机械原理课程设计糕点切片机Word文件下载.docx

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1.2切刀摆动机构的运动尺寸综合要求9

1.3传送带尺寸综合要求9

2.方案的各部件尺寸9

五、设计方法及其原理的简要说明11

1设计方法11

1.1各机构运动分析11

1.2机构选取原则11

2.工作原理12

六、数学模型12

1．切刀的运动分析12

2．槽轮的运动分析14

七、Matlab主要程序14

八、主要曲线图16

九、切片机机构立体图一览17

十、课程设计的收获和体会18

十一、参考文献19

一、设计题目

1．设计条件：

设计一糕点切片机械，要求完成工艺动作：

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，可通过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。

2．设计要求：

（1）糕点的厚度：

10~20mm；

（2）糕点切片长度（亦切片的高度）范围：

5~80mm；

（3）切刀切片最大作用距离:

300mm

（4）切刀工作节拍：

40次/min；

（5）电动机参考规格：

0.8kW,730r/min。

（6）生产阻力很小。

设计要求机构简单、轻便、运动灵活可靠。

二、设计方案的拟定和比较

1.为实现上述工作要求，可有如下设计方案：

1.1方案一（如图1）：

图1

此设计方案主要由摆动导杆机构和不完全齿轮的间歇运动机构组成，其优点与缺点分析：

优点：

⑴凸轮机构具有急回运动特性；

⑵摆动导杆凸轮机构也是连杆机构，具有连杆机构的共同优点；

⑶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；

⑷不完全齿轮能够实现糕点的间歇运动。

缺点：

⑴运动副中存在高副接触，摩擦较大易磨损；

⑵存在连杆机构的共同缺点，机械效率低；

⑶不完全齿轮在啮合时有较大冲击，易损坏；

⑷机构整体尺寸较大，结构不紧凑，调试性差；

⑸弹簧的寿命短。

1.2方案二（如图2）：

图2

此设计方案主要由曲柄滑块运动机构和槽轮间歇运动机构组成，其优点与缺点分析如下：

⑴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；

⑵采用转动盘推杆滑块机构可以完成切刀的往复运动。

同时，该机构具有急回特性，能够完成快速进刀和退刀。

缺点：

⑴由于切刀在水平方向上作往复运动，在切入蛋糕是对糕点产生推挤力，使糕点偏离轨道；

⑵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。

1.3方案三（如图3）：

图3

此设计方案主要由曲柄摆杆运动机构和槽轮间歇运动机构组成，其优点与缺点分析如下：

⑴斜齿轮啮合性能好，传动平稳噪音小，重合度大，结构紧凑；

⑵曲柄摆杆具有一定的急回特性，此并且由于无论糕点的高低，其放置位置总与刀切入时刀刃所在直线存在一定夹角，存在应力集中现象，便于切片过程的实现；

⑶此机构采用多个齿轮连接，传动稳定，传动比可靠。

槽轮机构传动时存在柔性冲击，常用于速度不太高的场合。

由于我们设计的糕点切片机中所要求的转速并不高，此缺点可以忽略。

2.设计方案的拟定

通过上述三种方案的对比，可以从中选择出一个既能很好满足工作要求，又具有较好性能的机构方案，严格按照题目的设计要求，进行机构的运动分析和力学分析，研究运动和受力的变化规律，最终选定“方案三”为最优方案。

三、机械系统的运动循环图

方案三的机械系统循环图（图4）为：

图4

机械系统循环说明：

曲柄带动切刀往复运动，并绕固定端转动42°

角，循环往复地在传送带停歇区间内做切削动作，完成糕点的批量加工。

四、运动方案布置图及机构运动简图（如图5）

图5

1．各机构运动尺寸综合要求：

1.1齿轮传动机构的运动尺寸综合要求如下：

⑴确定总体传动比。

电动机的输出转速r=1440r/min，切刀的频率为40次/min，因此总的传动比i=1440/40=35。

⑵确定各齿轮及锥齿轮的相关参数。

因为传动比i=35，传动比较大，因而需要多级减速来达到使用要求，且齿轮之间传动比I’﹤10，合理分配传动比，使锥齿轮4的转速为40r/min。

1.2切刀摆动机构的运动尺寸综合要求如下：

⑴切刀的长度要保证足够切开糕点，即l≧80mm。

⑵曲柄长度，要保证切刀工作的极限位置水平。

1.3传送带尺寸综合要求：

⑴其宽度要保证糕点能足够承载，即宽度要大于等于糕点宽度；

⑵传送带的长度，满足工作流程要求，也要同时协调整体尺寸，防止失稳。

2.综合以上各尺寸要求,该机构中各构件尺寸如表1：

表1.所选方案的各部件尺寸

序号

名称

规格（部分重要尺寸）

备注

1

电动机

转速1440r/min

2

皮带

仅供传动

3

齿轮1

m=2,z=12,α=20°

4

齿轮2

m=2,z=24,α=20°

5

齿轮3

6

齿轮4

7

锥齿轮1

m1=2,z1=17,δ1=18.5°

δ1+δ2=90°

8

锥齿轮2

m2=2,z2=17,δ2=71.5°

9

锥齿轮3

m3=2,z3=17,δ3=18.5°

δ3+δ4=90°

10

锥齿轮4

m4=2,z4=17,δ4=71.5°

11

滑块

固结于锥齿轮4

12

切刀

长l≧80mm

13

齿轮5

m=2,z=9,α=20°

14

齿轮6

m=2,z=27,α=20

15

齿轮7

m=2,z=9,α=20

16

齿轮8

17

齿轮9

m=2,z=20,α=20

18

齿轮10

19

传送带

宽w=80mm

20

皮带轮

轴向长l=80mm

直径可变换

21

槽轮机构

τ=0.5,k=1

总体尺寸

h=340mm

长l=615mm

宽w=100mm

五、设计方法及其原理的简要说明

1设计方法：

1.1据设计要求，本机械设计所需机构的运动分析如下：

1.1.1降速机构：

从电机输出的较高的转速（1440r/min），必须经过一系列降速机构,才能达到刀的转速要求（40次/min）。

备选机构：

齿轮机构、皮带—齿轮机构。

1.1.2切刀往复运动机构：

切刀往复运动对糕点进行切片运动，要求切刀运动有急回特性，且能以一定角度切下，保证糕点切片质量。

曲柄摆杆机、凸轮机构、摆杆导杆-齿轮机构等等。

1.1.3糕点的间歇进给运动机构：

带动传送带进行间歇送料，要求平稳、耐用。

星轮、槽轮、不完全齿轮等。

1.2机构选取原则：

⑴结构简单，整体尺寸适中，运动灵活、效率高；

⑵避免高副接触，减少磨损，提高能量利用率；

⑶切糕动作迅速（最好有急回特性），保证切后蛋糕形状尺寸满足要求；

⑷动力传动稳定可靠，以保证间歇进料和切糕动作的协调配合。

2.工作原理简述：

本机构由电机提供动力，经过直齿轮三级减速分别为切刀和传送带提供动力，锥齿轮减速并改变切刀的方向使其与传送带的运动垂直。

切刀运动为曲柄摆杆机构，切刀由锥齿轮带动不断往复运动，对糕点进行加工；

同时，经齿轮减速和槽轮控制皮带的间歇运动，使其在切刀加工的同时停止传动，在切刀空转的同时能进给规定的距离。

六、数学模型

1．用图解法作切刀机构的运动分析，如图6

图6

由于已知原动件1的角速度ω1=40r/min,长度ιAB=36mm,由且有理论力学的知识可知:

νB3=νB2+νB3B2

方向：

⊥BC⊥AB∥BC

大小：

？

ω1ιAB？

图7

故可用图解法求出νB3，νB2B3（如图7）：

而导杆3的角速度ω3=νB3/ιBC=|pb3|/ιBC

由理论力学可知，点B3的绝对加速度aB3和其重合点B2的绝对加速度aB2的关系为三

aB3=aB3n+aB3τ=aB2n+aB3B2k+aB3B2τ方向：

B→C⊥BCB→A⊥BC∥BC

大小:

ω32ιBC？

　ω１2ιAB2ω2νB3B2？

可用作图法求出aB3τ=|b3＇b3|，如图8：

图8

因此导杆3的角加速度为

ε3=aB3τ/ιBC=|b3‘b3|/ιBC

2.根据前面齿轮的分析，对于槽轮我们采用如下的相关数据：

拨盘转动的角速度：

ω=40r/min

槽数：

z=4

拨盘直径：

80mm

从动槽轮直径：

周期T=1.5s

从动槽轮运动时间：

td=0.375s

从动槽轮停歇时间：

tj=1.125s

为了满足不同的切片长度，我们选用三种不同半径的小带轮以供换挡：

选用半径为R1，可切长度为15mm的糕点：

R1π／2=15mm,R1=9.55mm。

选用半径为R2，可切长度为20mm的糕点：

R2π／2=20mm,R2=12.74mm。

选用半径为R3，可切长度为25mm的糕点：

R3π／2=25mm,R3=15.92mm。

七、Matlab程序代码

>

symsabl

a=0:

0.001:

2*pi;

[b,l]=solve（'

l*cos（b）+36*cos（a）-100=0'

'

l*sin（b）+36*sin（a）=0'

）

b=

atan（-9/2*sin（a）*（225*cos（a）+353）/（50625*sin（a）^2+73984）*（706-450*cos（a））^（1/2）,1/2*（706-450*cos（a））^（1/2）*（2448*cos（a）+6800+2025*sin（a）^2）/（50625*sin（a）^2+73984））

atan（9/2*sin（a）*（225*cos（a）+353）/（50625*sin（a）^2+73984）*（706-450*cos（a））^（1/2）,-1/2*（706-450*cos（a））^（1/2）*（2448*cos（a）+6800+2025*sin（a）^2）/（50625*sin（a）^2+73984））

l=

4*（706-450*cos（a））^（1/2）

-4*（706-450*cos（a））^（1/2）

symsabl1

l1=4*（706-450*cos（a））^（1