糕点切片机—说明书.doc

(完整word版)糕点切片机说明书机械原理课程设计 说明书 设计题目 糕点切片机 机电工程学院机械设计制造 及其自动化 系（学院） 机制 专业本一 班 设 计 者 露露 指导老师 权权 2012年5月30日目 录一、选题背景3二、方案论证31. 切刀往复运动及运动4方案选择：5方案一：5 方案二：5方案选择与评定：62糕点间歇直线运动7方案选择7方案一：7方案二：8方案三：8 间歇运动方案的选择与评定9方案一:9方案二 ：9方案三：93.电机与减速10电机方案选择：10减速方案选择：10三机构设计10 1切刀往复运动机构设计11 2 . 糕点直线间歇运动结构设计13 (一)皮带传达设计：15 (二)齿轮系的设计:15四. 传动系统演示与三维图17五、总 结18六、心得体会20参 考 文 献22一、选题背景我们班的同学过生日总喜欢买蛋糕回来大家一起庆祝,这个时候,切蛋糕的技术就显得非常重要了,因为假如前面切得大块了,后面的同学就吃不到了,然而前面切得太少的话,大家就吃得不够尽兴。恰逢这次课程设计，我们想到了这个生活中的课题。很多蛋糕屋或者面包店里的糕点总是用手工切的，这样难免会出现切出来的大小不一致，在卖这些糕点的时候，大块的总被先买的客人抢了，剩下小块的客人看了又觉得物非所值，所以我们组决定帮同学们和商家们解决这个问题，选择了糕点切片机来作为我们的课题。让同学们以后不再为切蛋糕的事而“烦恼”，同时也可以使提高面包店的效率，让他们腾出人手来干别的，不要再为了切糕点而烦恼。二、方案论证1)设计任务（一） 设计题目：糕点切片机（二） 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。 （三）机构的一些尺寸1)糕点厚度：1020mm。 2)糕点切片长度（亦即切片高）范围：580mm 。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、运动灵可靠。 6)电机可选用，功率0.55KW（或0.75KW）、1390r/min。 （四）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。2）方案结构设计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。1. 切刀往复运动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；方案选择：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，为一几何封闭凸轮机构。可利用构件1绕A点做偏心转动来实现切刀的往复运动。方案三：如上图所示，为一偏执曲柄滑块机构，可利用它实现切刀的往复运动。方案选择与评定：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：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。而且没有急回特性，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，可承受较大的载荷，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。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糕点间歇直线运动糕点的直线间歇运动可选择齿轮机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构等。方案选择方案一： 如上图所示，为一齿式棘轮机构，利用它来实现糕点的直线间歇运动。方案二：如上图所示，为一不完全齿轮机构，可利用它加皮带轮来实现糕点的直线间歇运动。方案三：如上图所示，为槽轮机构，可利用它加皮带轮来实现糕点的直线间歇运动。间歇运动方案的选择与评定 方案一:齿式棘轮机构结构简单，制造方便；动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构实现。该机构的缺点是动程只能作有级调节；噪音、冲击和磨损较大，故不宜用于高速。糕点的直线间歇运动是在较低的速度下运动的，所以该机构适合于本系统。方案二 ：不完全齿轮机构设计灵活、从动轮的运动角范围大，很容易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动。但加工复杂；在进入和退出啮合时速度有突变，引起刚性冲击，不宜用于高速转动；主、从动轮不能互换。在本系统中没有必要采用如此加工如此复杂的机构。方案三：槽轮机构可将主动拨盘的连续转动变换为槽轮的间歇转动。并具有结构简单、尺寸小、机械效率高、能较平稳地间歇转位等特点。但是每次间歇的时间长度一定，很难满足本系统中改变所切糕片长度的功能。 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。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，改变切片的长度时操作方便。所以机构的总体方案就这么大概的定下来了。3.电机与减速电机方案选择：由于本系统所需要的动力不大，要求转速也不是很高，综合考虑下采用了功率0.55KW（或0.75KW）、1390r/min的电机。减速方案选择： 减速机构要将电机的1390r/min降为40r/min。可采用的机构为涡轮蜗杆机构以及皮带齿轮机构。 涡轮蜗杆机构只能在一定的距离里面产生较大的传动比（蜗轮轴心确定，蜗杆向前送进），所以不适宜用于连续不停转动，而且蜗轮从侧面看与齿轮不同的是其中间位置有一定弧度的下凹，对加工而言会产生一定的难度。而且相对齿轮而言，涡轮蜗杆啮合轮齿间的相对滑动速度过大，使得摩擦损耗较大，因而传动效率过低，易出现发热和温度过高的现象，磨损也叫严重，会降低整体的使用寿命，而且成本较高，因此我们采用多个齿轮传动来替代蜗轮蜗杆的设计。三机构设计 糕点切片机主要有两方面的要求，切刀的往复运动以切糕点，糕点还要有一个直线的间歇运动用来控制所切糕点的长度。1切刀往复运动机构设计 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60mm,即曲柄长30mm；刀的高度设为37mm。考虑到卫生问题,刀不能缩到滑块的轨道里去,所以设计滑块的长度为65mm；又设计连接杆的长度为60mm。这样曲柄滑块机构的高度比较高,所以采用皮带传动。又切刀应能刚好切断糕点,综合曲柄滑块和棘轮机构的尺寸,我们得出曲柄滑块机构和棘轮机构轴心距为400mm。所以曲柄滑块机构的尺寸为: 曲柄长30mm; 连接杆长60mm;滑块长65mm; 刀片高37mm; 曲柄滑块机构和棘轮机构轴心距为400mm。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）：切刀线性位移、速度和加速度图分析:2.糕点直线间歇运动结构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,设棘轮每转动一定角度,糕点运动20mm,设棘轮共有24个齿,既每齿代表15度。于是一共有四档,即20,40,60,80mm,也就是说棘轮转动15,30,45,60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15,30,45,60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。棘轮罩设置四个转角分别为15，30，45，60度。设有槽的圆盘直径为150mm,棘轮半径为100mm,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。由运动距离可以得出皮带轮的直径为153mm, 这样棘轮机构就设计完了。其尺寸为:曲柄摇杆机构:曲柄长50mm;连杆长210mm; 摇杆长200mm;棘轮半径86mm;棘轮齿数24个;皮带轮直径153mm;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1.5秒，则摇杆推程时间为：0.75秒，回程时间为：0.75秒因此，切刀在0.75秒的时间内不能接触糕点（最大厚度为20mm）,而在0.75秒的时间里切刀应完成切糕点的动作并离开糕点表面即切刀在糕点外运动的时间应大于0.75秒据此验证切刀的曲柄滑块机构的尺寸计算得切刀在20mm以上的高度运动时间为1秒，满足设计要求棘轮棘爪的运动图解 3.减速机构设计减速皮带轮 减速齿轮 送料皮带轮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皮带加齿轮的方法。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:(一)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。由于皮带上线速度相等，由r1*v1=r2*v2，1390*r1=240*r2；r1 /r2=24/139.由此可见算出电机上皮带轮直径大小r1=36mm；另一端皮带轮半径大小r2=220mm。传动比i=139/24.(二)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分度圆齿轮z1254mm100mm齿轮z2504mm200mm齿轮z2254mm100mm齿轮z3754mm300mm 传动比 i=6/1。四传动系统演示与三维图 1.传动系统演示电动机皮带传动齿轮减速传动棘轮传动皮带传动传送履带刀具2.三维图五、总 结如结构示意图所示,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。机构尺寸曲柄滑块机构的尺寸为: 曲柄长30mm; 连接杆长60mm;滑块长65mm; 刀片高37mm; 曲柄滑块机构和棘轮机构轴心距为400mm。曲柄摇杆机构: 曲柄长50mm; 连杆长210mm;摇杆长200mm; 棘轮半径86mm; 棘轮齿数24个;皮带轮直径153mm 减速机构： 电机上皮带轮直径大小r1=36mm；另一端皮带轮半径大小r2=220mm。 传动比i=139/24.齿轮齿轮z2504mm200mm名称齿数模数分度圆齿轮z1254mm100mm齿轮z2254mm100mm齿轮z3754mm300mm六、心得体会两个星期的机械原理课程设计眨眼间就过去了。从上培训课的时候的一无所知，无所适从，到挑灯夜战，博览群书，从课设题目的艰难选择，到机构的一步步完善，这两个星期见证了我的汗水与成长。任务安排下来，有的组队，有的独自完成，大家议论纷纷，一开始大家都拿不出一个好的方案。方案不是太过于复杂，以我们现有的水平做不出来就是太过于简单，感觉很多人都做过。到此时，我们才发现，生活中一些我们看起来很简单的产品，设计起来都是那么的复杂与困难。要考虑产品使用时候的各种参数，产品的实用性，产品的便携性，产品的美观，产品的稳定性等等我们平时忽略了的问题。我经过查阅各种资料以及综合考虑了各种因素，最后从几个候选课题中选择了这个糕点切片器，他是两个机构（往复运动与间歇运动）的配合，与我们的课程设计比较贴近，而且这两种运动的选择方案均很多，可以实现的机构许多，增加了我们实际开发中对于既定方案如何选择机构，以及机构间的配合的能力。选择好课题后，我规定好时间，分配好各个阶段的任务，一步一步得确定产品中各个机构的各种实际参数，电机的功率，转速的选择，减速机构的选择，齿轮的参数的确定，两种主运动机构方案的筛选与他们运动特性的参数的计算，这都是我在一步一步的成长所走过的轨迹。最后，三维零件的建模，零件的装配到动画，看着自己的想法跃然出现在自己眼前，一种欣慰感油然而生 。这次课程设计，我们主要收获了：1. 增加了查阅资料的能力。上网，图书馆，课本，甚至一些学长都是我们获得信息的源泉，通过这次课程设计，我们查阅资料的能力大大增加了，遇到了问题的时候，我们懂得了从哪儿获得的相关的解决方案。2. 增加对课本的理解。这次课程设计，从方案的选择到确定与计算过程中，我翻了很多遍书，将其运用到了实际开发中，加深了课本知识的理解。3. 增加了对本专业的兴趣。看到自己能亲自动手解决自己身边的一些小问题的时候，对本专业的知识的应用也有了实际经验，大大培养了对机械专业的兴趣。兴趣是最好的老师，也为我们学好专业知识加大了动力。4. 让我体会到了我们有太多太多的不懂，有太多太多的东西要学，大学时间很是宝贵，时间不等人，一晃就快过去两年啦，想想自己什么都没学到，通过这次课程设计让我重新认识了自己，认识到自己的不足，我相信在今后的学习肯定有很大的提高。5. 还有就是不懂就要去问，就得去学，没有什么会不劳而获，一分耕耘一分收获，所以只有自己努力，自己付出才会有结果，有收获，才会成功。参考文献1机械原理课程设计指导书 裘建新主编 高等教育出版社。2机械原理课程设计手册 牛鸣岐等主编 重庆大学出版社。3机械基础综合课程设计 孔凌嘉等主编 北京理工大学出版社。4机械原理课本 张春林主编 高等教育出版社。5机械设计课本 谭庆昌 赵洪志主编 高等教育出版社。5非标准机械设计手册岑军健主编 国防工业出版社。22