糕点切片机机械原理设计书.docx
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糕点切片机机械原理设计书
糕点切片机机械原理设计书
第一章设计任务
一、设计题目
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，以满足糕点不同切片厚度的需要。
、设计要求
1）糕点厚度：
10-20mm。
2）切片长度：
15-70mm。
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）生产阻力很小，要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。
（6）电机可选用功率0.55KW（或0.75KV）1390r/min。
第二章机械运动方案的设计及分析决策
一、各执行机构的可能方案
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：
采用直动导杆机构
图2-1-1直动导杆机构
如图2-1-1所示，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：
采用几何封闭凸轮机构
C
图2-1-2几何封闭凸轮机构
如图1-1-2所示，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。
此几何圭寸闭凸轮机构的缺点：
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：
采用偏置曲柄滑块机构
图2-1-3偏置曲柄滑块机构
如图1-1-3所示，可利用它实现切刀的往复运动。
此偏置曲柄滑块机构的优点：
机构具有偏心距，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。
此曲柄滑块机构的缺点：
具有连杆机构的共同的缺点，机械效率降低，这是连杆机构所不能避免的。
故采用此机构。
（2）实现糕点直线间歇移动的机构:
方案一：
采用棘轮机构
图2-2-1棘轮机构
如图2-2-1所示，该棘轮机构可实现直线间歇运动
此棘轮机构的优点：
棘轮机构的结构简单，制造方便，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。
运动角可在工作过程中、并可在较大围调整等特点而应用广泛。
此棘轮机构的缺点：
运动角的调节是有级的、传动精度较差，且棘爪在齿面亡滑行时引起噪音、冲击、齿尖易磨损而不宜用于高速。
并且由于知识能力所限，不能将该运用其中，故舍弃。
图2-2-2连杆步进输送机构
如图2-2-2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ABCD设计得当，此机构具有传递平稳，运动精确等优点。
此连杆机构的传输缺点：
连杆BDC勺运动轨迹是一个完全不规则的曲线，在设计连杆机构ABCD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：
采用摆动导杆机构
[I
A
图2-2-3摆动导杆机构
如图2-2-3所示，为摆动导杆机构，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B=180°（K-1）/（K+1）求出B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。
方案四：
采用槽轮机构
图2-2-4槽轮机构
此槽轮机构的优点：
槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位。
此槽轮机构的缺点：
因传动时存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合，我们所要设计的糕点切片机所要求转速不高，此缺点可以忽略。
故比较合理，选用此机构。
、最终执行机构与改进措施
（1）实现切刀往复运动机构
最初考虑采用直动导杆机构，由于该机构具有简单的构造和运动形式，所以成为了首选目标，但是该机构不能实现急回运动，达不到最优运动效果，所以转而考虑机构。
在凸轮机构中，选择了封闭凸轮机构，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,并且该机构对零件的磨损非常厉害，考虑到节能和个人能力的关系，舍弃的该方案。
总结了以上两种方案，得出了该机构需要具有急回运动，并要求拥有简单的构造，所以最终定位在了偏置曲柄滑块机构。
该机构构建简单，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。
所以实现切刀往复运动的机构选择了偏置曲柄滑块机构（图2-1-3）。
（2）实现糕点直线间歇移动机构能够实现直线间歇移动的机构非常之多，考虑到体积轻便，简单易用的角度，最终将方案定格在棘轮机构和槽轮机构之间。
对于给定距离的直线间歇运动，棘轮机构和槽轮机构都能很完美的实现。
但是在不改变机械构造的条件下改变间歇运动的距离，槽轮机构就很难实现，棘轮机构则反之。
但是考虑到最终的机构整合，棘轮机构会涉及到大量复杂计算，这些知识都是目前我所不具备的。
考虑到以上几点所以最终选择了槽轮机构。
第三章机构尺度综合
一、糕点切片机的运动系统原理简述
图3-1-1糕点切片机运动简图
（1）糕点成型后直接从生产线上被运送到皮带轮的进端
（2）拨盘在传动系统（齿轮系）的带动下以240d/s的角速度拨动槽轮,
槽轮又带动同轴的皮带轮，皮带也在摩擦力的作用下随着皮带轮一起转
动，同时糕点就可在皮带轮的带动下，被切刀切成等厚的薄片
（3）切成型后的糕点也随着皮带轮的运动被移出皮带轮。
传
送履
-H-k
带
二、糕点切片机各机构尺寸设计
（一）偏置曲柄滑块机构：
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20mn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35mm考虑到刀不能缩到滑块的轨道里去,所以设计滑块的长度为65mrp又设计连接杆的长度为80mm这样曲柄滑块机构的高度比较高，所以采用皮带传动。
并且该偏置曲柄滑块机构具有的偏心距要大于曲柄长度，故设计偏心距离为40mm
图3-1-1偏置曲柄滑块机构
（二）槽轮机构：
拨盘半径为25cm槽轮半径为18cm设计完成尺寸如下图所示
图3-2-1槽轮机构
（三）皮带传动及齿轮设计
本机构由电动机提供的初始转动速度为1390r/min，而最终切片的速度为
40次/分钟，所以要进行减速。
减速机构包括皮带轮及齿轮机构。
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：
（1）皮带轮传动设计：
图3-3-1皮带轮
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.
（2）齿轮系设计
图3-3-2减速齿轮系
经皮带减速后的转速为240r/min,而需要的转速40r/min。
因此还需要的传动比为6/1,选用的齿轮为标准齿轮。
表3-3-1直齿轮参数表
名称
齿数
模数
分度圆直径
齿轮z1
25
4mm
100mm
齿轮z2
50
4mm
200mm
齿轮z2'
25
4mm
100mm
齿轮z3
75
4mm
300mm
（3）刀具运动传动与糕点直线移动传动
图3-3-3皮带轮传动
这两个运动分别由皮带轮实现。
由于两侧传动圆半径相等，所以传动比i=1,即只起到传递等速运动的效果。
（四）运动循环表
表3-4-1运动循环
糕点
移动15mm
静止
槽轮
转动90°
静止
切刀
未切入糕点
切入糕点
齿轮
持续转动
参考文献
[1]桓，作模•机械原理•第七版•高等教育•
[2]穆塔里夫•机械原理课程设计指导书•新疆大学•
[3]罗恭添•机械原理课程设计指导书[M].:
高等教育，1986.
[4]方伟，怀安，团结•机械原理辅导[M].:
电子科技•大学，2001.
[5]阮宝湘•工业设计机械基础[M]•理工大学•
⑹孔庆华•机械设计基础[M].同济大学•
[7]邹慧君•机械系统设计[M]・科技大学•
设计小结
历时一周半的机械原理设计马上就要结束了，途中难免遇到坎坷，但最后都迎刃而解。
通过本次机械原理设计，我得出了以下感想并且获得了一些收获。
1.通过本次机械原理设计，更加加深了我对课本知识的理解，并且通过查阅资料，让我学习到了更多的知识。
2.使用计算机处理图像，文字将会成为设计材料的主要处理方式。
本次机械原理设计也使我更加熟料的使用计算机绘制图像，编写文本。
3.在学习知识的同时，要注意知识和实际的结合，切记不要安于书本，那样就是学好了，将来也时无用。
4.本次机械原理设计虽然只让我们进行了简单的机构设计，但本次设计将会成为日后设计的一次宝贵经验，也能让我们将本次学到的方法更加熟练的运动到下次设计当中去。
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