机械设计基础课程设计糕点切片机说明书.doc

(完整word版)机械设计基础课程设计糕点切片机说明书

机械设计基础课程设计（1）

设计题目 糕点切片机

机电工程学院机械电子091班200910834101学号

设计者曾振兴
指导老师施俊侠
2011年6月30日

机械设计基础（1）课程设计任务书
1． 计题目：糕点切片机
2． 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。改变直线间歇移动速度或每次间歇的输送距离，以满足糕点的不同切片厚度的需要。
3． 原始数据及设计要求
1） 糕点厚度：10~20mm。
2） 糕点切片长度（亦即切片高）范围：5~80mm。
3） 切刀切片时最大作用距离（亦即切片宽度方向）：300mm。
4） 切刀工作节拍：40次/min。
5） 工作阻力很小。要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。
6） 电机可选用，功率0.55KW（或0.75KW）、1390r/min。
4． 设计方案提示
1） 切削速度较大时，切片刀口会整齐平滑，因此切刀运动方案的选择很关键，切口机构应力求简单适用、运动灵活和运动空间尺寸紧凑等。
2） 直线间歇运动机构如何满足切片长度尺寸的变化要求，是需要认真考虑的。调整机构必须简单可靠，操作方便。是采用调速方案，还是采用调距离方案，或采用其它调速方案，均应对方案进行定性分析比较。
3） 间歇机构必须与切刀运动机构工作协调，即全部送进运动应在切刀返回过程中完成。需要注意的是，切口有一定的长度（即高度），输送运动必须在切刀完全脱离切口后方能开始进行，但输送机构的返回运动则可与切刀的工作行程在时间上有一段重叠，以利提高生产率，在设计机器工作循环图时，应按照上述要求来选择间歇运动机构的设计参数。
5． 设计任务
1） 根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图（A3）。
2） 进行输送间歇运动、切刀往复直线运动的选型。
3） 进行机械运动方案的评价和选择。
4） 根据选定的电机和执行机构的运动参数拟订机械传动方案。
5） 画出机械运动方案示意图。
6） 对机械系统和执行机构进行尺寸设计。
7） 画出机构运动简图。（A1）
7） 对间歇机构或往复运动机构进行运动分析，绘制从动件的位移、速度、加速度曲线图。（A2）
8） 编写设计说明书。（用A4纸张，封面用标准格式）

机械设计基础（1）课程设计指导书
1．设计步骤
1） 明确工作原理和工艺动作分解
糕点切片机要求完成两个动作：
a) 糕点的直线间歇运动；
b) 切刀的直线往复运动。
二者的动作要求配合完成切片，并能改变间歇运动的速度或间歇的输送距离，来完成糕点不同的切片厚度。
2） 根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图。
（3） 执行机构的选型
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；上述机构的结构、工作原理及特点参考课本第十二章及手册第四、五、六章。
机构的选型应遵循以下原则及方法：见手册212页。

4） 机械运动方案的评价
对上述两执行机构，作其形态学矩阵，可得到很多方案。如：
切刀的往复直线移动
连杆
凸轮
凸轮—连杆
凸轮—齿轮
糕点的直线间歇运动
连杆
凸轮
棘轮
齿轮
机械运动方案是由若干个执行机构组成的。在方案设计阶段，对单一机构的选型或整个机械运动方案的选择都应建立合理的、有效的评价指标。从机构和机械运动方案的选择和评定的要求来看，主要应满足五个方面的性能指标。见表2
表2 机械运动方案的评价指标
性能指标
具体内容
机构的功能
1）运动规律的型式；2）传动精确高低
机构的工作性能
1）应用范围；2）可调试；3）运转速度；4）承载能力
机构的动力性能
1）加速度峰值；2）噪声；3）耐磨性；4）可靠性
经济性
1）制造难易；2）制造误差敏感度；
3）调整方便性；能耗大小
结构紧凑
1）尺寸；2）重量；3）结构复杂性
目前常用的评价方法很多，如系统评价法、模糊综合评价法等。本次课程设计中机械运动方案的评价采用定性评价，由指导老师组织学生集体完成。
5) 机械传动系统的速比和变速机构
机械系统通常由原动机、传动装置、执行机构和控制操作部件组成。原动机是机械系统中的驱动部分，其类型和规格已经选定，执行机构的型式通过上述设计已经确定，此时应进行机构的传动系统设计计算。传动系统是把原动机和执行机构连接起来的装置。在糕点切片机中，传动系统将驱动电机的运动并列传递到两执行机构。传动机构的选择及传动装置传动比的选择见课本和手册第十章相关内容。
6） 绘制机械运动方案草图
按已选定的执行机构的型式及机械传动系统，画出糕点切片机的机械运动示意图（草图）。然后进行机械运动系统的尺寸计算，有关参数计算完毕后，应选取适当比例绘制机械运动方案图。
7） 对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算
根据机械运动方案示意图，对机械传动系统和执行系统进行尺寸计算，具体计算方法参考课本。
8） 机构运动分析
用图解法对两执行机构中的一个机构进行运动分析，绘制从动件的位移、速度、加速度曲线（A2）。该项任务由方案相同的一组同学共同完成，位置点有组长分配。
9） 编写说明书
课程设计说明书是技术说明书的一种，是对课程的总结。主要内容包括：课程设计题目简介、根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图、执行机构的选择和评价、机械传动系统设计计算、机械运动方案简图的绘制、机械运动系统机构的计算、机构运动分析。
设计说明书用K纸张书写，并按以下顺序装订成册：分面（由指导老师提供统一格式）、课程设计任务书、摘要、目录、正文、参考文献。
2．注意事项
1）每位同学在设计过程中最好准备一个笔记本，把设计过程中查阅、摘录的资料、计算及构思草图记录在案，
这些资料是设计说明书的的基本要素。
2）设计中所需知识可能会超出《机械原理》课堂讲述的知识，同学们应通过自学补充。
3）推荐参考资料：《机械原理课程设计手册》 邹慧君主编 高教出版社。
4）建议设计进度
设计任务
所需时间（天）
熟悉资料及题目
1
拟订运动循环图
0.5
执行机构选型及评价
1.5
方案评价
0.5
传动系统设计计算
1.5
机械系统尺寸计算
1.5
机械运动方案图绘制
1
机构运动分析
1.5
编写说明书
1.0

摘要
糕点切片机的电动机经皮带和齿轮系减速后，达到40转/分。再用棘轮机构连接一皮带组成糕点的进给机构，并满足间歇运动的要求。同时通过另外一组皮带轮带动曲柄滑块机构运动（滑块上带切刀），实现糕点的切片。间歇运动机构与切刀运动机构工作协调。由于每一次切的过程都一样,从而使每一片糕点的大小都一样。而通过改变进给的距离，可调整切片的厚度。.
关 键 词：糕点切片机 凸轮连杆 不完全齿轮

目录
一、设计题目：糕点切片机 7
二、工作原理及工艺动作过程 7
四、运动循环图 7
运动循环图 8
五、执行机构的选型与评价 8
1.机构选型 8
2.机构评价 8
六、机械传动系统的速比和变速机构 9
1.动力输入机构设计计算 9
2．刀片执行机构传动设计 10
3.传送带的间歇执行机构的设计计算 12
（1）输送带滚筒设计 12
（2）间歇不完全齿轮设计 12
七、运动分析 15
八、注意事项 17
九、设计小结 17
十．参考书目 17

一、设计题目：糕点切片机
二、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动作：
（a）糕点的直线间歇移动
（b）切刀的往复运动
通过两者的动作配合进行切片。改变直线间歇移动速度或每次间歇的输送距离，以满足糕点的不同切片厚度的需要。
三、原始数据及设计要求
1） 糕点厚度：10~20mm。
2） 糕点切片长度（亦即切片高）范围：5~80mm。
3） 切刀切片时最大作用距离（亦即切片宽度方向）：300mm。
4） 切刀工作节拍：40次/min。
5） 工作阻力很小。要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。
6） 电机可选用，功率0.55KW（或0.75KW）、1390r/min。
四、运动循环图
糕点切片机要求实现两个执行动作：糕点的直线间歇运动和切刀的往复运动。
电机连续旋转
工艺动作顺序：电机启动后，切刀旋转，同时进行糕点的送进运动，当送进停止（糕点停止）后，切刀切割糕点，切割完成（切刀退出糕点）后，切割完毕后，完成一次循环。糕点的送停时间比为1：1。

糕点的直线间歇运动

切刀的旋转运动

糕点停止运动，切刀切削

切割完毕，进入下一循环

运动循环图
五、执行机构的选型与评价
1.机构选型
切刀连续运动：凸轮—连杆机构
糕点间歇运动：不完全齿轮机构
机构简图
2.机构评价
切刀的往复运动我们用凸轮—连杆机构实现，刀装在滑块上，利用杠杆定理，当推杆行程增大时，刀具切割糕点，当推杆到达最高点时刀具到达最低点，当推杆行程减小时刀具上升。另外，采用图示的偏置曲柄滑块机构有急回运动特性，可使刀在向下运动即切糕点时速度加快，从而使切口光滑。
糕点的间歇运动我们采用不完全齿轮实现。
当滑块向上运动即刀向上运动时，不完全齿轮进入啮合区，运动带动糕点的移动，当滑块向下运动即刀向下运动时，不完全齿轮进入非啮合区即糕点静止，进行切割。
该方案结构简单，但对于不完全齿轮来说，啮合时会有较大冲击，易损坏， 同时该系统整体尺寸较大，工作效率较低，结构不紧凑，调试性较低。

往复运动机构

直线间歇机构
六、机械传动系统的速比和变速机构
1.动力输入机构设计计算
本机构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,所以要减速。对于减速装置我们采用两级降速。第一级降速是用皮带减速,减为240r/min。第二级是用齿轮减为40r/min。两传动机构设计分析如下:
(1)皮带传达设计：
皮带传动设计主要是采用两个半径不相同的皮带轮实现。
r1 /r2=24/139.
算出电机上皮带轮半径大小r1=36mm；另一端皮带轮半径大小r2=220mm。传动比i=139/24.

减速皮带轮
(2)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40r/min。因此还需要的传动比为6/1,选用的齿轮为标准齿轮。
直齿轮参数表
名称
齿数
模数(mm)
分度圆(mm)
齿轮z1
20
3
60
齿轮z2
120
3
360

减速齿轮
2．刀片执行机构传动设计
主动件为凸轮，从动件为导杆。并且此机构为直动从动盘形凸轮。切片机运动周期为T=1.5s，则其主动件的运动参数如下
ω1=2π/T=2π/1.5=4π/3
n1=2π/ω=2π/（4π/3）=40r/min
凸轮机构的机构尺寸设计计算，最大推程S=60mm。基圆半径r0=50mm，rmax=70mm
当t=0～0.75s时， φ∈[0，180]
当t=0.75s～1.0s时 φ∈[180，240]
当t=1.0s～1.125s φ∈[240，270]
当t=1.125s～1.25s φ∈[270，300]
当t=1. 25s～1. 5s φ∈[300，360]
为了满足机构的运动要求，凸轮的推程阶段和回程阶段均采用图解法做出凸轮

凸轮外形

根据凸轮不同位置设计尺寸
3.传送带的间歇执行机构的设计计算
（1）输送带滚筒设计
糕点厚度：10，15和20mm
输送带的滚筒直径为D=200mm
间歇时间t=0.75s
（2）间歇不完全齿轮设计
采用三种不完全轮满足三种切片厚度，根据齿轮的尺寸
当厚度为x mm时
则输送带的线速度V=L/t=x/0.75=80x mm/min，
滚筒转速n3= V/（πd)= 80x /（3.14*200）=0.127x r/min
不完全齿轮选用渐开线齿形，n1=40r/min，
令x=10mm,则传动比i=n1/n3=40/1.27=31.50，此传动比太大，故采用两级降速
第一级降速取i1=5
得从动轮n2=n1/i1=40/5=8
取主动齿轮分度圆直径d1=60mm
则从动齿轮分度圆直径d2=d1*i=60*5=300mm
根据《机械原理》第十章表10-1中取第一系列模数m=3mm
z1^=d1/m =20
根据其不发生根切的最小齿数zmin=2ha*/ =17
故主、从动轮齿数
z1=20
z2= z1*i1=20*5=100
中心距a=m/2*(z1^,+z2^,)=3/2*(20+100)=180mm
ha*=1，c*=0.25
模数：m1=m2=3mm。
啮合角：α=20°
齿顶高：ha1=ha1=ha*m=3mm
齿根高：hf1=hf2=(ha*+c*)m=3.75mm
齿顶圆直径：da1=(z1+2ha*)m=66mm
da2=306mm
齿根圆直径：df1=(z1-2ha*-2c*)m=52.5mm
df2=292.5mm
基圆直径：db1=d1cosα=56.38mm
db2=281.91mm
齿距：p=πm=9.42mm
基圆齿距：pb=pcosα=8.85mm
齿厚：s=πm/2=4.71mm
齿槽宽：e=πm/2=4.71mm
标准中心距：a=m(z1+z2)/2=180mm
r1=mz1/2=30mm
r2=mz2/2=150mm
ra1=r1+ha*m=33mm
ra2=r2+ha*m=153mm
αa1=arc cos(r1cosα/ra1)=arccos(30cos20°/33)=31.32°
αa2=arc cos(r2cosα/ra2)=arccos(150cos20°/153)=22.89°
故两齿轮的重合度：
ξα=[z1(tanαa1-tanα)+ z2(tanαa2-tanα)]/2π
=[20(tan31.32°-tan20°)+200(tan21.50°-tan20°)]/2π
=1.73>1,
故所选齿轮满足要求。
第二级降速取i1=2
得从动轮n2=n1/i1=8/2=4
取主动齿轮分度圆直径d1=60mm
则从动齿轮分度圆直径d2=d1*i=60*5=120mm
根据《机械原理》第十章表10-1中取第一系列模数m=3mm
Z3=d3/m =20
根据其不发生根切的最小齿数zmin=2ha*/ =17
故主、从动轮齿数
z3=20
z4= z3*i2=20*2=40
中心距a=m/2*(z3,+z4,)=3/2*(20+40)=90mm
ha*=1，c*=0.25
模数：m3=m4=3mm。
啮合角：α=20°
齿顶高：ha3=ha3=ha*m=3mm
齿根高：hf3=hf4=(ha*+c*)m=3.75mm
齿顶圆直径：da3=(z3+2ha*)m=66mm
da4=126mm
齿根圆直径：df3=(z3-2ha*-2c*)m=52.5mm
df4=112.5mm
基圆直径：db3=d1cosα=56.38mm
db4=281.91mm
齿距：p=πm=9.42mm
基圆齿距：pb=pcosα=8.85mm
齿厚：s=πm/2=4.71mm
齿槽宽：e=πm/2=4.71mm
标准中心距：a=m(z1+z2)/2=90mm
r3=mz3/2=30mm
r4=mz4/2=60mm
ra3=r3+ha*m=33mm
ra4=r4+ha*m=63mm
αa3=arc cos(r3cosα/ra3)=arccos(30cos20°/33)=31.32°
αa4=arc cos(r4cosα/ra4)=arccos(60cos20°/63)=25.50°
故两齿轮的重合度：
ξα=[z3(tanαa3-tanα)+ z4(tanαa4-tanα)]/2π
=[20(tan31.32°-tan20°)+200(tan25.50°-tan20°)]/2π
=1.70>1,
故所选齿轮满足要求。
第三级降速
故主动轮满齿时的假象齿数
取z5^=20,d5^=60mm,m=3,ha*=1,c=0.25, 啮合角：α=20
i31=n2/n31=4/(0.127*10)=3.15
i32=n2/n32=4/(0.127*15)=2.10
i33=n2/n33=4/(0.127*20)=1.57
档位1：z31=z5^*i21=20*3.15=63
d31= z31*m=63*3=189
档位2：z32=z5^*i21=20*2.10=42
d32= z32*m=63*3=126
档位3：z33=z5^*i21=20*1.57=31
d33= z33*m=63*3=93
齿轮档位表

档位1
档位2
档位3
公式
齿数z
63
42
31

直径d
189mm
126mm
93mm
d=m*z
齿顶高ha
3mm
ha=ha*m
齿根高hf
3.75mm
hf=(ha*+c*)m
齿顶圆直径da
195mm
132mm
99mm
da=(z+2ha*)m
齿根圆直径df
181.5mm
118.5mm
85.5mm
df=(z-2ha*-2c*)m
齿距p
9.42mm
p=πm
基圆齿距pb
8.85mm
pb=pcosα
齿厚s
4.71mm
s=πm/2
齿槽宽e
4.71mm
e=πm/2
比准中心距a
124.5mm
93mm
76.5mm
a=m(z1+z2)/2
经过0.75s，不完全齿轮转过的角度为：φ=40r/min*0.75s=180°
不完全齿轮的实际齿数是满齿时的假象齿数的一半即z=10

不完全齿轮

三种不同速度的动力输送齿轮

七、运动分析
时间t
切刀路程s(mm)
凸轮角度φ(º)
速度v(mm/s)
加速度a(mm^2/s)
0
0
0
0
0
0、75
0
180
0
0
1
20
240
613.6
3628.8
1.0625
58.35
255
26.4
-4697.6
1.125
60
270
26.4
422.4
1.1875
58.35
285
613.6
4697.6
1.25
20
300
160
1280
1.375
0
0
0
0
1.5
0
360
0
0

路程分析

速度分析

加速度分析
八、注意事项
1.切口有一定的长度（即高度），输送运动必须在切刀完全脱离切口后方能开始进行，但输送机构的返回运动则可与切刀的工作行程在时间上有一段重叠，以利提高生产率，在设计机器工作循环图时，应按照上述要求来选择间歇运动机构的设计参数。
2.在设计的过程中，需要从机构的功能、机构的工作性能、机构的动力性能、经济性、结构是否紧凑等各方面综合考虑机构系统的可行性，在设计过程中需要认真踏实的态度，需要从日常生活中提取创新。
3.在设计齿轮的过程中，还要考虑到整体的可观性，和立体机构的空间位置。
九、设计小结
　机械原理课程设计是我们机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械原理和机械设计课程重要的综合性与实践性环节。
　　1. 通过这次机械原理课程的设计，综合运用了机械原理课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。
　　2. 学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。
3. 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。
4.综合运用了计相关知识，同时也是自己意识到了我们所存在的不足与缺点，在以后的学习、生活和工作中，我们会积极改正。
十．参考书目
1.《机械原理第七版》 孙恒 陈作模 葛文杰 主编高等教育出版社
2.《机械设计手册 单行本 机械传动》成大先 主编 化学工业出版社
3.《机械设计手册 单行本 机构》成大先 主编 化学工业出版社