课程设计.docx
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课程设计
湖南工业大学
课程设计
资料袋
机械工程学院（系、部）2012~2013学年第2学期
课程名称机械原理指导教师银金光职称教授
学生姓名周雷专业班级机械1103学号11405700319
题目糕点切片机的设计
成绩
起止日期2013年6月24日～2013年6月28日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计说明书
1
课程设计任务书
1
2
课程设计图纸
若干
张
机械原理
设计说明书
糕点切片机的设计
起止日期：
2013年6月24日至2013年6月28日
学生姓名
周雷
班级
机械1103
学号
11405700319
成绩
指导教师（签字）
机械工程学院（部）
2013年6月24日
目 录
0.设计任务书……………………………………………1
1、工作原理及工艺的动作过程………………………3
2、根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图………4
3、机械系统运动方案设计的构思……………………4
4、方案设计的创新改进措施…………………………9
5、根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图………10
6、减速系统设计………………………………………11
7、执行系统设计………………………………………12
8、传动系统演示………………………………………15
9、三维视图……………………………………………16
10、创新设计心得………………………………………16
《机械原理》课程设计任务书
2013学年第一学期
机械工程学院机械大类专业1103班
课程名称：
机械原理课程设计
设计题目：
糕点切片机的设计
完成期限：
自2013年6月24日至2013年6月28日共1周
内
容
及
任
务
一、工作原理及工艺动作简介
糕点的加工过程是先成型（如长方形，圆柱形等）,经切片后再烘干。
糕点切片机要求实现两个工艺动作：
糕点的直线间歇移动和切刀的往复运动。
通过两个动作的配合进行切片。
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的不同切片厚度的需要。
二、原始数据及设计要求
1）糕点切片长度（即切片的高）范围为5~80mm；
2）切刀切片时最大作用距离（即切片的宽度）为300mm；
3）切刀工作节拍40次/min;
4）生产阻力很小，要求选用的机构简单，轻便，运动灵活可靠；
5）电动机可以选用0.55kW（或0.75kW）,1390r/min。
三、设计任务
任务：
对设计题目进行工作原理和工艺动作分解；根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图；进行执行机构选型；构思该机械运动方案；进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案；根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比和变速机构，作出机构运动简图；对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。
要求有设计说明书一份（＞15页），相关图纸1～2张。
（有条件的要求用三维动画表述）。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
2013.6.24~2013.6.25
工作原理分析、工艺动作分析、执行机构选型和拟定
2013.6.25~2013.6.26
运动规律和运动协调设计、绘制运动循环图
2013.6.26~2013.6.27
机构尺寸设计、运动分析、绘制机构运动方案简图
2013.6.28~2013.6.28
整理设计说明书、设计小结
主
要
参
考
资
料
1、朱理主编，机械原理，高等教育出版社
2、郑文纬主编.机械原理，高等教育出版社
3、孙桓主编.机械原理，高等教育出版社
4、戴娟主编，机械原理课程设计，高等教育出版社
5、罗洪田主编.机械原理课程设计指导书，高等教育出版社
指导教师（签字）：
银金光2013年6月24日
一工作原理及工艺的动作过程
糕点的加工过程是先成型（如长方形，圆柱形等）,经切片后再烘干。
糕点切片机要求实现两个工艺动作：
糕点的直线间歇移动和切刀的往复运动。
通过两个动作的配合进行切片。
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的不同切片厚度的需要。
因此糕点切片机的设计主要集中在间歇机构和往复运动机构的设计上。
总运动
糕点切片
子运动
糕点切片
子运动
传送糕点
履带传送
切刀上升，下降
往复运动
简谐运动
二根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图
三机械系统运动方案设计的构思
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。
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；
1、实现糕点直线间歇移动的机构
●方案一
如下图所示，为牛头刨床，是可实现直线间歇移动的机构。
◆此摆动导杆机构的优点：
1）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θ=180°（K-1）/（K+1）求出θ角，然后再设计各杆的尺寸。
2）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。
●方案二
如下图所示，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：
1）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。
2）如果连杆ABCDE设计得当，此机构具有传递平稳，运动精确等优点。
◆而该机构的缺点有：
连杆BDC的运动轨迹是一个完全不规则的曲线，在设计连杆机构ABCDE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，超出我们的能力范围。
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
◆该棘轮机构的优点有：
棘轮机构的结构简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位，能实现糕点厚度的调节，故采用此机构。
2、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。
运动副均为低副，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，可以用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，但它并没有机构运动特性。
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。
●方案二：
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。
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：
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。
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。
四方案设计的创新改进措施:
1.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。
我刚开始试用了槽轮机构,但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,于是否定了这个方案。
经过查资料后，最后选择了棘轮机构。
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.
五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5mm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）：
六减速系统设计
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：
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z1
25
4mm
100mm
齿轮z2
50
4mm
200mm
齿轮z2'
25
4mm
100mm
齿轮z3
75
4mm
300mm
传动比i=6/1。
七执行系统机构设计
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:
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20mm以上的高度运动时间为1秒，满足设计要求．
八传动系统演示
传
送
履
带
棘
轮
传
动
齿
轮
减
速
传
动
皮
带
传
动
电
动
机
皮
带
传
动
刀
具
九三维视图
十创新设计心得
在我们生活中需要用到各种各样的机器，它们用起来方便，省力，快捷，然而当我自己亲自设计时却发现不是那么简单，在这次做课程设计的过程中，我学到了很多，从最开始的构思，假设，设计方案到选择最优方案和计算尺寸，每一步都要求我极其的认真，不仅需要机械原理的扎实基础，还要有足够的创新能力，去把一个个构件拼装在一起组装成自己想要的东西。
这次的课程设计，它不仅仅是一个作业，更是对课本知识的理解，刚开始，我认为这个课程设计很简单，我就没有在之前做准备，到了后面，我发现要画的图也有点麻烦，而且还要给予尺寸的设计。
不仅要考虑糕点的传动，还要考虑糕点的切的动作， 开始想了很久也没有确定可行的方案，这个不懂，那个不知道的，经过别人的指点，经过再三的考虑，最终才确立了一套好的方案。
通过这次课程设计，让我增强了动手能力，创新能力，锻炼了我的耐力和意志力，从中我还更深刻的理解了这样一个道理，知识必须与实际相结合，没有做不到只有想不到，我想课程设计的目的绝不在于这几张纸，分数也不是最重要的，只要你真正的参与其中，充分发挥大闹细胞，发散思维，把一个方案从无到有的做出来这就足够了，这个过程一定让人受益匪浅。
本次设计不仅锻炼了创新能力，巩固了知识，而且极高了C绘图水平，有了这样一次经历，我们以后一定会做得更好，最后也由衷的感谢老师的耐心指导。
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