糕点切片机课程设计.docx
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糕点切片机课程设计
湖南工业大学
课程设计
资料袋
机械工程学院（系、部）2016学年第2学期
课程名称机械原理指导教师邹培海职称
学生姓名曹琪专业班级机械1412学号14405710221
题目糕点切片机的设计
成绩起止日期2016年6月15日～2016年6月24日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1
2
课程设计说明书
1
13
3
课程设计图纸
1
张
4
5
6
机械原理
设计说明书
糕点切片机的设计
起止日期：
2016年6月15日至2016年6月24日
学生姓名
曹琪
班级
材料1402
学号
14405710221
成绩
指导教师（签字）
机械工程学院
2016年6月24日
目 录
0.设计任务书·······································1
1.工作原理和工艺动作分解···························2
2.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图·············2
3.执行机构选型·····································3
4.机械运动方案的评定和判断·························3
5.减速系统设计·····································6
6.执行系统机构设计·································8
7.机械运动简图·····································10
8.三维视图·········································11
9.参考资料·········································12
10.设计总结········································13
湖南工业大学
课程设计任务书
2010～2011学年第2学期
机械工程学院（系、部）材料成型专业材料1402班级
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2010年6月15日至2010年6月24日共1周
内
容
及
任
务
一、工作原理及工艺动作过程简介
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片的往复运动。
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
1）根据工艺动作顺序和协调要求拟定并绘制运动循环图；
2）进行间歇运动机构和切片机构的选型，实现上述动作要求；
3）机械运动方案的评定和选择；
4）根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，画出传动方案图；
5）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；
6）画出机械运动简图；
7）对执行机构进行运动分析，画出运动线图，进行运动模拟（选作）
8）编写设计计算说明书。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
6.15-6.17
构思该机械运动方案
6.17-6.18
运动分析及作图
6.24
整理说明书与答辩
主要
参考
资料
［1］朱理．机械原理［Ｍ］．北京：
高等教育出版社，2008：
15-200
［2］邹慧君．机械原理课程设计［Ｍ］．北京：
高等教育出版社，2009：
15-250
指导教师：
2016年6月24日
1.工作原理和工艺动作分解
（一）糕点切片机要求实现两个执行动作：
1、糕点的直线间歇移动
2、切刀的往复运动
（二）通过两者的动作配合进行切片
1、糕点的直线间歇移动
糕点的直线间歇移动，是为了保证切刀在切糕点时，糕点是静止的，这样切出的糕点才符合要求。
另外，糕点的直线间歇移动的快慢，决定了被切出的糕点的厚度大小。
糕点在停歇后，如果移动的快，糕点的厚度就相对大一些；否则，反之。
2、切刀的往复运动
切刀的往复运动，这是切刀所必须的运动，如果只有一次运动，这样就只能切一次。
同时，切刀的往复运动的时间和高度都必须控制。
切刀切下和收起的总时间必须小于糕点的间歇时间；切刀的最低高度必须高于糕点的最大高度。
2.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）：
3.执行机构选型
如结构示意图所示,电动机经皮带和齿轮系减速后，达到40转/分。
再用棘轮机构连接一皮带组成糕点的进给机构，并满足间歇运动的要求。
同时通过另外一组皮带轮带动曲柄滑块机构运动（滑块上带切刀），实现糕点的切片。
间歇运动机构与切刀运动机构工作协调。
由于每一次切的过程都一样,从而使每一片糕点的大小都一样。
而通过改变进给的距离，可调整切片的厚度。
4.机械运动方案的评定和判断
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。
1、实现切刀往复运动的机构
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。
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。
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。
方案一：
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，但她并没有机会运动特性。
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：
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：
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。
方案设计的创新改进措施:
1.我们开始构思方案时,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,我们开始采用凸轮机构,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。
于是我们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。
我们刚开始试用了槽轮机构,但我们的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,我们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,于是我们否定了这个方案。
经过查资料后，我们选择了棘轮机构。
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.
5.减速系统设计
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。
传动比 i=6/10
6.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：
（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．
7.机械运动简图
8.三维视图
9.参考资料
《机械原理》葛文杰2006年
《机械原理》 朱 理 2004年
《机械原理课程设计手册》 邹慧君 1998年
10设计总结
机械课程设计结束了，作为一名机械设计制造及自动化大二的学生，我觉得能做这样的课程设计是十分有意义。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．
说实话，课程设计真的有点累．然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这2周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消．虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中”春眠不知晓”的感悟．通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致．这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练．课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，过程是辛苦的，但结果是甜蜜的，我们的课程设计终于做好了。
通过这次课程设计，我懂的了：
1、对课本知识掌握的还不牢靠，还要更深一层的理解；2、在学习知识的同时，要注意知识和实际的结合，切记学死知识，那样就是学好了，将来也时无用；3、团队的精神，一个人的能力毕竟是有限的，只有团结更多的人，才能做出更出色的成绩来。
资料仅供参考!
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