《机械原理课程设计糕点切片机运动方案设计》.docx
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《机械原理课程设计糕点切片机运动方案设计》
一、机械原理课程设计任务书
1.设计题目————糕点切片机运动方案设计
2.原始数据及设计要求
1）糕点厚度：
10~20mm。
2）糕点切片长度（亦即切片高）范围：
5~80mm。
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）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。
设计指导教师（签字）：
二、设计说明书
1.机械系统运动原理及动作过程
糕点先成型（如长方体、圆柱体）等的薄片后再烘干。
糕点切片机要求实现两个动作：
（1）点的直线间歇移动
（2）刀的往复运动
通过两者的动作配合进行切片，变直线间歇移动速度或每次间歇的输送距离，以满足糕点的不同切片厚度的需要。
2.工艺动作顺序
因为糕点切片机要求实现两个执行动作：
糕点的直线间歇运动和切刀的旋转运动。
所以电机启动后，两把切刀连续旋转，同时进行糕点的送进运动，当送进停止（糕点停止）后，第一把切刀切割糕点，切割完成（切刀退出糕点）后，进行糕点的第二次送进运动，送进停止（糕点停止）后，第二把切刀切割糕点，切割完毕后，完成一次循环。
3.机械系统运动方案设计
——设计前的构想
（1）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。
（2）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。
方案一：
采用机构:
切刀往复运动：
曲柄滑块切刀运动机构
糕点间歇运动：
槽轮糕点运动机构
方案一的简图
（1）切刀的往复运动我们用曲柄滑块机构实现，刀装在滑块上当曲柄进行圆周运动可以带动刀的往复运动，另外，采用图示的偏置曲柄滑块机构有急回运动特性，可使刀在向下运动即切糕点时速度加快，从而使切口光滑。
（2）糕点的间歇运动我们采用槽轮实现。
（3）当滑块向上运动即刀向上运动时，槽轮运动带动糕点的移动，当滑块向下运动即刀向下运动时，槽轮静止即糕点静止，进行切割。
方案二：
采用机构
切刀往复运动：
凸轮切刀运动机构
糕点间歇运动：
槽轮糕点运动机构
方案二的简图
（1）切刀的往复运动我们采用凸轮机构，利用杠杆定理，当推杆行程增大时，刀具切割糕点，当推杆到达最高点时刀具到达最低点，当推杆行程减小时刀具上升。
（2）糕点的间歇运动我们采用槽轮机构实现。
（3）当两锁止弧接触即槽轮静止时推杆向上运动，当两锁止弧分开即槽轮运动时推杆向下运动，利用此规律可根据反转法计算确定凸轮的形状。
方案三：
采用机构:
切刀往复运动：
导杆—齿轮切刀运动机构
糕点间歇运动：
不完全齿轮糕点运动机构
方案三的简图
（1）切刀的往复运动我们采用摆动导杆机构和齿轮机构实现，利用导杆
构使摇杆D产生一定角度的摆动，控制曲柄和两机架的长度可使摆角达到60°，两啮合齿轮的齿数比为3：
1，从而使输出的摆角达到180°，可以在此安装刀具使其来回往复切割，另外此导杆机构具有急回运动特性，可以以糕点高度的不同安装两套传输带，分为刀速较快的一边和刀速较慢的一边。
并且由于无论糕点的高低，其放置位置总是与刀切入时刀刃所在的直线存在一定夹角，存在应力集中现象，便于切片过程的实现。
（2）糕点的间歇运动采用不完全齿轮实现。
（3）当刀从对称中心位置往右摆动时左边的不完全齿轮进入啮合，右边的不完全齿轮退出啮合，当刀从右边回到中心位置时右边的不完全齿轮进入啮合，左边的不完全齿轮退出啮合，从而实现刀切割时糕点停止，刀不切割时里糕点前进。
三、主要工作机构的运动循环图
切刀的直线往复运动循环图
糕点的直线间歇运动循环图
四、机构运动方案的选择和评定
——综合考虑方案三较好
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，但它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：
切刀的往复运动我们采用摆动导杆机构和齿轮机构实现，利用导杆机构使摇杆产生一定角度的摆动，控制导杆机构的尺寸，可使刀的摆角达到一定角度，产生一定的齿轮啮合比，可以在此安装刀具使其来回往复切割。
并且由于无论糕点的高低，其放置位置总是与刀切入时刀刃所在的直线存在一定夹角，存在应力集中现象，便于切片过程的实现。
糕点输送的机构我们采用不完全齿轮机构，在非啮合区，糕点静止，切刀开始切割；进入啮合区，输送带带动糕点输送，切刀停止切割。
但此机构中刀的运动具有急回运动特性，为了满足糕点厚度的均匀，我们必须考虑到来改变机构的自由度的数目，结构过于复杂，较难制造和计算。
方案三：
这样设计有三个好处：
1.两条传输带交错运动可以在避免切到皮带的前提下，提高输出工的利用率从而达到提高总体效率的效果。
2.按照不同糕点不同切片长度的需求，可以调整不同的档位来实现一机多用的效果。
3.引入急回运动，使得左右两边可以分别切不同厚度、不同难易程度的糕点，给多元化生产带来了便捷。
对于此结构我们选刀的运动为连续旋转，而且采用两把刀的情况，这样的话系统的效率将会得到很大的提高，并且由于无论糕点的高低，其放置位置总是与刀切入时刀刃所在的直线存在一定夹角，存在应力集中现象，便于切片过程的实现。
此机构采用多个齿轮连接，传动稳定，传动比可靠，同时整个系统机构设计简单，易于制造。
糕点的间歇运动我们采用不完全齿轮实现。
当滑块向上运动即刀向上运动时，不完全齿轮进入啮合区，运动带动糕点的移动，当滑块向下运动即刀向下运动时，不完全齿轮进入非啮合区即糕点静止，进行切割。
使用齿轮而不使用蜗杆、凸轮的原因：
蜗杆、凸轮只能在一定距离内产生较大的传动比（蜗轮轴心固定，蜗杆向前送进），所以不适用于连续不停传动的情况下，而且蜗轮从侧面看与齿轮不同的是其中间位置有一定弧度的下凹，对加工而言会产生一定的难度。
而且相对齿轮而言，蜗轮、啮合轮齿间的相对滑动速度较大，使得摩擦损耗较大，因而传动效率较低，易出现发热和温度过高的现象，磨损也较严重，会降低整体的使用寿命，而且成本较高，因此我们用多个齿轮传动来替代蜗轮蜗杆的设计。
五、机械系统设计计算
（1）传动比的计算
电机的转数为1309r/min，切刀的工作节拍为40次/min。
设电机转一转，切刀往复一次，则控制切刀的杆件转数为40r/min。
综上，总传动比为
。
备注：
如果要满足电机转一转，需要切刀往复一次，则做往复运动的那个摇杆的两个极限位置需要差不多为一个为最高点和一个为最低点。
这样才会满足以上转数和传动比的计算。
（2）V带传动的传动比
选V带的传动比为
，则减速器总传动比为
。
由表查得V带工作情况系数
，故
。
根据
和
选用Z型带。
根据表，取小带轮的基准直径
。
则大带轮的基准直径
，根据表圆整为
。
（3）减速器的传动比
减速皮带轮减速齿轮送料皮带轮
考虑到两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应有相近的浸油深度，两级齿轮减速器高速级传动比
与低速级传动比
的比值取为
，即
。
则
；
。
设高速级齿轮，小齿轮齿数
，大齿轮齿数
。
设低速级齿轮，小齿轮齿数
，大齿轮齿数
。
备注：
分度圆直径不具体计算，但是在仿真时，必须要满足以上算出的传动比。
（4）对刀长的设计
由已知条件糕点切片长度（亦即切片高）范围：
5~80mm及切刀切片时最大作用距离（亦即切片宽度方向）：
300mm得知：
根据运动循环图作得刀切割的示意图，得输送带与锥齿轮8之间的距离为92mm>80mm,不至蛋糕与锥齿轮8发生干涉，由于刀是做圆周运动，通过CAD作图可以得到：
刀长L≥156.77mm，糕点的最大宽度为300mm，刀切割过的角度为135°。
（5）对槽轮机构的设计
槽轮设计图
六、参考文献
1.《机械设计》课本孙桓陈作模葛文杰主编高等教育出版社。
2.《机械原理课程设计指导书》裘建新主编高等教育出版社。
3.《机械原理课程设计手册》牛鸣岐等主编重庆大学出版社。
4.《机械基础综合课程设计》孔凌嘉等主编北京理工大学出版社。
5.《机械原理》课本张春林主编高等教育出版社。
七、设计心得
机械原理课程设计是我们机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械原理和机械设计课程重要的综合性与实践性环节。
（1）通过这次机械原理课程的设计，综合运用了机械原理课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。
（2）学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。
（3）进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。
（4）综合运用了计算机中C语言、AutoCAD绘图等相关知识，同时也是自己意识到了我们所存在的不足与缺点，在以后的学习、生活和工作中，我们会积极改正。
课程设计指导教师评审标准及成绩评定
序号
评审项目
评审指标
评价
比例
实际
得分
1
工作量、
工作态度
工作量完成情况，论文（设计）难易程度，有体现本专业基本训练的内容；工作纪律、作风是否严谨。
20%
2
调查论证
独立查阅文献、调研情况；开题报告完成情况；综合归纳、收集和正确利用各种信息的能力。
15%
3
实验、设计方案与实验技能
实验、设计方案合理、可行；独立操作实验，数据采集、计算、处理的能力；结构设计、工艺、推导正确或程序运行是否可靠。
20%
4
分析与解决问题的能力
运用所学知识和技能及获取新知识去发现与解决实际问题的能力；对课题进行理论分析的能力，得出结论情况。
20%
5
设计（计算）
说明书质量
立论正确，论据充分，结论严谨合理；实验正确，分析、处理问题科学；结构格式符合论文（设计）要求；文理、技术用语正确规范；图表完成情况。
20%
6
创新
工作有创新意识；对前人工作有改进、突破，或有独特见解及应用价值情况。
5%
评定成绩：
100%
指导教师签字：
年月日
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