蛋糕切片机设计书.docx
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蛋糕切片机设计书
机械原理课程设计
说明书
题目:
糕点切片机
指导老师:
朱颖
学生姓名:
张炜龙
学号:
20082001022
所属院系:
机械工程学院
专业:
机械设计制造及其自动化
班级:
机械083班
完成日期:
2010年7月12日
新疆大学机械工程学院
2010年7月
新疆大学
《机械原理课程设计》任务书
班级:
机械083姓名:
张炜龙
课程设计题目:
糕点切片机
课程设计完成内容:
设计说明书一份(主要包括:
运动方案设计、方案的决策与尺度综合、必要的机构运动分析和相关的机构运动简图)
发题日期:
2010年7月1日
完成日期:
2010年7月12日
指导教师:
朱颖
教研室主任:
朱颖
目录
第一章设计任务3
1、设计题目3
2、设计要求3
第二章机械运动方案的设计及分析决策4
1、各执行机构的可能方案4
2、机最终执行机构与改进措施8
第三章机构尺度综合10
1、自动打印机机械运动系统原理简述10
2、糕点切片机各机构尺寸设计11
参考文献15
设计小结16
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。
糕点切片机要求实现两个执行动作:
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。
二、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0.75KW)、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
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。
此几何封闭凸轮机构的缺点:
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、并可在较大范围内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。
方案二:
采用连杆步进输送机构
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ABCDE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:
采用摆动导杆机构
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θ=180°(K-1)/(K+1)求出θ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。
二、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。
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65mm;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]孙桓,陈作模.机械原理.第七版.高等教育出版社.
[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].北京:
高等教育出版社,1986.
[4]李方伟,孙怀安,李团结.机械原理辅导[M].西安:
西安电子科技.大学出版社,2001.
[5]阮宝湘.工业设计机械基础[M].上海理工大学.
[6]孔庆华.机械设计基础[M].上海同济大学.
[7]邹慧君.机械系统设计[M].上海科技大学.
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。