机械创新设计之切片机.docx

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机械创新设计之切片机

糕点切片机

课程名称：

机械创新设计

班级：

指导老师：

小组成员：

一，方案设计的构思

本组选用的是家庭用机械，糕点切片机。

考虑到以后的生活方式中，自动化是必然的趋势，故我们设计时重点着手于如何实现自动化的切片。

此机构最主要的运动是切糕点与送糕点，就是在切的时候糕点停止运动，刀具提升上来时糕点传送一个切片的厚度。

因此，我们组采用了曲柄滑块机构来实现刀具的上下运动，而糕点的传送则采用棘轮机构来实现。

二，机器的工作原理及动作过程

如机构示意图所示

电动机经减速机构减速后速度达到40r/min，图示曲柄摇杆机构曲柄与输出的齿轮相连，形成圆周运动。

摇杆上安装一顶杆，与棘轮相互作用，使摇杆摆动一次棘轮转动一个角度，从而带动带轮转动一个角度，故糕点可以前进一个切片的厚度。

减速机构的输出轮用皮带传动至刀具的曲柄位置。

安装刀具的曲柄滑块机构的曲柄安装在从动带轮上实现圆周运动。

而刀具安装在滑块上实现上下的来回切片运动。

三，机构的一些尺寸及数据分析

糕点规格：

长20-80mm

宽<300mm

高10-20mm

1，减速系统

本机构原动件为一高速电动机，其转速是1390r/min，因此需将其减速至40r/min，我们采用的是皮带轮加齿轮的减速方法，第一级皮带轮减为240r/min，第二级齿轮减速减为40r/min，两传动机构的设计分析如下：

（一）皮带轮的设计

由于皮带上的线速度相等有R1*V1=R2*V2有

1390*R1=240*R2则R1/R2=24/139

由此可见算出电机上皮带轮直径大小R1=60mm

另一端皮带轮半径大小R2=350mm传动比i=139/24。

（二）齿轮系的设计

经皮带减速器后的转速为240r/min，而我们所要的转速为40r/min。

因此还需要传动比为6/1，选用的齿轮为标准齿轮。

M=4mm；Z1=25，Z2=50，Z2’=25，Z3’=75

传动比i=6/1

（三）执行机构的设计

执行机构分为两个，第一个为曲柄滑块机构，第二个为棘轮机构：

1）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动时间，设计刀的行程为60mm，即曲柄长为30mm，刀的高度设为37mm。

考虑到卫生问题，刀不能缩到滑块轨道里去，所以设计滑块轨道长为65mm，又设计链接杆的长度为60mm。

这样曲柄滑块机构的高度比较高，所以采用皮带传动。

又切刀应刚好能切断糕点，综合曲柄滑块和棘轮机构尺寸，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刀片高度：

37mm，曲柄滑块机构和棘轮机构的轴心距为269mm

运用MATLAB对此曲柄滑块机构进行分析得出结果如下图：

2）棘轮机构

棘轮机构主要执行的糕点的进给运动，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，设棘轮每转动一定的角度糕点运动20mm，设棘轮共有24个齿，即每齿代表15度。

于是共有4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，设计一个曲柄摇杆机构推动棘轮的旋转。

于是棘轮的旋转角度就可以转化为摇杆的摆角。

设摆角的一般为a，曲柄长度为r，摇杆长度为R，有

Sina=r/R，

令R=135mm，有r1=16.3mm，r2=32.4mm，r4=62.8mm；

这样就确定了摇杆的四个长度，将摇杆设计为一个圆盘的槽，槽上按尺寸分布四个小孔，再放一个滑块到槽里面，滑块上连连杆，连杆连摇杆，滑块可用销钉固定于四个不同的位置，这就构成了曲柄摇杆机构，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于带动皮带轮旋转。

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：

曲柄四档:

16.332.447.862.8mm

连杆长265mm

机架长286mm

棘轮半径100mm

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动之间的协调，因此需要详细计算。

运用MATLAB对此曲柄摇杆机构进行分析得出结果如下图：

依据零件的尺寸，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秒的时间内切刀应完成切糕点的动作并离开糕点表面，即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的尺寸，计算的切刀在20mm以上的高度运动时间为1秒。

故满足设计要求。

四，心得体会

这次创新设计，由于准备的比较仓促，有许多的方是不完善的，但是按原理来说是绝对可以实现的，具体一些尺寸可能还需另加斟酌，但是不论怎样，这次创新设计都给了我们极大的收获，首先是创意的选取，不得不承认我们借助了互联网这个渠道来搜索信息，但是我们在原有的基础上也做出了改进，比如说我们的机器可以切四个不同厚度的切片。

另外，我们原来也学过一些制软件，如solidedge，cad，proe等，但是做装配起来仿真动画却还是头一次，而且那个皮带轮查了很多资料都没找到是如何画的，所以动画这部分也没有做好，只是把它的装配和外形做出来了，这部分的制图能力还需要加强学习，毕竟这是我们工作必备的技能，另一方面，这次的机械创新设计也让我们重新复习了机械原理与机械设计这两门课程，由于曲柄摇杆的摆角和曲柄滑块和行程都需要精密的配合和计算，故我们又重新研究了机械原理的连杆机构。

最后，虽然这次的设计并不那么的尽如人意，但经历本身就是一种财富，也让我们明白了创新并不是那么简单的事情，并不是天马行空的想象，而是需要系统的知识和专业的眼光。

所以这方面我们还有很多需要学习，今后的工作中都会受益匪浅。

参考文献

机械创新设计吕仲文主编

机械原理黄茂林主编

机械设计李良军主编