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湖南工業(yè)大學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 資 料 袋 機(jī)械工程 學(xué)院（系、部） 2016 學(xué)年第 2 學(xué)期 課程名稱 機(jī)械原理 指導(dǎo)教師 鄒培海 職稱 學(xué)生姓名 曹琪 專業(yè)班級 機(jī)械1412 學(xué)號 14405710221 題 目 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì) 成 績 起止日期 2016 年 6 月 15 日～ 2016 年 6 月 24 日 目 錄 清 單 序號 材 料 名 稱 資料數(shù)量 備 注 1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1 2 課程設(shè)計(jì)說明書 1 13 3 課程設(shè)計(jì)圖紙 1 張 4 5 6 機(jī) 械 原 理 設(shè)計(jì)說明書 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì) 起止日期： 2016 年 6 月 15 日 至 2016 年 6 月 24 日 學(xué)生姓名 曹琪 班級 材料1402 學(xué)號 14405710221 成績 指導(dǎo)教師(簽字) 機(jī)械工程學(xué)院 2016 年 6月 24 日 目　錄 0.設(shè)計(jì)任務(wù)書1 1.工作原理和工藝動(dòng)作分解2 2.根據(jù)工藝動(dòng)作和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖2 3.執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型3 4.機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評定和判斷3 5.減速系統(tǒng)設(shè)計(jì)6 6.執(zhí)行系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)8 7.機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡圖10 8.三維視圖11 9.參考資料12 10.設(shè)計(jì)總結(jié)13 湖南工業(yè)大學(xué) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2010 ～2011 學(xué)年第 2 學(xué)期 機(jī)械工程 學(xué)院（系、部） 材料成型 專業(yè) 材料1402 班級 課程名稱： 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì) 完成期限：自 2010 年 6 月 15 日至 2010 年 6 月 24 日共 1 周 內(nèi) 容 及 任 務(wù) 一、工作原理及工藝動(dòng)作過程簡介 糕點(diǎn)的加工過程是先成型（如長方形、圓柱形等）、經(jīng)切片后再烘干。糕點(diǎn)切片機(jī)要求實(shí)現(xiàn)兩個(gè)工藝動(dòng)作：糕點(diǎn)的直線間歇移動(dòng)和切片的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通過兩個(gè)動(dòng)作的配合進(jìn)行切片。改變直線間歇移動(dòng)速度或每次間隔的輸送距離以滿足糕點(diǎn)的不同切片厚度的需要。 二、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求 1）糕點(diǎn)切片長度（即切片的高）范圍為5～80mm； 2）切刀切片時(shí)最大作用距離（即切片的寬度）為300mm； 3）切刀工作節(jié)拍40次/min； 4）生產(chǎn)阻力很小，要求選用的機(jī)構(gòu)簡單、輕便、運(yùn)動(dòng)靈活可靠； 5）電動(dòng)機(jī)可以選用0.55kW（或0.75kW）、1390r/min。 三、設(shè)計(jì)任務(wù) 1）根據(jù)工藝動(dòng)作順序和協(xié)調(diào)要求擬定并繪制運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖； 2）進(jìn)行間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和切片機(jī)構(gòu)的選型，實(shí)現(xiàn)上述動(dòng)作要求； 3）機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評定和選擇； 4）根據(jù)選定的原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)擬定機(jī)械傳動(dòng)方案，分配傳動(dòng)比，畫出傳動(dòng)方案圖； 5）對機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)尺寸計(jì)算； 6）畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡圖； 7）對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，畫出運(yùn)動(dòng)線圖，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬（選作） 8）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 進(jìn) 度 安 排 起止日期 工作內(nèi)容 6.15-6.17 構(gòu)思該機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案 6.17-6.18 運(yùn)動(dòng)分析及作圖 6.24 整理說明書與答辯 主要 參考 資料 ［1］ 朱理．機(jī)械原理［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2008：15-200 ［2］ 鄒慧君．機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2009：15-250 指導(dǎo)教師： 2016 年6 月24 日 1. 工作原理和工藝動(dòng)作分解 （一）糕點(diǎn)切片機(jī)要求實(shí)現(xiàn)兩個(gè)執(zhí)行動(dòng)作： 1、糕點(diǎn)的直線間歇移動(dòng) 2、切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng) （二） 通過兩者的動(dòng)作配合進(jìn)行切片 1、糕點(diǎn)的直線間歇移動(dòng) 糕點(diǎn)的直線間歇移動(dòng)，是為了保證切刀在切糕點(diǎn)時(shí)，糕點(diǎn)是靜止的，這樣切出的糕點(diǎn)才符合要求。另外，糕點(diǎn)的直線間歇移動(dòng)的快慢，決定了被切出的糕點(diǎn)的厚度大小。糕點(diǎn)在停歇后，如果移動(dòng)的快，糕點(diǎn)的厚度就相對大一些；否則，反之。 2、 切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng) 切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這是切刀所必須的運(yùn)動(dòng)，如果只有一次運(yùn)動(dòng)，這樣就只能切一次。同時(shí)，切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和高度都必須控制。切刀切下和收起的總時(shí)間必須小于糕點(diǎn)的間歇時(shí)間；切刀的最低高度必須高于糕點(diǎn)的最大高度。 2.根據(jù)工藝動(dòng)作和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 刀具往復(fù)運(yùn)動(dòng) 切刀每分鐘得完成切割40次的工作節(jié)拍。所以連接曲柄的齒輪的轉(zhuǎn)速為40次/min，切刀做豎直面內(nèi)的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其往下運(yùn)動(dòng)到與最低點(diǎn)相距約5mm至80mm（這是糕點(diǎn)的厚度）時(shí)開始切割糕點(diǎn)，此時(shí)糕點(diǎn)靜止不動(dòng)，切割完畢切刀往上運(yùn)動(dòng)到距離最低點(diǎn)約80mm時(shí)糕點(diǎn)運(yùn)動(dòng)起來，把切好的糕點(diǎn)片帶走并把糕點(diǎn)送進(jìn)待切，切刀繼續(xù)往上運(yùn)動(dòng)，直到最高點(diǎn)，之后再往下運(yùn)動(dòng)，直到最低點(diǎn)相距約5mm至80mm（這是糕點(diǎn)的厚度）時(shí)又開始切割糕點(diǎn)，此時(shí)糕點(diǎn)又靜止。如此往復(fù)循環(huán)。下圖是刀具的位移運(yùn)動(dòng)圖（兩個(gè)周期）： 3.執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型 如結(jié)構(gòu)示意圖所示,電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶和齒輪系減速后，達(dá)到40轉(zhuǎn)/分。再用棘輪機(jī)構(gòu)連接一皮帶組成糕點(diǎn)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，并滿足間歇運(yùn)動(dòng)的要求。同時(shí)通過另外一組皮帶輪帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)（滑塊上帶切刀），實(shí)現(xiàn)糕點(diǎn)的切片。間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與切刀運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作協(xié)調(diào)。由于每一次切的過程都一樣,從而使每一片糕點(diǎn)的大小都一樣。而通過改變進(jìn)給的距離，可調(diào)整切片的厚度。 4.機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評定和判斷 切刀的往復(fù)直線移動(dòng)可采用連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪齒條、組合機(jī)構(gòu)等； 糕點(diǎn)的直線間歇運(yùn)動(dòng)可選擇連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、槽。 1、 實(shí)現(xiàn)切刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu) 如上圖所示，為一直動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，可利用桿3的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)切刀的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 如上圖所示，為一幾何封閉凸輪機(jī)構(gòu)。可利用構(gòu)件1繞A點(diǎn)做偏心轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 如上圖所示，為一偏執(zhí)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，可利用它實(shí)現(xiàn)切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 方案一：動(dòng)副均為低副，兩運(yùn)動(dòng)副元素為面連接，壓強(qiáng)較小，可承受較大的載荷，且?guī)缀涡螤詈唵危阌诩庸?。而且連桿上各點(diǎn)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(shè)計(jì)要求。 此機(jī)構(gòu)雖有上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，但她并沒有機(jī)會(huì)運(yùn)動(dòng)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(shí)間，影響效率。 方案二：只要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且機(jī)構(gòu)簡單緊湊，可承重較大，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。但是凸輪廓線與推桿之間為點(diǎn)、線接觸，易磨損。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(shí)間，影響效率。 方案三：此機(jī)構(gòu)急回特性。結(jié)構(gòu)簡單。具有連桿機(jī)構(gòu)的共同優(yōu)點(diǎn)，可承受較大的載荷，運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形狀簡單。改變個(gè)機(jī)構(gòu)件的相對長度來使從動(dòng)件得到預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 此機(jī)構(gòu)具有連桿機(jī)構(gòu)的共同缺點(diǎn)，機(jī)械效率降低，這是連桿機(jī)構(gòu)所不能避免的。 方案設(shè)計(jì)的創(chuàng)新改進(jìn)措施: 1.我們開始構(gòu)思方案時(shí),考慮到在以后的生活和生產(chǎn)中,自動(dòng)化是必然的趨勢，因此設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)要盡量滿足自動(dòng)化的要求。此機(jī)構(gòu)的運(yùn)作是切糕點(diǎn)與送糕點(diǎn),切的時(shí)候糕點(diǎn)不能動(dòng),沒有切的時(shí)候,糕點(diǎn)要運(yùn)動(dòng)并前進(jìn)一定的距離到達(dá)指定位置.為了實(shí)現(xiàn)切的動(dòng)作,我們開始采用凸輪機(jī)構(gòu),來實(shí)現(xiàn)刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng),用凸輪可以很好的控制刀的運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的運(yùn)動(dòng)軌跡,可是凸輪的設(shè)計(jì)和制造比較復(fù)雜，且不能傳遞較大的力,而且切糕點(diǎn)也不需要那么高的精度。于是我們考慮用曲柄滑塊機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)一樣可以實(shí)現(xiàn)刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng),可傳遞較大的力,能足我們的需要, 而且其機(jī)構(gòu)簡單，加工制造方便，能減少生產(chǎn)成本，于是我們確定用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 2.對于蛋糕的傳送, 既要滿足間歇運(yùn)動(dòng)的要求,又能通過改變進(jìn)給距離而切出不同厚度的糕點(diǎn)。我們剛開始試用了槽輪機(jī)構(gòu),但我們的糕點(diǎn)切片機(jī)要求可以改變所切糕點(diǎn)長度的,如用槽輪機(jī)構(gòu)的話, 很難實(shí)現(xiàn)改變切片的長度,我們想到用齒輪組減速器改變速度來實(shí)現(xiàn)。用許多齒輪來改變速度很復(fù)雜且不太方便操作,于是我們否定了這個(gè)方案。經(jīng)過查資料后，我們選擇了棘輪機(jī)構(gòu)。用棘輪機(jī)構(gòu)可以方便的實(shí)現(xiàn)改變切片的長度。且棘輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)加工簡單，改變切片的長度時(shí)操作方便。所以機(jī)構(gòu)的總體方案就這么大概的定下來了. 5. 減速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本機(jī)構(gòu)原動(dòng)件為一高速電機(jī),其轉(zhuǎn)速為1390 r/min,但我們所需要的轉(zhuǎn)速是40r/min,所以要減速。對于減速裝置我們采用皮帶加齒輪的方法。第一級降速是用皮帶減速,減為240r/min。第二級是用齒輪減為40r/min。兩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析如下: (一) 皮帶傳達(dá)設(shè)計(jì)： 皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)主要是采用兩個(gè)半徑不相同的皮帶輪實(shí)現(xiàn)。由于皮帶上線速度相等，由 r1*v1=r2*v2， 1390*r1=240*r2； r1 /r2=24/139. 由此可見算出電機(jī)上皮帶輪直徑大小 r1=36mm； 另一端皮帶輪半徑大小 r2=220mm。 傳動(dòng)比 i=139/24. (二) 齒輪系的設(shè)計(jì): 經(jīng)皮帶減速后的轉(zhuǎn)速為 240r/min, 而我們所要的轉(zhuǎn)速 40r/min。 因此還需要的傳動(dòng)比為6/1,選用的齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。 傳動(dòng)比i=6/10 6. 執(zhí)行系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)分兩個(gè),第一個(gè)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu),第二個(gè)為棘輪機(jī)構(gòu),現(xiàn)分別介紹如下： (一) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 此機(jī)構(gòu)主要是執(zhí)行切刀的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于所切糕點(diǎn)的厚度最大為20mm,所以切刀在20mm之上運(yùn)動(dòng)時(shí),糕點(diǎn)才能運(yùn)動(dòng)。為了給糕點(diǎn)足夠的傳送時(shí)間,設(shè)計(jì)刀的行程為60mm,即曲柄長30mm；刀的高度設(shè)為37mm。考慮到衛(wèi)生問題,刀不能縮到滑塊的軌道里去,所以設(shè)計(jì)滑塊的長度為65mm；又設(shè)計(jì)連接桿的長度為60mm。這樣曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的高度比較高,所以采用皮帶傳動(dòng)。又切刀應(yīng)能剛好切斷糕點(diǎn),綜合曲柄滑塊和棘輪機(jī)構(gòu)的尺寸,我們得出曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和棘輪機(jī)構(gòu)軸心距為269mm。 所以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸為: 曲柄長30mm; 連接桿長60mm; 滑塊長65mm; 刀片高37mm; 皮帶長1.63m 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和棘輪機(jī)構(gòu)軸心距為269mm。 (二) 棘輪機(jī)構(gòu) 棘輪機(jī)構(gòu)主要是執(zhí)行糕點(diǎn)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),每一次的運(yùn)動(dòng)距離就是所切糕點(diǎn)的長度。為了更好的控制和改變這個(gè)長度,設(shè)棘輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度,糕點(diǎn)運(yùn)動(dòng)20mm,設(shè)棘輪共有24個(gè)齒,既每齒代表15度。于是一共有四檔,即20,40,60,80mm,也就是說棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)15,30,45,60度。對于棘輪的轉(zhuǎn)動(dòng),設(shè)計(jì)一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)棘輪旋轉(zhuǎn)。于是棘輪的旋轉(zhuǎn)角度就可以轉(zhuǎn)化為搖桿的擺角。即15,30,45,60度。在棘輪外加裝一個(gè)棘輪罩，用以遮蓋搖桿擺角范圍內(nèi)棘輪上的一部分齒。這樣，當(dāng)搖桿順時(shí)針搖動(dòng)時(shí)，棘爪先在罩上滑動(dòng)，然后才嵌入棘輪的齒槽中推動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)。被罩遮住的齒越多，則棘輪每次轉(zhuǎn)動(dòng)的角度就越小。棘輪罩設(shè)置四個(gè)轉(zhuǎn)角分別為15，30，45，60度。設(shè)有槽的圓盤直徑為150mm,棘輪半徑為100mm,在搖桿上裝一個(gè)棘爪, 棘爪推動(dòng)棘輪旋轉(zhuǎn),棘輪上再固定一個(gè)皮帶輪用以帶動(dòng)皮帶旋轉(zhuǎn)。由運(yùn)動(dòng)距離可以得出皮帶輪的直徑為153mm, 這樣棘輪機(jī)構(gòu)就設(shè)計(jì)完了。 其尺寸為: 曲柄搖桿機(jī)構(gòu): 曲柄長50mm; 連桿長210mm; 搖桿長200mm; 棘輪半徑86mm; 棘輪齒數(shù)24個(gè); 皮帶輪直徑153mm; 皮帶長1.5m. 整個(gè)機(jī)器的關(guān)鍵就在于切刀運(yùn)動(dòng)與糕點(diǎn)傳送運(yùn)動(dòng)之間的協(xié)調(diào),因此需要詳細(xì)計(jì)算． 依據(jù)零件尺寸，作圖計(jì)算得出： 推動(dòng)棘輪的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)為：k=1；又工作周期為1.5秒，則搖桿推程時(shí)間為：0.75秒，回程時(shí)間為：0.75秒． 因此，切刀在0.75秒的時(shí)間內(nèi)不能接觸糕點(diǎn)（最大厚度為20mm）,而在0.75秒的時(shí)間里切刀應(yīng)完成切糕點(diǎn)的動(dòng)作并離開糕點(diǎn)表面．即切刀在糕點(diǎn)外運(yùn)動(dòng)的時(shí)間應(yīng)大于0.75秒．據(jù)此驗(yàn)證切刀的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸．計(jì)算得切刀在20mm以上的高度運(yùn)動(dòng)時(shí)間為1秒，滿足設(shè)計(jì)要求． 7.機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡圖 8.三維視圖 9.參考資料 《機(jī)械原理》 葛文杰 2006年 《機(jī)械原理》 朱理2004年 《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊》鄒慧君1998年 10設(shè)計(jì)總結(jié) 機(jī)械課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，作為一名機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化大二的學(xué)生，我覺得能做這樣的課程設(shè)計(jì)是十分有意義。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義．我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)． 說實(shí)話，課程設(shè)計(jì)真的有點(diǎn)累．然而，當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計(jì)成果，漫漫回味這2周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消．雖然這是我剛學(xué)會(huì)走完的第一步，也是人生的一點(diǎn)小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中”春眠不知曉”的感悟． 通過課程設(shè)計(jì)，使我深深體會(huì)到，干任何事都必須耐心，細(xì)致．這次課程設(shè)計(jì)使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練．課程設(shè)計(jì)，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識(shí)是真正如此的缺乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)能力是如此的不足，過程是辛苦的，但結(jié)果是甜蜜的，我們的課程設(shè)計(jì)終于做好了。 通過這次課程設(shè)計(jì)，我懂的了：1、對課本知識(shí)掌握的還不牢靠，還要更深一層的理解；2、在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，要注意知識(shí)和實(shí)際的結(jié)合，切記學(xué)死知識(shí)，那樣就是學(xué)好了，將來也時(shí)無用；3、團(tuán)隊(duì)的精神，一個(gè)人的能力畢竟是有限的，只有團(tuán)結(jié)更多的人，才能做出更出色的成績來。