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1、 機械原理課程設計 設計說明書 設計題目： 糕點切片機 機電與車輛工程 學院 車輛工程101 班 設計者： 指導老師： 2012年5月20日 目錄 1. 設計題目……………………………………………１ 1.1設計目的………………………………………………１ 1.2設計題目簡介…………………………………………１ 1.3設計條件及設計要求…………………………………１ 2.運動方案設計……………………………………２ 2.1機械預期的功能要求………………………………２ 2

2、.2運動方案設計的構(gòu)思………………………………2 2.3運動規(guī)律設計…………………………………………5 2.3.1工藝動作的分解……………………………………………6 2.3.2運動方案選擇……………………………………………7 2.3.3執(zhí)行機構(gòu)形式設計………………………………………8 2.3.4運動和動力分析…………………………………………10 2.3.5執(zhí)行系統(tǒng)運動循環(huán)圖………………………………………14 3、設計總結(jié)……………………………………………14 4、參考資料……………………………………………15 一、設計題目：糕點切片機 1.1、工作原理及工藝動作過

3、程 糕點先成型（如長方體、圓柱體等）經(jīng)切片后再烘干。糕點切片機要求實現(xiàn)兩個動作： （a）糕點的直線間歇移動,（b）切刀的往復運動。 通過兩者的動作配合進行切片。改變直線間歇移動速度或每次間歇的輸送距離，以滿足糕點的不同切片厚度的需要。 1.2、原始數(shù)據(jù) 1） 糕點厚度：10~20mm。 2） 糕點切片長度（亦即切片高）范圍：5~8mm。 3） 切刀切片時最大作用距離（亦即切片寬度方向）：300mm。 4） 切刀工作節(jié)拍：40次/min。 5） 工作阻力很小。要求選用的機構(gòu)簡單、輕便、運動靈活可靠。 6） 電機可選用：960r/min 1.2、設計任務及要求 1） 要求

4、的設計該切片機糕點直線間歇移動機構(gòu)和切刀往復運動機構(gòu)。一般應包括凸輪機構(gòu)、平面連桿機構(gòu)以及齒輪機構(gòu)等常用機構(gòu)。至少設計出三種能實現(xiàn)運動形式要求的機構(gòu)，繪制所選機構(gòu)的機構(gòu)示意圖，比較其優(yōu)缺點，并最終選出一個自己認為最合適的機構(gòu)進行機構(gòu)綜合設計，繪制出其機構(gòu)運動簡圖。 2）設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配（皮帶傳動傳動比i~2，每組齒輪傳動傳動比i<7.5）。3)在圖紙上畫出糕點切片機的傳動系統(tǒng)方案圖和工作循環(huán)圖。 4)在圖紙上畫出凸輪機構(gòu)設計圖（包括位移曲線、凸輪輪廓和從動件的初始位置，要求確定運動規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，確定圖輪廓線）。 5）設計計算其中一對齒

5、輪機構(gòu)。 6）同一小組內(nèi)，每人至少有一種與別人不一樣的機構(gòu)設計方案。 7) 以上所要求繪制的圖形均繪制在一張一號圖紙上。 8) 編寫設計計算說明書一份。 2、 運動方案設計 2.1機械預期的功能要求 1） 傳送帶在水平方向上要求能夠進行間歇式直線運動從而實現(xiàn)把未切的糕點輸送到指定位置進行切片，同時把已經(jīng)切好的糕點輸送到指定位置進行包裝。 2） 切刀能夠?qū)崿F(xiàn)上下往復式運動，同時還要能夠?qū)崿F(xiàn)急回特性，使切刀在向下切片的時候速度較快，向上運動的時候要慢速，這樣可以使糕點切片過后不會粘到刀片上。 2.2運動方案設計的構(gòu)思 我們所要設計的糕點切片機需要實現(xiàn)兩個功能：一是切刀的往

6、復運動，一是傳送帶的間歇式直線運動。根據(jù)這一點我們組提出三種設計方案。主要機構(gòu)是：連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)。 方案一： 如上圖所示，電動機先通過降速機構(gòu)進行降速，將發(fā)動機轉(zhuǎn)速降到一定的轉(zhuǎn)速后和不完全齒輪嚙合，再由不完全齒輪上的同軸齒輪與皮帶輪嚙合，是皮帶輪每分鐘轉(zhuǎn)1.04轉(zhuǎn)。對于切刀的往復運動也是先通過輪系先進行降速，使其轉(zhuǎn)速達到每分鐘40轉(zhuǎn)，再通過皮帶輪帶動凸輪運動，從而實現(xiàn)切刀的往復運動。（見附圖) 方案二： 方案二與方案一基本相同，都是先通過輪系將發(fā)動機轉(zhuǎn)速降到一定的速度后帶動不完全齒輪，再使不完全齒輪帶動皮帶輪，從而實現(xiàn)間歇式直線運

7、動。刀片的往復運動于是如此，唯一不同的是降速過后由齒輪帶動連桿，再由連桿機構(gòu)的運動來帶動刀片的往復直線運動（見附圖） 方案三： 如上圖所示：方案三的間歇式直線運動是由槽輪機構(gòu)來實現(xiàn)的，當圓銷未進入徑向槽時內(nèi)凹鎖住弧被外凸圓弧卡住，導致其靜止不動，圓銷進入徑向槽時將帶動其旋轉(zhuǎn)直至其分開。從而實現(xiàn)單向愛間歇式直線運動。切刀的往復運動首先將電動機的轉(zhuǎn)速由變速箱進行變速，使其變速后達到40轉(zhuǎn)每分鐘，再由連桿機構(gòu)實現(xiàn)往復運動。 2.3運動規(guī)律設計 2.3.1工藝動作分解 1、 實現(xiàn)切刀往復運動的機構(gòu) 方案一：凸輪機構(gòu) 由上圖可知，是由凸輪與刀架直接接觸，通過凸輪的輪

8、廓曲線來實現(xiàn)刀片的往復運動，同時體現(xiàn)出急回特性。這對凸輪的選用非常嚴格。 方案二：四桿機構(gòu) 由上圖可知，連桿的主動件是變速后的齒輪，將連桿與齒輪用低副連接，齒輪的旋轉(zhuǎn)帶動連桿運動，再利用杠桿定理轉(zhuǎn)變連桿的擺動方向，將刀片與另一頭的連桿用低副連接由連桿的擺動來帶動刀片的上下往復運動。 方案三：與方案二基本相同。 2、直線間歇式移動 方案一：不完全齒輪機構(gòu) 當滑塊向上運動即刀向上運動時，不完全齒輪進入嚙合區(qū)，不完全齒輪帶動皮帶輪運動進而帶動糕點的移動，當滑塊向下運動即刀向下運動時，不完全齒輪進入非嚙合區(qū)即糕點靜止，進行切割。 方案二：方案一相同，唯一不同的是不完全齒

9、輪嚙合的位置不同。 方案三：當滑塊帶著刀片向上運動時，槽輪的圓銷進入徑向槽帶動其運動進而帶動與之嚙合的皮帶輪，使其上的糕點運動。當?shù)镀蛳逻\動時圓銷與徑向槽分離同時被外凸圓弧卡死使其停止運動。 2.3.2運動方案選擇 方案一： 凸輪機構(gòu)的與刀架是以高副連接，這對凸輪的輪廓曲線要求非常嚴格。同時這也極易磨損，而且凸輪的輪廓加工比較困難，如若從動件的行程過大則會使凸輪變得笨重。切沒有急回特性，不能夠?qū)崿F(xiàn)切刀下切速度慢而收回速度快的特性，也不能夠很好的縮短空程的時間，影響效率。 方案二： 動副均為低副，兩運動副元素為面連接，壓強較小，可承受較大的載荷，且?guī)缀涡螤詈唵?，便于?/p>

10、工。而且連桿上各點的軌跡是各種不同形狀的曲線，氣形狀隨著各構(gòu)件相對長度的改變而改變，從而可以得到形式眾多的連桿曲線，可以這些曲線來滿足不同曲線的設計要求。此機構(gòu)不僅具有連桿機構(gòu)的有點以及切刀的急回運動要求，且可使切刀在工作行程中得到近似等速的運動，以滿足切削質(zhì)量。 不完全齒輪機構(gòu)與其從動件嚙合從動輪每轉(zhuǎn)一周的停歇時間、運動時間及每次轉(zhuǎn)動的角度變化范圍都較大，設計較靈活。但其加工工藝較復雜，而且從動輪在運動的開始與終止時沖擊較大，但對于低速輕載的場合這種沖擊的影響較小。 方案三：對于槽輪機構(gòu)其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，在進入和脫離嚙合區(qū)時運動較平穩(wěn)，能準確控制轉(zhuǎn)動的角度。但槽輪的轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)

11、節(jié)，而且在槽輪轉(zhuǎn)動的始末位置加速度變化較大，所以有沖擊。同時槽輪在運動的過程中平穩(wěn)性較差。 通過對比以上三種方案的優(yōu)缺點我們最終決定選用方案二為我們的最終方案。 2.3.3執(zhí)行機構(gòu)形式設計 發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為960r/min，由i=w1/w2可得v1*r1=v2*r2。i=24過大，所以要進行降速，經(jīng)計算可得需要進行三級降速。一級降速：將皮帶輪2與發(fā)動機上的齒輪1用皮帶嚙合，傳動比i=2,將轉(zhuǎn)速降480r/min。二級降速：用齒輪3與皮帶輪同軸的齒輪2嚙合，傳動比i=6，此時齒輪3的轉(zhuǎn)速被降,80r/min。三級降速：將齒輪4與錐齒輪3同軸的齒輪3嚙合，傳動比i=2，將齒輪的轉(zhuǎn)速

12、降到40r/min。此時的轉(zhuǎn)速即為要求的轉(zhuǎn)速，也就是刀片每分鐘工作的次數(shù)。再將齒輪5與齒輪4嚙合，傳動比i=1。 刀片要求每分鐘工作40次，即每1.5秒一次，也就是T=1.5s 所以傳送帶每1.5s運動的距離為糕點的寬度，首先用皮帶輪6與齒輪4上的同軸齒輪4嚙合，皮帶輪的規(guī)格與齒輪4相同，傳動比i=1。 完全齒輪選用漸開線齒形，轉(zhuǎn)速為40r/min。分度圓直徑d=120mm齒數(shù)z=30實際齒數(shù)z=8。再將不完全齒輪與一個相同規(guī)格的齒輪7嚙合，在齒輪7的軸上固定一個半徑為30mm的滾筒，傳送帶放在滾筒上由滾筒的轉(zhuǎn)動帶動傳送帶運動。 直齒輪參數(shù)表 名稱 齒數(shù) 模數(shù)

13、分度圓 齒輪z1 20 4mm 80mm 齒輪z2 40 4mm 160mm 齒輪z2 10 4mm 40mm 齒輪z3 60 4mm 240mm 齒輪z3 30 4mm 120mm 齒輪z4 60 4mm 240mm 齒輪z4 60 4mm 80m 齒輪z5 60 4mm 240mm 不完全齒輪z6’ 30 4mm 120mm 齒輪z6 20 4mm 80mm 齒輪z7 30 4mm 120mm 2.3.4運動和動力分析 刀具往復運動 切刀每分鐘得完成切割40次的工作節(jié)拍。所以連接曲柄的

14、齒輪的轉(zhuǎn)速為40次/min，切刀做豎直面內(nèi)的往復直線運動，當其往下運動到與最低點相距約10mm至20mm（這是糕點的厚度）時開始切割糕點，此時糕點靜止不動，切割完畢切刀往上運動到距離最低點約20mm時糕點運動起來，把切好的糕點片帶走并把糕點送進待切，切刀繼續(xù)往上運動，直到最高點，之后再往下運動，直到最低點相距約10mm至20mm（這是糕點的厚度）時又開始切割糕點，此時糕點又靜止。如此往復循環(huán)。下圖是刀具的位移運動圖： 刀具位移 角度 四桿機構(gòu)的運動及分析 如上圖所示： 圖示機構(gòu)可以近似的看做是曲柄搖桿機構(gòu)，根據(jù)曲柄搖桿機構(gòu)各桿件的長度關系式： 則 連接連桿的運

15、動副與齒輪的軸心距離為90mm,中間連桿長度為240mm，搖臂的長度為180mm，齒輪軸心與搖臂上的固定運動副距離為300mm。 當曲柄與連桿拉直共線和重合共線是為搖桿的兩個極限位置。 如上圖所示由余弦定理可得： 極位夾角,行程速比系數(shù)K=(180+θ)/(180-θ)=1.06。最大傳動角=45，搖桿的擺角=61，通過計算得到搖桿的最大角速度=0.59rad/s，最大加速度a=0.85㎡/s。 從而得到搖桿的角位移圖像如下： 角速度如下： 角加速度圖如下： 2.3.5執(zhí)行系統(tǒng)運動循環(huán)圖 設計總結(jié) 經(jīng)過緊張的設計、計算、繪圖，為期一周的

16、課程設計結(jié)束了。這是我們機械類學生第一次比較全面的接觸到設計，把所學的機械原理理論知識運用到實踐中去。設計期間，有興奮、有困惑、有急躁、還有完成設計的喜悅。 剛開始拿到設計題目—糕點切片機時，感覺挺容易的一個題目，我們組每個人都發(fā)表自己的想法。等到要動手去畫圖設計時，才發(fā)現(xiàn)存在很多問題，例如怎樣實現(xiàn)間歇式往復運動和切刀上下往復運動，選擇哪些機構(gòu)組合來更好的完成設計，以及機構(gòu)尺寸的計算等。在組內(nèi)討論下，每個人分配了自己的任務，各付其職，通過查找課外資料、請教同學老師來完成工作。 通過這次課程設計讓我認識到： 1、 作為工科類學生，平時要培養(yǎng)自己的動手操作能力，多觀察機械類東西，結(jié)合

17、生產(chǎn)實際知識，培養(yǎng)分析和解決一般工程實際問題的能力，并使所學知識得到進一步鞏固、深化和擴展。 2、一定要學習些繪圖工具，如CAD、proe，多結(jié)合生產(chǎn)實際知識，培養(yǎng)分析和解決一般工程實際問題的能力，并使所學知識得到進一步鞏固、深化和擴展。 3、團隊合作的重要性。組內(nèi)成員要有團隊意識，聽從組長分配，每個人都應發(fā)揮自己的力量，取長補短，更好的完成設計。 ．參考書目 1.《機械原理第七版》 孫恒 陳作模 葛文杰 主編高等教育出版社 2.《機械設計手冊 單行本 機械傳動》成大先 主編 化學工業(yè)出版社 3.《機械設計手冊 單行本 機構(gòu)》成大先 主編 化學工業(yè)出版社 4、《機械原理》 程友聯(lián)主編， 中國農(nóng)業(yè)出版社 5、《機械原理課程設計手冊》 鄒慧君主編，　高等教育出版社 6、《機械原理》 曹龍化主編. 北京：高等教育出版社1986 17