机械原理课程设计01

机械原理课程设计说明书题目糕点切片机课题设计专业机械设计制造及其自动化班级机械121设计者吕谨扬201208310205指导教师李映平2014年6月10日1——————————————————————————装订线———————————————————————————————————目录1.设计题目:糕点切片机1.1工作原理及工艺动作程……………….…….…..….21.2原始数据及设计要求………………….……...…….21.3设计任务…………………………….……….…..….22.设计方案选择与比较2.1刀具设计方案2.1.1方案一：凸轮机构………………………….…..….22.1.2方案二：直动导杆机构…………………….…..….32.1.3方案三：偏置曲柄滑块机构……………….…..….42.2糕点间歇移动设计方案2.2.1方案一：棘轮机构……………………….………...52.2.2方案二：不完全齿轮机构..……..…………………62.2.3方案三：槽轮机构……………………………...….63.所选设计方案的尺寸设计……………………….………74.所选方案的机构运动简图及原理说明………….………85.运动循环图…………………...………………………....96.三维视图……………………….……………….…….....97．机构的运动学分析…………………………….......….118.小组总结……………………………………….……....149.参考文献……………………………………….……....152——————————————————————————装订线———————————————————————————————————1.设计题目：蛋糕切片机1.1工作原理及工艺动作过程糕点切片机要求实现两个动作：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。通过改变直线间歇移动速度或每次间歇的输送距离，以满足糕点的不同切片厚度的需要。1.2原始数据机设计要求设计要求：糕点厚度：10~20mm；糕点切片长度（亦即切片的高）范围：5~80mm;切刀工作节拍：40次/min。其他参数可自选，要选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。1.3设计任务1）给出工作原理、原始数据及设计要求。2）根据工艺动作要求拟定运动循环图。3）进行各部分传动机构的选型。4）提出2~3种机械传动方案。（画出草图）5）进行方案评定和选择。6）对传动机构进行尺寸设计和计算。7）按比例画出机构运动简图。8）对典型机构进行运动和动力分析（可应用计算机辅助分析手段，例如机构仿真）。9）提交项目说明书一份。2.设计方案的拟订和比较2.1刀具设计方案3——————————————————————————装订线———————————————————————————————————2.1.1方案一：凸轮机构，如图（1）图（1）1.平底与凸轮之间易形成油膜，润滑状态稳定。不计摩擦时，凸轮给从动件的力始终垂直于从动件的平底，受力平稳，传动效率高，常用于高速。2.结构简单，运动可靠3.设计容易，但是制造麻烦，很难满足其往复运动速率与间隙运动相配合。2.1.2方案二：直动导杆机构，如图（2）图（2）4——————————————————————————装订线———————————————————————————————————1.运动副均为低副，低副的两运动副元素为面接触，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。2.当原动件的运动规律不变，可以改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。3.连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线，从而可以得到众多形式的连杆曲线，我们可以利用这些曲线来满足不同曲线的设计要求。4.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积，使机械效率降低。5.此机构虽有上下往复运动，但它并没有急回运动特性，不能实现切刀下切速度慢而收回速度快的内在要求，也不能很好的缩短空程的时间，影响效率。2.1.3方案三：偏置曲柄滑块机构，如图（3）图（3）1.其具有e=30mm的偏心距，具有急回运动特性。2.机构结构简单，可根据已经给定的尺寸要求设计出机构5——————————————————————————装订线———————————————————————————————————中各构件的长度。3.能够承受较大的载荷，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。4.具有连杆机构共同的缺点，机械效率低，这是连杆机构所不能避免的。综合以上机构的优缺点，我们决定：切刀的往复运动用偏置曲柄滑块机构来实现。2.2糕点间歇移动设计方案2.2.1方案一：棘轮机构，如图（4）图（4）1.很容易就可以实现间歇运动，还可以通过增加棘轮罩的方法实现换速功能，调速简单，可行性好。2.工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差，对糕点切片机来说，应该要减少噪音，提高劳动环境，并且糕点要是同一厚度才美观，棘轮运动精度差，是不适6——————————————————————————装订线———————————————————————————————————宜的。2.2.2方案二：不完全齿轮机构，如图（5）图（5）1.设计灵活，容易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动。2.加工复杂，退出和进入啮合时速度突变引起刚性冲击。2.2.3方案三：槽轮机构如图（6）图（6）7——————————————————————————装订线———————————————————————————————————1.槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，其机械效率高，传动比较平稳，可靠性好。2.因传动时存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合，我们所设计的糕点切片机中所要求的转速不高，此缺点可以忽略。最终我们决定：糕点的直线间歇移动用槽轮机构来实现3.所选设计方案的尺寸设计曲柄滑块的尺寸的确定首先分析刀具运动一周需多长时间，因工作节拍为40r/min，故刀具往返运动周期为1.5s。其次，为了实现刀具的急回运动，采用偏置曲柄滑块，综合考虑切糕机的大小，定偏心距为e=30mm。又因为设计的要求切片高度为5~80mm，我们确定了刀具的行程H=100mm。设计行程速比系数K=1.5，计算出极位夹角θ=360。由以上的数据（K、H、e），由作图法，见图（7）8——————————————————————————装订线———————————————————————————————————图（7）解得曲柄a=45mm连杆b=84.5mm最大压力角αmax=arcsin［（a+e）/b］=62.70由于此曲柄滑块机构受力不大，故αmax=62.70符合实际工作的需求。槽轮机构槽轮机构的尺寸参考了网上的有关数据，以及一些书籍。齿轮参数：m=1，α=20o，具体到每个齿轮的参数我没做好，机构的相对位置确定的不够好。4.所选方案的机构运动简图（图8）及原理说明图（8）图中画的是简图，有三个齿轮，半径一样，传动比是1。原理说明：图中1是凹槽，2是凸槽（1和2的大小一样）。起始时2带动棘轮运动，如果要改变糕点的厚度可以在1处安装一个与2大小一致圆柱销，这样就可以改变糕点的厚度。具体情况见运动循环图。9——————————————————————————装订线———————————————————————————————————5.运动循环图下图为糕点切片机主体机构的直线式工作循环图，以曲柄的转角为基准，起始是刀具位于最小位移极限处，曲柄转360o为一个工作循环。主动构件上的圆销（凸台）数为1个时：曲柄转角：130o347o41o130o进给量：πd/4=3.14×13÷4=10mm对于上图工作行程用时为0.9s，回程用时0.6s，传送带停止时间1.125s，进给时间0.375s。主动构件上的圆销数为2个时：曲柄转角：130o220o310o347o40o130o传送带每一次停止和进给时间都是0.375s。6.三维视图10——————————————————————————装订线———————————————————————————————————图（9）图（10）11——————————————————————————装订线———————————————————————————————————图（11）说明：要实现切片的厚度，在主视图中的凹槽部分加一个与凸台大小一样的圆销与凸台一起运动让槽轮在一个周期内进给两次！实现不同厚度的要求。7.机构的运动学分析刀具运动学分析如下：见图（12）12——————————————————————————装订线———————————————————————————————————图（12）（1）位置分析：机构的复数矢量方程为：1290121211coscos......sinsin=30......coscosarcsin(30sin)/iiiaebecesabsbbab①a②s=a（2）速度分析：将①对时间求导1122sin(sin)'abs将②对时间求导1122coscos0ab111221s'=-asincostan=arcsin30-asin)/ab（（(3)加速度分析：2212222221112222122221121122222212112''sin1cos-bsincoscossincossin0=0cossin(sinsin)/coscos=arcsin30-asin)/;(cos)/cossaabaabbaababbbbab（做出刀具的位移、速度、加速度如图（13）：图（13）13——————————————————————————装订线———————————————————————————————————上图是用计算机软件模拟出来的现在验证如下：其中a=45mmb=84.5mmω1=πn/30=4.19rad/s分别取θ1=0o、60o、120o、180o代入位移公式得：s(mm)=124.0、70、28.5、34.0代入速度公式得：s’(m/s)=-0.9、-0.30、-0.45、1.05代入加速度公式得：s’’(m/s2)=-1.30、0.35、0.82、0.25分别对应图中的点，发现数据大致是一样的（有一定的计算误差）。槽轮的运动学分析：图（14）槽轮机构中，每个圆销在对应的径向槽中相当于曲柄摆动导杆机构，因此可利用如图（14）所示机构分析槽轮的速度和加速度。图示为运动过程的任意瞬时，槽轮的转角ψ与拨盘的转角θ的关系为tan=rsin/(cos)arctan[rsin/(cos)]arar令/ra（其中a=50.92mm，r=45mm），则槽轮的角14——————————————————————————装订线———————————————————————————————————速度和角加速度分别为222222221/cos)/(12cos)/(1)sin/(12cos)ddtddt此部分由于技术缺乏没有做出位移、速度、加速度曲线。8．小组总结：几天的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中我们深深地体会到：要设计一个机构方案,想到运动及传动的方法只是整个设计的一小步，最重要的是计算机构的配合尺寸。其实，机构的大体形状以及它的传动机构的大体原理，很早就在我们脑里有了雏形(槽轮机构、偏置曲柄滑块机构)。本来以为很快会结束设计，但事与愿违。我感觉我们的时间全花在了计算与配合上。所以，如果以后还有设计机械的作业，一定要先把具体的尺寸和具体的各种配合关系计算精确,哪怕花再多的时间,至少不会漫无目的。设计中也出现问题，其中改变切片厚度的方法有些牵强