糕点切片机的设计_毕业论文.pdf

糕点切片机的设计专业名称：机械工程及自动化摘要机械的种类是五花八门十分繁多，常见的机械有动力机械、生产 机械、起重运输机械、建筑机械、矿山机械、林业机械、农业机械等 等。随着科学技术的发展，各类生产机械的数独和精度要求越来越 高，同时要考虑环境保护、节省原材料、节约能源，而许多机械设计 采用机、电或机、电、液的一体化以满足自动化生产的新要求。一批 又一批的新机械不断涌现。尽管各种机械的结构和用途多种多样，千差万别，但大体上均由 四部分组成：动力机、传动系统、执行机构和操纵控制装置。此外，为保证机械正常工作还设有一些辅助装置，如润滑、冷却、安全保 护，级数及照明装置等。由此本次所设计的糕点切片机采用先进合理 的机械结构，所切糕点厚薄自由可调节，如：切深度，只要调节螺杆 即行，都能按各自要求进行调节，从食品接触部位，全部采用进口不 锈钢材料，既清洁又卫生。关键词：机械，糕点切片机，糕点，传动系统Abst rac tMachinery is multifarious very wide range of common mechanical machinery,production machinery,lifting transportation machinery,construction machinery,mining machinery,forestry machinery,agricultural machinery and so on.With the development of science and technology,all kinds of production machinery sudoku and precision demand is higher and higher,at the same time to consider environmental protection,save raw materials,energy saving,and many mechanical design USES of machine,electricity or machine,electricity,liquid integration so as to meet the requirements of automated production.A string of new machinery.In spite of all kinds of mechanical structure and USES a variety of differ in thousands ways,but in general all is made up of four parts:engine,transmission system,actuators and control devices.In addition,to guarantee the normal work of the machine also has some auxiliary devices,such as lubrication,cooling,security protection,series,lighting,etc.Thus the pastry slice machine design by the use of advanced and reasonable mechanical structure,the thickness of QieGao point can be adjusted freely,such as cutting depth,is,as long as the adjusting screw can be adjusted according to the requirements of their respective,from food contact parts,all adopt import stainless steel,clean and sanitary.Keywords：Machinery,pastry slicer,pastries,the transmission system目录摘要.IAbstract.II目录.Ill前言.11糕点切片机设计概述.21.1 糕点切片机的研究现状.21.2 糕点切片机的设计要求.21.3 糕点切片机设计的重点.32设计方案的选择.42.1 技术原理.42.2 装置操作.42.3 核心部件的设计.42.3.1 糕点的间歇直线运动.42.3.2 切刀的直线往复运动.62.3.3 减速系统.82.4 设计方案的确定.92.4.1 糕点的直线间歇运动机构的确定.92.4.2 切刀往复运动机构的确定.102.4.3 减速机构的确定.103机构零件尺寸的设计.123.1 曲柄摇杆机构.123.1.1 曲柄摇杆的引入.123.1.2 曲柄摇杆的几何尺寸设计.133.2 棘轮机.153.2.1 棘轮的引入.153.2.2 棘轮机构的儿何尺寸设计.163.2.2 皮带轮的儿何尺寸设计.183.3 曲柄滑块机构.193.3.1 曲柄摇杆的引入.193.3.2 曲柄摇杆的儿何尺寸设计.193.4 减速系统.203.4.1 减速系统的引入.203.4.2 减速系统的儿何尺寸设计.214机构强度校核.234.1 曲柄摇杆强度校核.234.1.1弯应力核.244.L2切应力校核.244.2 曲柄滑块强度校核.255机构运动分析与动力分析.275.1 机构运动分析.275.1.1 曲柄摇杆机构运动分析.275.1.2 曲柄滑块机构运动分析.295.2 机构动力分析.30机构建模.366.1 各部件的建模.366.2 机构的装配.37总结.38致谢.39参考文献.40ffQ *刖百糕点是我国古老的传统食品，历史悠久、制作考究、花样繁多、造型精美、营养丰富、质地优良、食用方便，至今仍是人们生活中的 调理食品，由于富有传统文化特色而闻名于世。随着和外国的交流更加密切，西式糕点也流入中国，其造型新 颖，风格独特，口味清新，颠覆了传统糕点在我国人民中的印象。不 仅仅在选材，制作方式，口感方面都给我们一种耳目一新的感觉。而 今的糕点的发展更是融合了中西两种风格，成为新一代的流行美食，深受大众的喜欢，市场占有率极高。糕点作为一种常见的食品，它可以作为早餐、中餐、晚餐，也可 以作为主食。从而，在日常生活中扮演者重要的角色。而今，新世纪 的糕点中添加了一些保健性的药物，在不影响其自身美味的同时还大 大提高了它的的营养价值和药用效果。糕点切片机发展史已经很多年了，对于家居型的糕点切片也是有 市场供应。早就已经发展到了一定的阶段。近几年来，随着经济的飞 速发展，人民生活水平的不断提高。糕点的制作慢慢有家庭小批量的 生产趋势，加上糕点庞大的需求量，价格适宜且功能强大的小作坊型 糕点切片机变得非常必须，所以研究经济适用快速安全的糕点切片机 是非常重要的。1糕点切片机设计概述1.1 糕点切片机的研究现状随着人民生活水平的提高，人们开始追求生活-，不仅仅满足于市 场，商店里买到的糕点。而且现在自家制作糕点也不再是难事。制作 工具，原料和配料都容易买到。甚至可以根据自己喜爱的口味，做出 软硬适中的糕点，而且还可以根据自己的想法去设计。面对如今众多 的大学生创业，下岗工人的再就业创业，如此大的糕点市场是个很好 的机会。所以，一台价格适宜，容易上手，操作简单的糕点切片机能 给他们在糕点制作的过程中带来很大的便捷。不过现阶段的糕点切片 机在国内主要存在于中大批量生产中。小作坊的糕点切片机在小批量 生产的商店，家用有广大的市场。随着家电机械化程度越来越高.，人 们不再停止纯手工劳动。而且针对糕点种类如此之多，质地又软又 硬，人工切片有诸多的不便。而且工作效率比较低，手工切出来的糕 点美观程度也不如机器切的。所以小作坊型糕点切片机变得被人们和 市场需要。1.2 糕点切片的设计要求原始数据：1）糕点厚度：52 0mll1；2）糕点切片长度（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/分；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）电机功率 0.55KW（或 0.75KW）、1390r/mino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。1.3糕点切片机设计的重点研究糕点输送与切片分离的新的工作原理及结构形式，利用槽轮 机构实现成型后糕点的间歇输送，采用曲柄滑块机构实现糕点的切片 与分离动作，以最大程度地减少动力功耗和总体结构尺寸：针对不同糕点品种，优化传动与工作部件的结构，使其结构参数 达到最优。本设计以配用小型作坊式的糕点切片机装置的输送及切片分离原 理，刀片装置往复运动的特点和所受阻力及糕点的施力方式等，研究 糕点切片装置及其输送部件的运动机理及最佳工作参数，对间歇进料 机构和往复切片机构进行优化设计，达到简化结构，降低功耗，减少 成本，提高作业质量为目标。2设计方案的选择2.1 技术原理糕点成型（如长方体、圆柱体等）后，须经过切片后才能烘干。电动机经皮带和齿轮系减速，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 偏置曲柄滑块机构运动（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。而通过改变间歇运动的速度或 间歇的输送距离，可调整切片的厚度。.装置结构简捷，操作方便，功能可靠，节能环保。2.2 装置操作将待切的糕点放在传送带要求的位置，接通电源，根据自己需要 调节档位（共四个档位），启动电机，装置便运作起来，待糕点切完 之后，继续安放待切糕点进行批量切割。2.3 核心部件的设计切刀的往复直线移动可采用偏置曲柄滑块机构、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槽轮+飞轮机构、不完全齿轮机构、棘 轮机构等。2.3.1 糕点的间歇直线运动方案一槽轮+匕轮机构槽轮用来实现糕点的直线间歇运动，当主动拨盘上的圆销进入槽 轮的槽中时，拨盘拨动槽轮转动，从而带动传送带直线运动，此时切 刀悬置；当圆销没有进入槽轮的槽中时，槽轮静止，此间歇切刀进行 切割。飞轮通过改变不同齿轮组合的传动比来改变间歇运动的速度，进 而改变蛋糕的进给量，调整切片的厚度。图2.1槽轮+飞轮机构方案二不完全齿轮机构当不完全齿轮上的轮齿与从动轮上轮齿相啮合时，从动轮转动，从 而带动传送带直线运动，此时切刀悬置；当两轮上锁止弧起定位作用 时，从动轮静止，此间歇切刀进行切割。图2.2不完全齿轮机构方案三棘轮机构棘轮机构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。为了控制和改变这个长度,设棘轮每转动一定角度,糕点就运 动一定距离。2.3.2 切刀的直线往复运动方案一凸轮机构可以利用一个型封闭或封闭的凸轮的转动带动从动件导杆的往复 运动来满足刀片切割高点的要求。当推杆行程增大时，刀具切割糕点，当推杆达到最高时刀具达到最低点；当推杆行程减小时，刀具上 升。图2.4凸轮机构方案二偏置曲柄滑块机构利用曲柄的整周转动和固定在导轨上的滑块的直线往复运动带动 刀片切割糕点。曲柄作等速转动，滑块作往复直线运动，其往复运动可以是匀 速，也可以不匀速。它还具有急回特性，提高效率。图2.5偏置曲柄滑块机构2.3.3 减速系统蜗杆蜗轮:可以得到很大的传动比，比交错轴齿轮机构紧凑；两轮 啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构；蜗杆 传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小；具 有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具 有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮 带动蜗杆。如在其重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起 安全保护作用；传动效率较低，磨损较严重。蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损 耗大、效率低。另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严 重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较 好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高；蜗杆轴向力较大。齿轮机构：是传统和现代机械中应用最为广泛的一种传动机构。优点：工作可靠，使用寿命长；瞬时传动比为常数；传动效率 高；结构紧凑；功率和速度适用范围很广。缺点：齿轮制造需要专用机床和设备，成本较高；精度低时，振 动和噪声较大；不宜用于轴间距离大的传动。皮带机构：带传动是两个或多个带轮之间用带作为挠性拉曳零件 的传动，工作时借助零件之间的摩擦（或啮合）来传递运动或动力。优点：能缓和载荷冲击；运行平稳无噪声；制造和安装精度不像 啮合传动那样严格；过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他 零件的损坏；可增加带长以适应中心距较大的工作条件。缺点：有弹性滑动和打滑，使效率降低和不能保持准确的传动比（同步带传动是靠啮合传动的，所以可保证传动同步）；传递同样大 的圆周力时，轮廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大；带的寿命较 短。2.4 设计方案的确定2.4.1 糕点的直线间歇移动机构的确定槽轮机构结构简单，工作简单，在圆销进入啮合和退出啮合时，传动平稳。能准确控制传动角度。由于槽轮在启动和停止时加速度变 化大，有冲击，且随槽数减少，转速增高而加剧，因此不适合用于高 速场合。此外，槽轮每次转过的角度与槽轮的槽数有关，欲改变转角，则 需要改变槽轮槽数，重新设计槽轮机构，因此槽轮机构多用于不要求 经常调整转角的转位运动中。由于制造工艺，机构尺寸等条件的限 制，槽轮的槽数不宜过多，故每次的转角较大。飞轮机构的许多齿轮 来改变速度很复杂，而且不方便实际操作。故舍弃。不完全齿轮做间歇转动的冲击很小。与其他间歇机构相比，不完 全齿轮机构具有结构简单，设计灵活的特点。主动轮每转一周，从动 轮运动的角度，从动轮停歇的次数及每次停歇的时间，相比棘轮机构 和槽轮+飞轮机构有更宽的范围。但不完全齿轮机构中的从动齿轮在传 动开始和终止时速度有突变，会引起刚性冲击，只适用于低速轻载的 工作场合。故舍弃。棘轮机构的结构简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较平稳 地，间歇地进行转位，能实现糕点厚度的调节，故采用此机构。故采用。2.4.2 切刀往复运动机构的确定作为直动从动件盘形凸轮机构的等速转动转化为从动件的往复直 线运动，其移动的位移，速度，加速度与凸轮的轮廓曲线有关。凸轮机 构广泛应用于传动机构，他有其他机构无可比拟的优点：1）设计简单，适应性强，可实现从动件的复杂运动规律要求。2）结构简单紧凑，控制准确有效，运动特性好，使用方便。3）性能稳定，故障少，维护保养方便。缺点：凸轮与从动件为高副接触，易于磨损，可调性差。而且，由于凸轮的轮廓曲线通常比较复杂，因而加工比较困难。故舍弃。曲柄滑块机构有如下结构特点：1）其结构由简单的构件和低副组成，具有结构简单，易于制造，成本低廉的特点。2）构件只建力的传递是通过低副实现的，面接触的低副具有较小 的单位面积承载力，故其机构的承载能力大。3）通过适当的设计各杆的尺寸，连杆机构可实现运动规律的多样 化。4）当连杆和机架较长时，可实现远距离的运动和动力的传递。故采用。2.4.3 减速机构的确定涡轮蜗杆机构只能在一定的距离里面产生较大的传动比，所以不 适宜用于连续不停转动，而且机构效率较低，成本较高。皮带能缓和 载荷冲击，运行时平稳、低噪声，制造和安装精度较低，有较强的过 载保护作用。所以采用高速级用皮带传动，低速级用齿轮来作为减速 系统。综上所述，选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。选用曲柄滑块机构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。3机构零件尺寸的设计3.1 曲柄摇杆机构3.1.1 曲柄摇杆机构的引入设计要求糕点厚度：52 0mll1,现取5,10,15,2 0mm这四个长度来 计算，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，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。曲柄摇杆机构简图如 3-1图3.1曲柄摇杆机构简图3.1.2 曲柄摇杆机构的几何尺寸设计设计方法：图解法设计过程如下：机构的类型选择：从安全方面考虑，棘轮的驱动机构必须为单自 由度机构，另一方面，各构件之间为面接触，单位面积所受压力小，易于润滑，磨损较小，而且制造简单，精度高，能满足不同运动和速 度变化的要求，所以确定要设计一个曲柄摇杆机构。机构各杆件的运动尺寸设计方法选择：我们所设计的曲柄摇杆是 一个平面四杆机构属于平面连杆机构。平面连杆机构的常用设计方法 有图解法和解析法两种。解析法是通过建立数学模型用数学解析求解，在求解过程中还需 要用到数值分析、计算机编程等知识。但是，解析法计算复杂，且已 知数据太少，故转而考虑图解法。图解法是运用儿何学原理求解，比较直观，而且本来机构较为简 单，需要合理地给定儿个未知量，进而可以得到所有的数据，因此我 们最终采用图解法。图解法的基本思想是：根据根据给定机构的运动设计要求，建立 各个杆件之间的儿何模型，计算出未知杆件长度和未知角度。利用图解法进行曲柄摇杆机构设计的具体步骤如下：令该曲柄摇杆机构的行程速比系数K=l,可以求出机构的极位夹角K-9=180-=0K+1则A,B,C三点在同一直线上，如图32所示。图3.2。=0的曲柄摇杆机构简图令 CD=1401H1I1,AD=180mm,BC=160mm,AB=r,ZC,DC2=(p,则AC】=160-r,AC2=160+r,得 CC=2 r,故厂=140sin；2当 0=15 时，r=18.3mm；当 9=30 时，r=36.2 mm；当 9=45 时，r=53.6mm；当 O=60 时，r=70.0mm。曲柄、不定点存在性的验证：因为r+180Fcosa L因F二勺f,代入得：tan f=tan故。0当 f=0.2 时，9=115,取 1=20。图3.6棘轮部分几何尺寸棘轮的其它相关尺寸：齿 数z=24,顶圆直径 da=12 0mm,模 数m=5,z齿间距 p=7im=15.7mm,齿 高 h=0.75/n=3.15mm,齿顶弦长a=m=5 f齿偏角 cc=2 0,棘爪长度 L=2p=31 Amm o3.2.3 皮带轮的几何尺寸设计摇杆转动a=15,糕点即皮带向前移动/=5加加，则由ara=I解得ra=1 2 0mm即皮带轮半径G=12 0mm o至此，外啮合齿式棘轮的几何尺寸就设计完毕。3.3 曲柄滑块机构3.3.1 曲柄滑块机构的引入切削速度较大时，切片刀口会整齐平滑，因此切刀运动方案的选 择很关键，切刀机构应力求简单适用、运动灵活和运动空间尺寸紧 凑，在此引入曲柄滑块机构来实现。3.3.2 曲柄滑块机构的几何尺寸设计该机构采用试凑法获得机构的尺寸，在这里可以假定机构中几个 位置的关系，通过直角坐标法分析出杆长。由实验原理可知，d,s,m为已知量。设最长杆为乙，最短杆为小 如图3-7所示。yj(/,一乙 -d 2+加=+/2 丫 (1)J2+52=(Z2-Z,)2(2)联立上面的式子解得：+d2-y/d2+s27(-s+/71)2+d2+y/d2+s2在这个机构中可以根据角度算的各个边长4=3 0 mml2=60mmd=2 0mmm=65mm刀片高37mm,曲柄滑块机构和棘轮机构轴心距为2 67mm。3.4 减速系统3.4.1 减速系统的引入本机构原动件为一高速电机,其转速为1390%1m，但我们所需要的 转速是40%in，所以要减速。3.4.2 减速系统的几何尺寸设计由皮带轮进行第一级减速，由多级齿轮进行第二级减速。皮带轮 将电机由1390%1m降到2 40%nin。齿轮机构将由240着山降到 40%.。/min图3.8皮带传动图皮带传动设计主要是采用两个半径不同的皮带实现。由于皮带 上线速度相等即：K x“=r2xv21390 x=2 40 xr.外_ 2 4-139由此可以算出电机上皮带轮直径大小八二36m加，另一端皮带轮半径大小r2=220mm，传动比i=-。_ 24表3.1齿轮参数由上表可计算出齿轮的传动比为：名称齿数模数分度圆半径齿轮石254mm100mm齿轮Z2504mm2 00mm齿轮z3254mm100mm齿轮Z4754mm300mm,1i 二6图3.9齿轮传动图4机构强度校核4.1 曲柄摇杆机构强度校核曲柄摇杆机构中原动件曲柄为主要受力杆件，由于曲柄摇杆杆件 所用材料及样式相同，所以主要分析原动件的强度。在这个机构中可以知道：电动机P=O.55KW,减速后，=40%1m由此可以计算出转矩：7=9550=131312 A-mm n曲柄在两个极限位置时，B点受力为0,一层或者82 f用过程 中，B点所受力均是先变大后变小，经分析，当AB垂直于BC时，B点 受力最大。如图4-1所示，Bi图4.1曲柄受力分析由平衡方程ZS=O，FBr-T=O解得心二7176N4.1.1 弯应力校核曲柄材料采用Q2 35普通碳钢，其屈服极限巴为2 35MPa,取安全 系数S5=L5,则许用弯应力可=旦=235/1.5=157MPa。区曲柄抗弯模量卬 M/TctI=W 836/71/7?,L157取截面尺寸为高人=18/初相，宽b=22相加之矩形钢件,其抗弯模量W=%-=22义18=1188m/n3 6 6 WW所设计套管抗弯能力足够，可用，尺寸为高/7=18加加，宽 h=22mm。4.1.2 切应力校核取曲柄的材料为Q2 35钢，接合处为圆形截面，取安全系数为5J=1.5,则团=2 35/1.5=157MPa,则圆形截面的最小面积1 7r7 1Smin=-=一九4：in，d N d而=1 2的“，取1=10根机，从而切应II11I1 r t 1 l r A llllll lllllla 157 4力远小于许用切应力，所以杆件抗剪强度足够，不存在强度问题。4.2 曲柄滑块机构强度校核曲柄滑块中原动件为主要受力杆件，由于曲柄滑块杆件所用材料 及样式相同，所以主要分析原动件的强度。在这个机构中可以知道：电动机 P=O.55KW,=1390/由由此可以计算出转矩：mmPT=9550=3800N 加加n通过减速机构等可以获得F3图4.2 AB杆件受力分析如上图所示，在曲柄滑块机构中，当BC垂直AB时有最大剪力。SM=0:T-FIab=。求得：F=126N一工MPabl.2 A材料为Q2 35,由于销轴受剪，取安全系数Ss=2.5,销轴的许用 切应力为：r=94 MPa由以上计算可知杆件切应力远小于许用切应力，所以杆件抗剪强 度足够，不存在强度问题。5机构运动分析与动力分析5.1 机构运动分析机构运动分析就是根据在机构各构件运动尺寸已确定、且原动件 的运动规律（通常原动件做匀速转动）已知来确定其他构件上某些点 的轨迹、位移、速度和加速度（或某些构件的位置、角位移、角速 度、角加速度）等运动参数。为了确定机构工作过程的运动和动力性能，往往要知道机构构件 上某些点的速度、加速度及其变化规律。对于高速和重载机械，其运 动构件的惯性力往往很大，因此，在进行强度计算、动力特性分析和 机构动力学设计（如机构平衡）时常需要计算构件惯性力。因而，也 就要求首先对机构的速度和加速度进行分析。平面上一个点的位置可以用该点的两个坐标表示，运用解析法的 关键是建立构件上一些特殊点的位置方程，从而得到它们速度与加速 度的变化规律，来分析构件的运动。5.1.1 曲柄摇杆机构运动分析分析过程如图5.1曲柄摇杆坐标图如图5T中坐标所示，以A点为原点（0,0）,lAB=r,lBC=60mm,lC D=12 0mm,lAD=180mm o AB 为原动件，已知原动件的运动，就是已知AB杆绕A点转动的角位置为族、角速度四和角加速度%,由于3个杆的尺寸约束，/8c距离不变，所以可写出B 的位置方程为：=%+3 cos 族（5.1）、力=力+鲍sin。1其中XA=%=0，Iab=r，AB杆的角位置为族，B，%可立即计算出 来，从而得到较接点B的位置。速度和加速度方程如下：将式（5-1）对时间t分别作一次、二次 求导，可得到较接点B的BX=匕.一附例sin。二。,心二。从一4bcos外一L4sin族1 2 5-3）“切=aAy-Iab;sin a+Iab%COS 4其中。/支=。公=，根据已知的例和名，由式（5-2）和（5-3）就可以求出钱接点B的速度和加速度。确定从动件BC上点B的运动之后，必须再确定构件BC上另一点C,才能确定构件BC杆的运动，由于运动尺寸的约束，/.、/、4c的尺 寸不变，D（180,0）,则有C点的位置方程如下：-2）2+（%一%。=lBC/-、C)c y 一(一%)2 一(%一%，)2(xc-xD)aC x+(yc-yD)aC y=(%一 XD)aD x+(，C 一 切 aD y(VD x VC xy D y VC yy(5-7)其中只有4x，。口两个未知数，即可求出C点的加速度。至此，B、C较接点的运动参数都得到确定，BC杆的运动得以 确定。5.1.2曲柄滑块机构运动分析图5.2曲柄滑块坐标图如图5-2所示，以A为原点（0,0）,由尺寸分析可以得到 L=3 0mm,lBC=60mm o在该机构中杆AB和齿轮（减速系统）连 接，所以杆AB为原动件，已知原动件的运动，就是已知AB杆绕A点 转动的角位置为外、角速度例和角加速度山于两个杆的尺寸约 束，4八4c距离不变，所以可写出B的位置方程为：yB=xA+lAB cosi=力+/sin/其中4=%=0，ab=30根根，AB杆的角位置0,xB 为可立即 计算出来，从而可以获得B点的位置。将式（5-1）对时间t分别作一次、二次求导，可得到较接点B的速度和加速度方程如下：以例sin0 已）%,=%+乙的 cos%-其中%=乙丫=。aBx=aAX-乙收；cos（p-lABa sin（px a By=aAy-lAB sin（px+lABax cos.其中aAx=aux，根据已知的例和名，由式（5-2）和（5-3）就可以求出钱接点B的速度和加速度。确定从动件BC上点B的运动之后，必须再确定构件BC上另一点C,即滑块的运动，由于运动尺寸的约束，c的尺寸不变。J（%8-%）+（%-（C）=，BC（4）其中由式（1）中，可求得乙，力，又因为均已知，所以可以求出%，这样就可以求得先，无。将（4）式进行整理得：卜 g%）+（%/c）=（BC（5）对（5）式进行对时间的一阶导数，即可求得C点的速度方程：（18-%）啧+（%-%）Vfiv=（4-%）%+（%-%）%y（6）其中5和已知，滑块在y轴方向速度Vq,为，只有 一个未知 数，所以可以求出C点的速度。对（5）式进行对时间的二阶导数或者对（6）式进行对时间的一阶导就可以求得C点的速度方程：（/-%）。母+（%My=国-Xc）aC x+（yB-yc）&一（一 为 产一（飞一为 了其中，。外为已知量，并且滑块在y轴方向没有运动即,二，通过上式即可求得。以。至此，B,c点的位移，速度，加速度都可以求得，曲柄、连杆，滑块 的运动就可以确定出来。5.2机构动力分析机构动力学分析主要研究机构中的受力与机构运动之间的关系。我们所遇到的问题是已知机构的运动求作用于机构上的力，属于机构 动力学的逆问题，这里我们将采用动态静力分析的研究方法。确定机构的平衡力（平衡力矩）在工程上具有重要的意义：当平 衡力作用在机构中的原动件上时，平衡力的大小是确定机构驱动装置 的主要依据；当平衡力作用在机构中的工作构件上时，则平衡力的大 小是确定机构工作能力的主要依据。由于棘轮机构过于复杂，仿真存在困难，所以我们只对曲柄摇杆 机构和曲柄滑块机构进行仿真，在ADAMS中建模并仿真，并输出仿真 曲线，进行运动分析，分析过程如下：Slope:Min I Max:Avq:RMS:#of Point s:-21.6178 0.0148|28 1771 11.6378 13.7029 10130.0MODEL_2_-.PA,Cl.1_An gu lar_Vetocit)hl a g-.PART dCILAngulajAccelefaticn.hlag2S.00.0Analysis:Last_Run5.0 10.0Time(sec)1;2011-06-1图5.1摇杆角速度、角加速度Slope I Min I Max:I Avq:I RMS:I#of Point s?1 6178|0 0148|28 1771|11 6378|J3 7029|101MODEL.22S.0-PART_4.CM_Angular_Veloc it y.Mag.PART_4.CM_An gula r_Ac c elerat ic n.MagPART_4.CM_Posit ion.Mag20.016IO/LB_lg.与 9.O.O.O9 7 6 5 4 3E)隹 I K T|180.C-10.0Analysis:Last _Run15.0 2011-06-16 00:10:59图5.2摇杆运动特性在这里我们主要目的是确定平衡力和构件之间的运动副反力。我 们将切刀简化成曲柄滑块机构，在ADAMS中建模并仿真，并输出仿真 曲线，进行运动分析，分析过程如下：Slope I Min Max78 8461|134 1639|429 86470 0 T 450 C-Avg I RMS259 875|280 3887#of Point s101model 1o o o o0 5 0 04 3 3 2-卡)o 9 9.O.OC 0.0.6 5 4 3 2FoasJluu)uofwoaoov200.0-150.0-100.0-0.0Analysis i.ast Runo000-0000-00004Go.ooo.coo.19 s 7 6 5 4 3 2 10.015.02011-06-16 00 28:16图5.3滑块运动特性对曲柄滑块机构进行动态静力分析如下:图5.4曲柄滑块机构动态静力分析从整体上分析，机构中总共有3个活动构件，则可以写出9个平 衡方程，共有4个运动副，共有8个运动副反力未知数，再加平衡力 矩Mi，共计9个。所以机构的动态静力分析是可解并有唯一一个解。设定原动件1的运动为匀速转动，角速度为电，我们知道所选构 件为同一种均匀材料，所质心位置就是基本杆的中心位置，通过 ADAMS分析可以求得各个构件的速度、加速度，计算出各个构件的角 位置、角速度和角加速度；根据构件的质量和转动惯量等参数确定出 惯性力和惯性力矩。将惯性力、重力和作用在机构上的所有已知外力 等施加到各个相应的构件上，为方便求解，应将各个构件上所受到的 所有集中外力平移到构件的质心。分析机构的动态静力的顺序为：因为机构3上的作用力工是已知 外力，所以机构的动态静力分析应该从构件3开始，即先对构件2、3 组成的H级杆组进行分析。利用构件2和构件3的六个平衡方程，求出转动副C的反力心23,、Fr小、移动副C的反力神*、金和转动 副B的反力心、Fr.；最后利用构件1的三个平衡方程，求出转动 副A的运动副反力Froix、尸ROy和平衡力矩O在这个曲柄滑块机构中，.M为平衡力矩，并且作用在主动件1 上，所以根据确定出来M的最大值可以确定出驱动装置应当能够提供 驱动力矩。同时根据求出的副反力的最大值与已知力歹3的比值，可以 对机构的传力性能进行评价。在这里由于篇幅问题就不再一一叙述探 讨。综上分析：曲线变化基本与理论分析吻合，所以机构符合设计要 求。6机构建模6.1 各部件的建模图6.3曲柄滑块机构建模图6.2 机构的装配在完成了蛋糕切片机各个机构、零件的建模之后，接下来我们对各个机构进行装配，装配之后的蛋糕切片机如6-4所示。图6.4总体装配图装配后的结构简图如下图所示,点件带爪聃 糕杆皮棘曲束 0/2 4 6 8 1 11.皮带轮3.切刀5.曲柄7.摇杆9.连架杆1L皮带轮总结经过将近一个学期的努力，到切刀机构和送给机构等设计、校 核，再到可控式救捞装置的运动分析、动力分析以及仿真，经过一次 又一次的讨论研究和分析比较，糕点切片机的设计已基本完成，这凝 聚了我和彭宗峰指导老师很多心血和汗水。通过对已学知识的整合，包括对构件的尺寸设计、运动、受力 等，运用了机械原理、机械设计等大学已学课程知识来完成 糕点切片机的毕业设计。，最后通过软件SolidWorks绘制了“蛋糕切 片机”重要组成部件，运用了 ADAMS进行了分析。通过这些运用让我 回顾了大学所学到的知识，并能够运用。在这个设计中，在彭宗峰讲师的帮助下最终确定了糕点切片机的 设计方案，并且教会我用ADAMS和SolidWorks建模，让我受益颇多。然后在送给运动（曲柄摇杆机构、棘轮机构）分析和切刀运动（曲柄 滑块机构）分析和减速机构的设计等反面给了我很多指导和建议！在糕点切片机的设计过程中，我遇到了很多问题，比如说对以前 所学知识的遗忘，但是后对遗忘知识的复习。让我又收获了很多，也 提高了很多。明白复习的重要性和只有在不断的提出问题之后才能解 决问题。也让我对大学所学课程有了一个宏观的把握，能够把所学的 知识对号入座；通过对以往课程的复习以及资料的查询，逐渐能够把 所学到的东西与应用联系到一起来；在糕点切片机设计过程中，学会 了 SolidWorks、ADAMS等软件；通过对糕点切片机的讲解，让我在工 作汇报及语言表达上有了 一定的提高。顺利完成这次设计，我深刻体会到像这样的实践是相当必要的，一方面能够提高自对专业知识的掌握，另一方面可以促进我们的学习 积极性，激发对新事物了解和认识，在一定程度上开阔了我们在今后 学习以及在工作视野，锻炼了自己设计能力和团队合作方面的能力致谢本次设计得到了彭宗峰老师的悉心指导，在设计的过程中对方案的 分析、确定以及向本人提供选择参考方面提供了很大的帮助，老师严 格要求，耐心的指导，极大地曾加了我们解决问题的信心。在此表示 深深的感谢！设计的过程中本人也得到了学校提供的各种软硬件的设 备的帮助。同时也得到了同学的良好的建议，在此也表示衷心的感 谢。由于本人设计经验不足及能力有限，错误之处在所难免，恳请各 位老师和同学加以斧正，以便我在今后的学习和工作中不断完善自 我。参考文献1谢进 杜立杰.机械原理.第二版.北京：高等教育出版社，2 004.；2 邱宣怀.机械设计.第四版.北京：高等教育出版社，1997.；3李庆华.材料力学.第二版.成都：西南交大出版社，1994.；4朱张笑.工程材料.第三版.北京：清华大学出版社，2 001.；5大卫G乌尔曼.机械设计过程.北京：机械工业出版社，2 006.；6机械原理课程设计指导书.成都：西南交大出版社，2007年.；8邹慧君殷鸿梁.间歇运动机构设计与应用创新.第二版.北京：机 械工业出版社，2002