糕点切片机课程设计说明书

中北大学课程设计说明书学生姓名：何小晶学号：03学院：机电工程学院专业：飞行器制造题目：糕点切片机指导教师：梅瑛董亚峰职称:教授讲师2014年1月1日中北大学课程设计任务书2013/2014学年第1学期学院：机电工程学院专业：飞行器制造学生姓名：何小晶学号：03课程设计题目：糕点切片机起迄日期：11月28日～1月6日课程设计地点：教室指导教师：梅瑛董亚峰系主任：暴建刚下达任务书日期:2013年11月28日课程设计任务书1．设计目的：设计糕点切片机的机械系统运动方案。2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1、设计要求要求•根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；•进行切片机的糕点直线间歇移动机构和切刀往复运动机构的选型，实现动作要求；•机械运动方案的评定和选择；•根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案；•画出机械运动方案简图（机械运动示意图）；•对机械传动系统和执行机构进行尺度设计。2、原始数据糕点厚:hmm切片工作节拍:n次/min电动机公共数据糕点切片长度（亦即切片的高）范围:Lmm。10280.55kW/0.75kW203．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：1、在一号图纸上绘制机械运动方案简图，要求是轴侧图；2、在二号图纸上绘制主机构图；3、编写课程设计说明书一份。课程设计任务书4．主要参考文献：1、李瑞琴主编.机械原理.北京：国防工业出版社，20082、邹慧君.机械原理课程设计手册.北京：高等教育出版社，19985．设计成果形式及要求：提交：一号图纸与二号图纸各一张；机械原理课程设计说明书一份。6．工作计划及进度：2013年12月21日～12月22日查资料对机构进行选型12月23日～12月23日拟定机械传动方案12月24日～12月27日机械运动方案简图及主机构图的绘制12月28日～12月30日编写课程设计说明书2014年1月1日～1月4日答辩或成绩考核系主任审查意见：签字：年月日《机械原理》课程设计任务书一、设计题目：糕点切片机糕点先成型（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执行动作：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隔的输送距离，以满足糕点不同厚度的要求。二、设计任务及要求1.要求设计该切片机的糕点直线间歇移动机构和切刀往复运动机构。一般应包括凸轮机构、平面连杆机构以及齿轮机构等常用机构。提出3种能实现该机器运动形式要求的机械运动方案，并在说明书中绘制其示意图。比较其优缺点，最终选出一个认为最合适的方案进行机构综合设计。2.设计传动系统并确定其传动比分配。3.在图纸上画出机器的机构运动方案简图（按比例）和运动循环图。4.在图纸上画凸轮机构设计图（包括位移曲线、凸轮廓线和从动件的初始位置）；要求确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径，确定凸轮廓线。5.设计计算其中一对齿轮机构（包括中心距、分度圆直径、齿根圆直径、基圆直径及重合度的计算等）。6.所要求绘制的图形均用A3号图纸绘制，并符合制图规范。7.编写设计计算说明书一份。三、设计条件表1原始数据方案号糕点尺寸要求切刀切片时最大作用距离(亦即切片的宽度方向)mm切刀工作节拍次/min电动机转速r/min厚度mm切片长度mmA10~205~8300401440B960C10~156~8300301450一、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28r/min。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：10mm。2)糕点切片长度（亦即切片高）范围：20mm。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：28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）、1450r/min。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。二、机械系统运动方案设计的构思以及选择和评定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、实现糕点直线间歇移动的机构•方案一如右图所示，为牛头刨床，是可实现直线间歇移动的机构。此摆动导杆机构的优点：•此机构具有急回运动特性，可以根据所需的行程速比系数K来设计，先利用式θ=180°（K-1）/（K+1）求出θ角，然后再设计各杆的尺寸。•此机构也是连杆机构，具有连杆机构的共同优点。此摆动导杆机构的缺点：•此机构没有间歇特性，只有急会特性，不能够很好的完成直线间歇移动。故舍弃。•方案二如左图所示，为一连杆步进输送机构，也可实现直线间歇移动机构。此连杆机构的传输优点：•就其理想的运动特性来说，此机构能完全实现直线间歇移动。•如果连杆ABCDE设计得当，此机构具有传递平稳，运动精确等优点。而该机构的缺点有：连杆BDC的运动轨迹是一个完全不规则的曲线，在设计连杆机构ABCDE时，要想使连杆和挂钩接触的部分的运动曲线近似为直线，机构中的每个连杆的长度和定位都很难。确定连杆的运动的方法有图解法，解析法和实验法。解析法没有学过，也没接触过，超出我们的能力范围。实验法又不够精确，不能够使其间歇直线运动和切刀的往复运动很好的配合起来。所学过的图解法的知识也不能够得出最终尺寸和方位。故舍弃。•方案三该棘轮机构的优点有：•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。2、实现切刀往复运动的机构方案一：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。此连杆机构的优点：•运动副均为低副，底副的两运动副元素为面接触，压强较小，可承受较大的载荷，并且有利于润滑，运动副元素的几何形状较简单，便于加工制造。•当原动件的运动规律不变，可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。•连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线，其形状还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，我们可以利用这些曲线来满足不同曲线的设计要求。此连杆机构的缺点：•连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，传递路线较长，易产生较大的误差累计，使机械效率降低。•此机构虽有上下往复运动，但它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。故放弃。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。此几何封闭凸轮机构的优点：•只要适当地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。•机构可承重较大，运动平稳。此机构的缺点：•凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损。•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。不能够很好的缩短空程的时间，影响效率。故舍弃。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。此曲柄滑块机构的优点：•机构具有e=40mm的偏心距，具有急回运动特性。•机构结构简单，可根据已经给定的尺寸要求设计出机构中各连杆的长度。•此机构为连杆机构，具有连杆机构的共同优点。可承受较大的载荷，并且有利于润滑，运动副元素的几何形状较简单，便于加工制造。改变各构件的相对长度来使从动件得到预期的运动规律。方案设计的创新改进措施:1.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.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.槽轮机构三、根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图刀具往复运动切刀每分钟得完成切割28次的工作节拍。所以连接曲柄的齿轮的转速为28r/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10mm（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15mm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10mm（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）：位移线图四、传动（减速）系统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1450r/min,但我们所需要的转速是28r/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28r/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*n1=r2*n2，1450*r1=224*r2；r1/r2=112/725由此可见算出电机上皮带轮直径大小r1=56mm；另一端皮带轮半径大小r2=312.5mm。传动比i=725/112.(二)齿轮系的设计:经皮带减速后的转速为224r/min,而我们所要的转速28r/min。因此还需要的传动比为8/1,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z2'254mm100mm齿轮z31004mm400mm传动比i=(Z2*Z3)/(Z1*Z2’)=8/1。五、执行系统机构设计执行机构分两个,第一个为曲柄滑块机构,第二个为棘轮机构,现分别介绍如下:曲柄滑块机构棘轮机构转角的调节（带切刀）(一)曲柄滑块机构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10mm,所以切刀在10mm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50mm,即曲柄长25mm；刀的高度设为32mm。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60mm；又设计连接杆的长度为55mm。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400m。所以曲柄滑块机构的尺寸为:曲柄长25mm;连接杆长60m;刀片高32mm;皮带长1.63m曲柄滑块机构和棘轮机构轴心距为400mm。(二)棘轮机构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