机功率或、1390r/min;
主要设计要求是：
1.3.1通过调整进给的距离,达到切出不同厚度糕点的需要;
1.3.2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;
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; 实现切刀往复运动的机构
方案一
如上图所示,为一直动导杆机构,可利用杆 3 的往复运动来实现切刀的上下往复运动;
方案二
如上图所示,为一偏心曲柄滑块机构,可利用它实现切刀的往复运动;
方案三
如上图所示,为一对心凸轮机构,可利用它实现切刀的往复运动;
糕点的直线间歇运动
方案一
糕点直线间歇运动之槽轮机构
通过槽轮实现直线间歇运动
方案二
糕点直线间歇运动之棘轮机构
棘轮机构实现直线间歇运动
三、机构运动方案的选择和评定
刀具运动
方案一：运动副均为低副,两运动副元素为面连接,压力较小,可承受较大的载荷,且几何形状简单,便于加工;
此机构虽有上下往复运动,但它并没有急回运动特性;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;
方案二：此机构具有急回特性,结构简单,具有连杆机构的共同特点,可承受较大的载荷,运动副元素的几何形状简单;但是此机构具有连杆机构的共同缺点,即机械效率低下;且不符合本次课程设计的具体要求
方案三：此机构可以具有急回特性,能实现切刀下切速度慢而收回速度快的特性;结构简单,可承受较大的载荷,且符合本次课程设计的实际要求,能够使从动件得到各种预期的运动规律;
此机构具有凸轮机构的一些共同缺点,加工较为复杂,这是凸轮机构所不能避免的;综上所叙,我们选择了凸轮机构提供往复运动;
直线间歇运动
方案一
槽轮机构
此机构能够实现直线间歇运动的功能,但是不能实现不同糕点切片厚度的需要,而且槽轮加工难度大,不符合此次课程设计的具体要求;
方案二
棘轮机构
此机构既能够实现直线间歇运动的功能,又能通过改变棘轮每次转过的角度来实现不同糕点切片厚度的需要,而且结构简单,制造容易;
综上所述,我们选择了棘轮机构提供直线间歇运动;
方案设计的创新改进措施：
3.3.1我们开始构思方案时,想使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,我们开始采用曲柄滑块机构,曲柄滑块机构可以实现刀的往复运动,可传递较大的力,能满足我们的需要,但是机械效率太低,本着提高效率等的原则,我们考虑用凸轮机构,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,又能符合本次课程设计等要求,于是我们确定用凸轮机构,并且凸轮机构还能实现急回运动,从而极大地提高了效率;
3.3.1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,但是用齿轮来改变速度很复杂且不太方便操作,且零件繁多,于是我们否定了这个方案;经过查资料后,我们最终选择了棘轮机构;棘轮机构可以方便地改变切片的长度,且棘轮机构设计加工简单,改变切片的长度时操作方便;所以机构的总体方案就是齿轮系降低转速、棘轮机构实现间歇运动和凸轮机构实现刀片的运动;
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
切刀每分钟完成切割40次的工作节拍,故连接曲柄的齿轮的转速为40次/ 分,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一个周期：
五、减速系统设计
减速皮带轮减速齿轮送料皮带轮
本机构的原动件为一高速电机,其转速为 1390 r/min,但我们所需要的转速是40r/min,所以需要减速;对于减速装置我们采用皮带轮和齿轮系的方法;第一级降速是通过皮带轮减速,减速后转速为 200r/min;第二级是通过齿轮系减速,减速后转速为 40r/min;两传动机构设计分析如下:
皮带轮传达设计：
皮带传动设计主要是采用两个半径不相同的皮带轮实现;由于皮带上线速度相等,由r1w1=r2w2,1390r1=200r2； r1 /r2=20/139;
由此可见算出电机上皮带轮半径大小 r1=20mm；另一端皮带轮半径大小 r2=139mm,既有传动比 i=139/20;
齿轮系的设计：
经皮带轮减速后的转速为 200r/min,而我们所要的转速 40r/min;因此还需要的传动比为5/1,选用的齿轮为标准齿轮;
m=4mm;
z1=25,z2=50,z2'=25,z3=75;
六、执行系统机构设计
执行机构分两个,第一个为对心凸轮机构,第二个为棘轮机构,现分别介绍如下:
对心凸轮机构带切刀棘轮机构转角的调节
对心凸轮机构
这个机构主要是实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并考虑到卫生问题,设计刀的行程为65mm,刀的高度设为35mm,设计滑块的高度为95mm,采用皮带传动;切刀应能刚好切断糕点,综合曲柄滑块和棘轮机构的尺寸,我们得出凸轮机构和棘轮机构的轴心距为269mm;
所以对心凸轮机构的基本尺寸为：
基圆半径大小为 20mm；
刀具高度 35mm；
滚子直径 10mm；
滑块长度 110mm；;
凸轮机构和棘轮机构轴心距为454mm;
棘轮机构
棘轮机构主要是实行糕点的进给运动,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,设棘轮每转动一定角度,糕点运动 115mm,设棘轮共有48 个
齿,既每个齿代表度;于是一共有三档,即 10,15,20mm, 也就是说棘轮转动 15,,30 度;
对于棘轮的转动,设计一个曲柄摇杆机构推动棘轮旋转;于是棘轮的旋转角度就可以转化为摇杆的摆角;即 15,,30 度;在棘轮外加装一个棘轮罩,用以遮盖摇杆摆角范围内棘轮上的一部分齿;这样,当摇杆顺时针摇动时,棘爪先在罩上滑动,然后才嵌入棘轮的齿槽中推动其转动;被罩遮住的齿越多,则棘轮每次转动的角度就越小;棘轮罩设置三个转角分别为 15,,30 度;在摇杆上装一个棘爪, 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;
曲柄长 50mm;
连杆长 230mm；
摇杆长 290mm；
棘轮半径 86mm;
棘轮齿数 48 个；
皮带轮直径 76mm；
皮带长 1.5m.
整个机器的关键就在于切刀运动与糕点传送运动之间的协调,因此需要详细计算;
依据零件尺寸,作图计算得出：
推动棘轮的曲柄摇杆机构的行程速比系数为：k=1；又工作周期为 2 秒,则摇杆推程时间为：1 秒,回程时间为：秒,休止时间为：秒;
七、传动系统演示
八、参考资料
1朱理,机械原理 ,第2版,北京,高等教育出版社,2010
2戴娟,机械原理课程设计指导书,北京,高等教育出版社,2011
3陆凤仪,机械原理课程设计,北京,机械工业出版社,1999
九、创新设计心得
经过几天的努力,机械原理课程设计就要结束了;回顾这些天的劳动,我确实从中知道了很多,而且也要把CAD学好,我所完成的不仅仅是一个课程设计,对课本知识的理解也加深了许多;刚开始,我认为这个课程设计题目很简单,我就没有在之前做准备,到了后面,我发现要画的图也有点麻烦,而且还要给予尺寸的设计;不仅要考虑糕点的传动,还要考虑糕点的切的动作, 我们寝室的3个人在寝室里讨论了将近几个小时也没有确定可行的方案,又是棘轮不知道画,不完全齿轮不好控制,槽轮设计达不到糕点的厚度,只好将讨论时的几种方案记下,再慢慢研究;回去我们经过再三的商量,最终才确立了一套好的方案;通过这次课程设计,我明白了很多：
1、对课本知识掌握的还不牢靠,还要更深一层的理解；
2、在学习知识的同时,要注意知识和实际的结合,切记只学死知识,那样就是学好了,
将来也时无用；
3、团队的精神,一个人的能力毕竟是有限的,只有团结更多的人,才能做出更出色的成
绩来,才能选出更好的方案;。