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1机械原理课程设计设计说明书《机械原理》糕点切片机起止日期：2009年月日至2009年月日学生姓名班级学号成绩指导教师（签字）机械工程学院（部）09年月日2课程设计任务书2008—2009学年第2学期机械工程学院（系、部）机械设计制造及其自动化专业071班级课程名称：机械原理设计题目：糕点切片机完成期限：自2009年06月08日至2009年06月14日共1周内容及任务一、设计的主要技术参数切刀工作节拍：40次／min。二、设计任务进行糕点切片机系统的运动方案和传动系统设计确定糕点切片机工作原理和运动形式，绘制工作循环图；设计几种运动方案并进行分析、比较和选择；对选定运动方案进行运动分析与综合，并绘制机构运动简图；进行机械动力性能分析与综合；三、设计工作量编写说明书一份及机构图一张。进度安排起止日期工作内容2009.6.7~2009.6.8设计方案分析，电动机选择，运动和动力参数设计2009.6.9~2009.6.9机构的选用，运动循环的分析2009.6.10~2009.6.12机械简图的绘制，机构的详细设计2009.6.14~2009.6.14编写设计说明书主要参考资料[1]、《机械原理》朱理主编，高等教育出版社[2]、《机械原理课程设计手册》邹慧君主编，高等教育出版社[3]、《机械原理》曹龙化主编.北京：高等教育出版社1986指导教师（签字）：2009年月日系（教研室）主任（签字）：年月日3目录一．设计任务·····················································································1二．机械系统运动方案设计的构思··························································2三.机构运动方案的选择和评定····························································3四.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图···········································4五．传动系统设计···············································································5六．执行系统设计···············································································6七．传动系统演示···············································································9八．三维视图···················································································10九．方案评价···················································································10十．参考资料···················································································10十一．创新设计心得··········································································104一设计任务（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40转/分。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：10~20mm。2)糕点切片长度（亦即切片高）范围：5~80mm。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/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）、1390r/min。5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。方案二：6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。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。三：机构运动方案的选择和评定方案一：动副均为低副，两运动副元素为面连接，压强较小，可承受较大的载荷，且几何形状简单，便于加工。而且连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线，气形状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，可以这些曲线来满足不同曲线的设计要求。此机构虽有上下往复运动，但她并没有机会运动特性。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。7方案二：只要适当的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，可承重较大，运动平稳。但是凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损。切没有急回特性，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。方案三：此机构急回特性。结构简单。具有连杆机构的共同优点，可承受较大的载荷，运动副元素的几何形状简单。改变个机构件的相对长度来使从动件得到预期的运动规律。此机构具有连杆机构的共同缺点，机械效率降低，这是连杆机构所不能避免的。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.四、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40次的工作节拍。所以连接曲柄的齿轮的转速为40次/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5mm8至80mm（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80mm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5mm至80mm（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）：五：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1390r/min,但我们所需要的转速是40r/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40r/min。两传动机构设计分析如下:(一)皮带传达设计：9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*v1=r2*v2，1390*r1=240*r2；r1/r2=24/139.由此可见算出电机上皮带轮直径大小r1=36mm；另一端皮带轮半径大小r2=220mm。传动比i=139/24.(二)齿轮系的设计:经皮带减速后的转速为240r/min,而我们所要的转速40r/min。因此还需要的传动比为6/1,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z3754mm300mm传动比i=6/1。六：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:10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20mm,所以切刀在20mm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60mm,即曲柄长30mm；刀的高度设为37mm。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65mm；又设计连接杆的长度为60mm。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269mm。所以曲柄滑块机构的尺寸为:曲柄长30mm;连接杆长60mm;滑块长65mm;刀片高37mm;皮带长1.63m曲柄滑块机构和棘轮机构轴心距为269mm。(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度。为了更好的控制和改变这个长度,设棘轮每转动一定角度,糕点运动20mm,设棘轮共有24个齿,既每齿代表15度。于是一共有四档,即20,40,60,80mm,也就是说棘轮转动15,30,45,60度。对于棘轮的转动,设计一个11曲柄摇杆机构推动棘轮旋转。于是棘轮的旋转角度就可以转化为摇杆的摆角。即15,30,45,60度。在棘轮外加装一个棘轮罩，用以遮盖摇杆摆角范围内棘轮上的一部分齿。这样，当摇杆顺时针摇动时，棘爪先在罩上滑动，然后才嵌入棘轮的齿槽中推动其转动。被罩遮住的齿越多，则棘轮每次转动的角度就越小。棘轮罩设置四个转角分别为15，30，45，60度。设有槽的圆盘直径为150mm,棘轮半径为100mm,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。由运动距离可以得出皮带轮的直径为153mm,这样棘轮机构就设计完了。其尺寸为:曲柄摇杆机构:曲柄长50mm;连杆长210mm;摇杆长200mm;棘轮半径86mm;棘轮齿数24个;皮带轮直径153mm;皮带长1.5m.整个机器的关键就在于切刀运动与糕点传送运动之间的协调,因此需要详细计算．依据零件尺寸，作图计算得出：推动棘轮的曲柄摇杆机构的行程速比系数为：k=1；又工作周期为1.5秒，则摇杆推程时间为：0.75秒，回程时间为：0.75秒．因此，切刀在0.75秒的时间内不能接触糕点（最大厚度为20mm）,而在0.75秒的时间里切刀应完成切糕点的动作并离开糕点表面．即切刀在糕点外运动的时间应大于0.75秒．据此验证切刀的曲柄滑块机构的尺寸．计算得切刀在20