机械原理课程设计切菜机.docx
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机械原理课程设计切菜机
本科生课程设计任务书
2007—2008学年夏季学期
工学院模具与塑性成形专业
姓名学号
课程设计名称：
机械原理课程设计
设计题目：
多功能切菜机切刀传动系统
完成期限：
自2008年6月30日至2008年7月10日共1.5周
小组其他成员：
一、设计参数
设切刀工作阻力P=100N
切片厚度约4mm，切丝厚度约3mm
旋转式切刀转速300r/min或采用直动式切刀，工作频率300次/分
行程速比系数K=1.05
机器运转速度不均匀系数许用值[δ]=0.05
主传动机构许用压力角[α主]=40，辅助传动机构许用压力角[α辅]=70
生产能力300—2000kg/h
电动机转速n=1400r/m
电动机功率储备系数η=1.5
二、设计任务
1、绘制整机工作的运动循环图
2、设计减速系统
①设计减速传动系统。
电机转速n=1400r/min,要减到工作频率（切刀转速），确定传动方案，及各级减速传动比的大小，绘制传动简图。
说明过载保护装置。
②设计齿轮传动。
若采用了齿轮传动，按等强度或等寿命条件设计齿轮传动，绘制齿轮啮合图。
编写程序计算基本几何尺寸，验算重合度，小齿轮顶厚度，不根切条件及过渡曲线不干涉条件。
3、设计执行机构（切刀传动系统）
①设计运动方案，绘制机构示意图。
②设计机构尺寸，绘制机构运动简图。
③机构运动分析，打印结果数表，绘制输出构件的位移、速度、加速度图。
④机构受力分析，打印结果数表，绘制等效驱动力矩、阻力矩图。
⑤设计飞轮转动惯量，确定电动机功率。
⑥诺要改变切片厚度或生产效率，应如何调节切刀速度和输送带、夹持带速度？
请提出你的设想。
试就变化的参数对机构进行运动分析和受力分析，输出必要的图表，得出对比结论。
三、要求
1、设计报告正文中必须包含
必要的图示说明、解析式推导过程
编制程序的流程框图
解析式与程序中的符号对照表
源程序清单
打印结果（含量纲的数表、图形）
2、设计报告格式要求
word文档打印设计报告（用语规范，标点符号正确，无错别字）
C语言程序（或其它）进行运动分析与受力分析
excel（或其它）打印数表与曲线
cad、flash/PPT（或其它）
绘制机构运动简图
Inventor（或其它）表现三维效果——选做
3、课程设计报告装订顺序
统一格式封皮
统一格式任务书
统一格式目录
统一格式正文
设计总结（心得体会、建议等——言简意赅）
统一格式参考文献
四、参考文献
参阅《机械原理辅助教材》中所列参考文献
五、设计进度建议
第1周：
周一：
讲课，布置设计题目，课程设计实习
周五~周日：
查阅资料，绘制运动循环图，拟定运动方案，绘制机构运动简图
机构设计和分析，推导解析式，编制程序
第2周：
周一~周三：
编制程序，上机调试，设计报告定稿
周四：
交设计报告，答辩
指导教师（签字）：
系主任（签字）：
批准日期：
2008年6月30日
课程设计目录内容
一、机器简介
1-1设计题目
1-2设计条件
1-3设计任务和要求
二、绘制整机工作的运动循环图
绘制机器所有动作的运动循环图
三、设计减速系统
3-1计算减速比
3-2传动方案论证
构思2-3种方案，绘制传动简图
3-3分配各级减速比
分配各级减速比
说明过载保护装置
3-4设计齿轮传动
对其中的齿轮机构，编程计算主要几何尺寸，校核啮合性能
四、设计执行机构
4-1运动方案论证
至少构思3个运动方案，绘制机构示意图；
选定运动方案，设计机构运动尺寸，绘制机构运动简图；
4-2机构运动分析
计算输出构件的位移、速度、加速度
绘制输出构件的位移、速度、加速度图
运动分析后对运动方案的修正与说明
4-3机构受力分析——主传动机构有此项内容
计算等效驱动力矩、等效阻力矩
绘制等效驱动力矩、等效阻力矩图
设计飞轮转动惯量，确定电动机功率
受力分析后对运动方案的修正与说明
设计总结
参考文献
一、多功能蔬菜切丝机简介
多功能蔬菜切丝机广泛用于各种软硬根茎叶类蔬菜的加工，可切制片、丝、块、丁、菱形曲线等各种花样。
如图所示，电动机经过减速系统减速后，传动系统1切刀将物料切片，2驱动竖刀手上下运动将物料切丝，3驱动输送带带动待切物料间歇运动，4驱动夹持带运动以便切菜时夹持夹紧物料，5驱动圆毛刷完成清带工作。
要求机器运行平稳，切菜均匀切菜大小及生产率可调，取决与输送带速度及切刀速度。
1-1设计题目：
多功能蔬菜切丝机（切刀传动系统）
1-2设计条件：
通过课程设计实习，请全面分析实验室现有设备：
机器动力源、工作原理、主要技术参数（如生产率、电机型号、电机转速、电机功率、适应参数范围等）；包含哪些执行机构，执行机构自由度是多少；从电机到执行构件的传动比是多少，传动方案是什么等。
请指出实验室设备的缺陷，且不必拘泥于“机械、机构”的研究范畴，尝试从功能角度出提出改进创意。
设计参数：
设切刀工作阻力P=100N
切片厚度约4mm，切丝厚度约3mm
旋转式切刀转速300r/min或采用直动式切刀，工作频率300次/分
行程速比系数K=1.05
机器运转速度不均匀系数许用值[δ]=0.05
主传动机构许用压力角[α]=40，辅助传动机构许用压力角[α]=70
生产能力300—2000kg/h
电动机转速n=1400r/m
电动机功率储备系数η=1.5
1-3设计任务：
1、绘制整机工作的运动循环图
2、设计减速系统
①设计减速传动系统。
电机转速n=1400r/min,要减到工作频率（切刀转速），确定传动方案，及各级减速传动比的大小，绘制传动简图。
说明过载保护装置。
②设计齿轮传动。
若采用了齿轮传动，按等强度或等寿命条件设计齿轮传动，绘制齿轮啮合图。
编写程序计算基本几何尺寸，验算重合度，小齿轮顶厚度，不根切条件及过渡曲线不干涉条件。
3、设计执行机构（竖刀传动系统）
①设计运动方案，绘制机构示意图。
②设计机构尺寸，绘制机构运动简图。
③机构运动分析，打印结果数表，绘制输出构件的位移、速度、加速度图。
④机构受力分析，打印结果数表，绘制等效驱动力矩、阻力矩图。
⑤设计飞轮转动惯量，确定电动机功率。
二、绘制整机工作的运动循环图
SS
0º360º0º150º360º
切刀竖刀
SS
0º150º360º0º150º360º角度
输送夹持
S
0º150º360º角度
清带
三．减速系统设计
3-1计算传动比
主电机转速1400r/min,旋转式切刀转速300r/min
i=1400／300=14/3;
四．3-2传动方案论证
方案一：
单级圆柱齿轮传动。
第一级为皮带轮传动，第二级采用圆柱齿轮传动。
齿轮可为直齿，斜齿和人字齿。
箱体常用铸铁铸造。
支承多采用滚动轴承，只有重型减速器才采用滑动轴承，其传动比范围一般直齿≦4、斜齿≦6最大值为10。
传动简图：
方案二：
链条减速传动系统
利用链条之间的减速传动，要求传输速度较小，不适合较高速的传动，以免使链条承受不了大的动力而断裂。
链条传动无弹性滑动和打滑现象，因此具有准确的平均传动比，中心巨变化广，相对承载能力高，相对传动效率高，结构紧凑的优点。
但在振动冲击载荷下寿命较短，运转时也不能保持恒定的瞬时传动比，磨损后易于发生“跳槽”现象，工作时有噪音。
方案三：
两级展开式圆柱齿轮减速器。
展开式两级圆柱齿轮减速器是两级减速器中最简单、应用最广泛的一种。
结构简单、单齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度。
高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分的抵消，以减缓载荷沿轮齿宽度分布不均匀的现象，用于载荷比较平稳的场合。
高速级一般做成斜齿，低速级可做成直齿。
传动比范围8-40、最大值60，一般用在中心距总和a≤1700mm的情况下。
传动简图：
结论
综上所述，因机器对主轴转速精度要求不高。
故可选用方案一，第一级用皮带传动，第二级用齿轮传动。
皮带传动有良好的挠性和弹性；能吸震和缓冲，传动平稳噪声小；有过载保护功能，当过载时轮缘打滑，防止其它的机件损坏；且成本较低。
齿轮传动精确、传动效率高,且减速比不是很大14/3考虑减速装置的重量和体积则第二级减速采用单级圆柱齿轮减速比较适宜。
3-3分配各级减速比
取皮带轮的传动比i=2则齿轮的传动比i=7/3，满足带轮传动比小于齿轮传动比的要求。
其中皮带轮传动是过载保护装置。
3-4设计齿轮传动
皮带传动部分:
i1=2
齿轮传动部分:
齿轮传动比i2=n1/n2=z2/z1=7/3
采用变位齿轮传动取z1=15，则z2=35；
两齿轮的模数m=5mm、ha﹡=1、c﹡=0.25
渐开线标准齿轮不根切的最小齿数Zmin=17（ha﹡=1、α=20°）
采用变位齿轮则变位齿轮不根切的最小变位系数
x=ha﹡*（zmin-z）/zmin，
x1min=1*（17-15）/17=0.1176,
x2min=1*（17-35）/17=-1.0588，
则取x1=0.2,x2=-0.2,
所以x1+x2=0,则a′=a″,y=x1+x2=0,
Δy=（x1+x2）-y=0,两齿轮的啮合角α=20°；
啮合如图所示：
齿轮1的分度圆半径r1=mz1/2
;
齿轮2的分度圆半径r2=
mz2/2;
齿轮1基圆半径rb1=mz1/2*cos
α;
齿轮2基圆半径rb2=mz2/2*cos
α;
齿轮1的齿顶圆半径ra1=
mz1/2+ha﹡m+c﹡m;
齿轮2的齿顶圆半径ra2=mz2/2
+ha﹡m+c﹡m;
齿轮1的齿根圆半径rf1=
mz1/2-ha﹡m-c﹡m+x1m;
齿轮2的齿根圆半径rf2=
mz2/2-ha﹡m-c﹡m+x2m;
齿轮1分度圆齿厚s1=πm/2
+2mx1tanα;
齿轮2分度圆齿厚s2=πm/2+2mx2tanα;
齿轮1齿槽宽e1=πm/2-2mx1tanα;
齿轮2齿槽宽e2=πm/2-2mx2tanα;
齿轮1齿顶圆压力角α1=arcos（
）;
齿轮2齿顶圆压力角α2=arcos（
）;
两齿轮重合度εα=1/2π[z1（tanα1-tanα）+z2（tanα2-tanα）];
源程序和结果
#include"math.h"
#definePI3.1415926
main（）
{
intz1,z2,m,ha,n=0;
doublea,c,r1,r2,rb1,rb2,ra1,ra2,rf1,rf2,x1,x2,s1,s2,e1,e2,a1,a2,p;
while（n==0）
{scanf（"z1=%d,z2=%d,m=%d,ha=%d,a=%lf,c=%lf,x1=%lf,x2=%lf",&z1,&z2,&m,&ha,&a,&c,&x1,&x2）;
r1=1.0/2*m*z1;/*齿轮1的分度圆半径*/
r2=1.0/2*m*z2;/*齿轮2的分度圆半径*/
rb1=1.0/2*m*z1*cos（a）;/*齿轮1基圆半径*/
rb2=1.0/2*m*z2*cos（a）;/*齿轮2基圆半径*/
ra1=1.0/2*m*z1+ha*m+c*m;/*齿轮1的齿顶圆半径*/
ra2=1.0/2*m*z2+ha*m+c*m;/*齿轮2的齿顶圆半径*/
rf1=1.0/2*m*z1-ha*m-c*m+x1*m;/*齿轮1的齿根圆半径*/
rf2=1.0/2*m*z2-ha*m-c*m+x2*m;/*齿轮2的齿根圆半径*/
s1=1.0/2*PI*m+2*x1*m*tan（a）;/*齿轮1分度圆齿厚*/
s2=1.0/2*PI*m+2*x2*m*tan（a）;/*齿轮2分度圆齿厚*/
e1=1.0/2*PI*m-2*x1*m*tan（a）;/*齿轮1齿槽宽*/
e2=1.0/2*PI*m-2*x2*m*tan（a）;/*齿轮2齿槽宽*/
a1=acos（z1*cos（a）/（z1+2*ha））;/*齿轮1齿顶圆压力角*/
a2=acos（z2*cos（a）/（z2+2*ha））;/*齿轮2齿顶圆压力角*/
p=1.0/（2*PI）*（z1*（tan（a1）-tan（a））+z2*（（tan（a2）-tan（a））））;
/*两齿轮重合度*/
if（p>1.0）n=1;
elsen=0;
}/*对p进行校核*/
if（n==1）
printf（"r1=%lf,r2=%lf\n,rb1=%lf,rb2=%lf\n",r1,r2,rb1,rb2）;
printf（"ra1=%lf,ra2=%lf\n,rf1=%lf,rf2=%lf\n",ra1,ra2,rf1,rf2）;
printf（"s1=%lf,s2=%lf\n,e1=%lf,e2=%lf\n,p=%lf\n",s1,s2,e1,e2,p）;
}
z1=15,z2=35,m=5,ha=1,a=0.34906585,c=0.25,
x1=0.2,x2=-0.2
r1=37.500000mm,r2=87.500000mm,
rb1=35.238473mm,rb2=82.223104mm
ra1=43.750000mm,ra2=93.750000mm,
rf1=32.250000mm,rf2=80.250000mm
s1=8.581922mm,s2=7.126041mm,
e1=7.126041mm,e2=8.581922mm,
p=1.584031
四、设计执行机构——切刀传动系统
4-1运动方案设计
方案一：
物料放置在料斗中，切刀放置在料斗口下方，由曲柄滑块机构驱动下来回运动。
切刀固定在滑槽中，切好的物料由皮带送往下一道工序。
通过控制物料下降速度和切刀速度来调整片的大小。
缺点是加工不精确，刀承受冲击载荷不均匀，影响到刀的寿命。
方案二
物料放入滚筒内，内部的导块将物料带动起来，经过刀口时，由于物料被导块与刀挤压，被切成片状从缺口处送出。
片的薄厚可以通过调节开口大小来控制。
但是一次加工的量不会太大，如果要求片层较薄，开口较小，可能引起阻塞。
方案三：
物料放入料斗，从料斗口落到输送带上，输送带上方的盘形滚刀将物料切成片状。
调整输送带和滚刀之间的相对速度可改变片的薄厚。
缺点是刀受到各个方向的力，容易引起刀的崩断，危险性较大。
结论：
使用方案二更加合理。
应为它占用的整体体积最小。
工作部分在其内部，也比较安全。
另外由于是匀速运动，运动分析与受力分析都比较简单。
将滚筒半径设定为15cm。
4-2、机构运动分析：
机构运动尺寸如下：
滚筒做匀速运动，无加速度。
4-3、机构受力分析：
设切刀阻力为p=100N，近似为一个恒定值。
图示应该为一条直线。
确定电动机功率P
P=η*Md*ω小轮
=1.5*3214.287*146.60766
=706858.6435（N.mm）
=706.9（w）
则选取Y90S-4型号的电动机
（功率1.1KW,转速1400r/min）
升级会员 