机械原理课程设计制饼机说明书.docx

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机械原理课程设计制饼机说明书

机械原理课程设计说明书

题目：

自动制饼机

院（系）：

机械与电气工程学院

专业：

机械设计制造及其自动化

方向：

设备工程

学生姓名：

XXX

指导老师：

XXX

日期：

2011.6.9

1.课程设计的目的………………………………………………1

2.设计题目与要求………………………………………………2

3.机构功能要求与功能分析及优化比较………………………3

3.1挤面方案分析…………………………………………………3

3.2切料方案分析…………………………………………………6

3.3送料方案分析…………………………………………………10

3.4压制方案分析…………………………………………………13

3.5抹蛋浆方案分析………………………………………………16

3.6撒芝麻方案分析………………………………………………19

4.方案空间分析…………………………………………………22

5.机构运动转化功能图…………………………………………23

6.机构运动学、动力学分析……………………………………27

7.总结……………………………………………………………28

8.参考文献………………………………………………………29

1课程设计的目的

《机械原理课程设计》是机械设计基础课程的重要实践性环节，是学生在校期间第一次较全面的设计能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。

课程设计的主要目的是：

1、通过课程设计使学生综合运用机械设计基础课程及有关先修课程的知识，起到巩固、深化、融会贯通及扩展有关机械设计方面知识的作用，树立正确的设计思想。

2、通过课程设计的实践，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机械零件、机械传动装置或简单机械的一般设计方法和步骤。

3、提高学生的有关设计能力，如计算能力、绘图能力以及计算机辅助设计（CAD）（SolidWorks）能力等，使学生熟悉设计资料（手册、图册等）的使用，掌握经验估算等机械设计的基本技能。

2设计题目与要求

设计题目：

自动制饼机

设计要求：

该自动制饼机需完成除和面和烘烤外的一个完整的制饼加工过程。

其过程主要是挤面、切料、送料、压制、抹蛋浆、撒芝麻，设计应满足各个流程紧密配合，实现在一个原动件的情况下带动起每一个机构，并且在每实现一个步骤必须让运送机构停下，为此要用到间歇机构。

整个运送的流程以履带运动实现的，而制饼的过程则是通过一根主轴带动五个部分同步运转。

要求占地面积小，操作简单，效率高。

工作循环图：

3机构功能要求与功能分析及优化比较

工作流程：

从产品、研究等多方面进行调研，多渠道获取相关资料，进行分析。

经调研分析，自动制饼机要求完成的工艺动作有以下六个：

（1）挤面：

要求活塞将已经和好的面挤成需要的形状。

（2）切料：

要求切刀将面条切成需要的块状。

（3）送料：

要求运输带以间歇的运动方式运载面料。

（4）压制：

要求将切好的面料压成薄片状。

（5）抹蛋浆：

要求将薄片状面料的表面抹上蛋浆。

（6）撒芝麻：

要求将薄片状面料的表面撒上适量的芝麻。

3.1挤面方案分析

（方案1）：

机构简图如下

方案分析：

此方案采取的是用圆柱凸轮和滚子推杆构成。

凸轮是由电机带动一曲轴输入动力，滚子推杆随着凸轮旋转沿凸轮凹槽向下推，从而使活塞把面粉筒里的面团挤成所需形状。

产品的夹紧主要是整体的方法夹紧。

优点：

由于采用凸轮机构，装置具有结构紧凑和性能可靠，容易实现预期的运动规律；采用滚子推杆，受力点小，意味着受摩擦面积小，推力大，且误差较少，效率高。

缺点：

滚子点接触易磨损；凸轮轮廓加工困难；行程不大；圆柱凸轮体积大，使占地面积增大，且固定困难。

（方案2）：

机构简图如下

方案分析：

此方案采用不完全齿轮与齿条组合机构完成。

不完全齿轮由曲轴带动，同时带动齿条推杆向下运动，使活塞挤压面团。

机构为间歇运动，逐步下压。

优点：

齿条的传递动力大，逐步下压，使得机构受力均匀，延长机构寿命，并且工作平稳，可靠性高；不完全齿轮可实现间歇运动，调整的幅度比槽轮机构大得多，设计比较灵活。

缺点：

齿条不易远距离传动，机构传动距离短；在啮合传动中，当首齿进入啮合及末齿退出啮合过程中，轮齿并非在实际啮合线上啮合，因而在此期间不能保证定传动比传动；由于从动轮每次转动开始和终止时，角速度有突变，故存在刚性冲击，只适用于低速，轻载场合；效率低，难于后面其他机构同步。

（方案3）：

机构简图如下

方案分析：

此机构是由导杆机构和夹头组成，夹头内侧有圆锥面，两端有大小不同的圆柱面作导路，导引嵌有钢球和滑块，弹簧将滑块压向左边。

主动轮连续转动，带动摆动导杆并使夹头左右移动，从而间歇地把杆单向推动。

优点：

导杆和夹头的运动副元素为点接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易；且导杆机构几何封闭，提高稳定性。

缺点：

夹头加工要求高，受力不大，难以确保夹头与连杆的摩擦力与挤压面团的反作用力等效，且要求所夹的连杆直径不能过大，易产生误差积累；面积占用过大，不能有效施展开来。

选用第二种方案，不完全齿轮与齿条结合，传递动力大，并且间歇运动，更能使挤压力均匀。

相对第一种方案，圆柱凸轮加工困难，占用面积大，第三种方案则对夹头要求高，且夹头加住连杆的力需要很大，因此选择第二种方案最佳。

3.2切料方案分析

（方案1）：

机构简图如下

方案分析：

此方案选用曲柄带动四杆机构实现剪切。

曲柄带动锥形齿轮使曲柄实验水平方向的旋转，利用连杆令四杆机构收缩，装有刀片的一侧实验剪切，单收缩到一定位置，弹簧令机构回复原来形状，实现循环运动。

优点：

连杆机构一般均为低副。

其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，对保证工作的可靠有利。

缺点：

由于机构水平放置，必须克服重力做功，因此需要很大的动力才能使机构平稳运作；固定端受到机构的挤压，摩擦严重；连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而传动路线较长，易产生较大的误差积累。

（方案2）：

机构简图如下

方案分析：

此方案采用曲柄滑块机构实现剪切。

曲轴带动曲柄运动，使刀来回切割。

优点：

传动简单，过程可省掉不必要的传动构件，机构与原动件接近，功率损失小，占用面积少，易于适应各种位置变化。

缺点：

受力不均，需要很大的速度和力量才能把面团切断，并且当垂直切割时受力点小，易产生误差。

（方案3）：

机构简图如下

方案分析：

此方案选用凸轮机构实现切割。

凸轮作为原动件，远休时推动杆向下剪切，近休是弹簧作用将杆抬起。

凸轮的行程就是刀上下挥动的幅度。

优点：

结构紧凑和性能可靠，容易实现预期的运动规律，且落刀准

确，误差较小。

缺点：

只能实现垂直方向剪切，受力点在送料传动带上，易造成传

动带损坏；凸轮加工要求高，占地面积大。

选用第一种方案：

第一种方案具有连杆机构的基本特点运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，切面大，均匀作用于受力物体。

对比第二种方案虽然差别在执行机构，但受力面局限在一个方向，且要切的面团较韧，需要较大的冲击力才能保证面团切断；而第三种方案则只能进行垂直方向的剪切，受力面在传送带上，给传送带造成不必要的磨损。

3.3送料方案分析

（方案1）：

机构简图如下

方案分析：

槽轮与带槽相连，使传动带实现间隙传动，让后面每一个步骤都有实施的空间。

优点：

机构紧凑，使传动速率增大。

因为有紧凑的机构，所以减少占地面积。

用槽轮传动，所以工作可靠，在圆销进入和脱离啮合时，运动平稳，能准确控制转动的角度。

缺点：

槽轮的配合要求比较高。

槽轮的转角大小不能够调节，在转位始末有冲击。

因此此机构只能应用于转速要求不高的装置中。

（方案2）：

机构简图如下

方案分析：

此方案是一个直圆柱齿轮与一个不完全齿轮结合。

动力由不完全齿轮输入，带槽与直圆柱齿轮相连，实现间歇转动。

优点：

能够通过控制不完全齿轮的齿数控制每一次传动的距离和时间，且齿轮齿合力大，是机构能平稳的运作。

缺点：

不完全齿轮配合要求比较高，在刚开始齿合时会有冲击。

（方案3）：

机构简图如下

方案分析：

通过凸轮来达到间歇运动目的，在远休止处转动，近休止处静止，与凸轮连接的滚子通过弹簧使其始终与凸轮相连，本来凸轮具有易磨损的特点，滚子的应用很好的解决了这个问题。

优点：

只要适当设计出凸轮轮廓曲线，就可使从动盘获得所预期运动规律。

其动载荷小，无刚性和柔性冲击。

无需采用其他的定位装置，就可获得高的定位精度。

且机构结构紧凑，节约使用空间。

缺点：

加工成本高，对装配、调整要求严格。

选用第一种方案：

槽轮机构紧凑，使传动速率增大，能准确控制。

而第二种方案的不完全齿轮磨损大，要求高，故弃之。

第三种方案的凸轮和滚子加工要求高，成本高。

3.4压制方案分析

（方案1）：

机构简图如下

方案分析：

方案利用曲柄机构。

由曲柄旋转带动压板向下压。

优点：

运动简单，容易实现，所需功率不大，其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小。

缺点：

要求耐磨性能、平面度等较高，且要求连杆比较长，加大了摩擦，容易积累误差。

（方案2）：

机构简图如下

方案分析：

双头凸轮旋转带动一连杆向下运动，回程使弹簧使连杆回到原来位置。

优点：

向下压制的同时使得运动更加紧凑，弹簧减少向下冲击时产生的震动。

缺点：

凸轮加工困难且占用面积过大，加工精度要求高。

（方案3）：

机构简图如下

方案分析：

此方案由两个带轮带动连杆完成的。

带轮上有几个槽，用来固定连杆，使连杆进行偏心运动，一个向上推的同时另一个向下压，实现一个原动件的情况下两个方向的传动。

优点：

一个原实现两个方向的传动，使得受力平均，同时减少向下冲击时产生的震动。

缺点：

加工装配困难，要配合完美才能实现同步，且占用面积大，作用距离长，容易积累误差。

选用第二种方案：

第二种方案的运动更加紧凑，误差少。

第一种方案考虑到曲柄旋转需要空间，其轨迹易与曲轴重合，所以放弃。

第三种方案要求契合度高，稍微一点误差便会引起很大震动。

3.5抹蛋浆方案分析

（方案1）：

机构简图如下

方案分析：

此方案采用摆动导杆机构。

机构有两个固定端，原动件为下面固定端的曲柄带动滑块使导杆急回左右摆动。

导杆到达最低点时抹到蛋浆，然后急回进行下一个进程。

优点：

机构紧凑，使传动速率增大，急回运动，减少不必要的时间，提高效率和协调性，工作可靠。

缺点：

固定端要求较高，基于曲轴的位置，上面一个固定端必须绕过曲轴固定，使得工作距离增加和布局的困难性。

（方案2）：

机构简图如下

方案分析：

方案使用凸轮推动杆左右摆动，凸轮近休时，杆末端位于传送带上方，此时已压制好的饼传动过，凸轮远休时推过一遍蘸蛋浆进行循环。

优点：

机构充分利用重力的作用，提供效率，且能自动蘸取新蛋浆，自动化程度高。

缺点：

要求上方固定端铰接润滑良好，凸轮和杆接触面大，摩擦大，磨损大。

（方案3）：

机构简图如下

方案分析：

曲轴与一对锥形齿轮使扫实现转动，当面团经过时则能够抹上蛋浆。

优点：

结构简便，成本低，易于安装。

缺点：

一直都旋转蛋浆会滴到传动带上，难于处理。

选用第三种方案；锥形齿轮使扫不停转动，可以忽略很多不必要的运动，减少误差。

其余两种方案加工要求高，难度大，且面积占用大。

3.6撒芝麻方案分析

（方案1）：

机构简图如下

方案分析：

缺口挡板由曲轴经锥形齿轮改变传动方向带动，芝麻装在圆形小桶，挡板不断旋转当缺口与芝麻筒重合时，芝麻下落。

优点：

机构传动较易，能够实现间歇开口，误差较小。

缺点：

下落芝麻由挡板旋转速度决定，若过快芝麻无法下落，过慢则下落太多，速度控制较难。

（方案2）：

机构简图如下

方案分析：

装有芝麻的圆筒的一侧外壁挖有几排小孔，当小孔向下时芝麻落下。

优点：

结构简单，材料简便，制作成本低

缺点：

传动较困难，需要用到几组齿轮才能实现与曲轴同向转动。

（方案3）：

机构简图如下

方案分析：

有凹槽的圆柱一直在旋转封闭着上面的芝麻筒，当凹槽转到芝麻筒下方时芝麻下落，继续旋转带出芝麻。

优点：

机构紧密性良好，并且每次带出的芝麻一样多。

缺点：

过渡不够平滑，可能导致部分芝麻卡在凹槽，使圆柱震动。

选第三种方案：

第三种方案紧密型好，且带出的芝麻均匀。

第一种方案筒与挡板的摩擦较大，缺口与筒重合时易与漏出的芝麻卡在一齐，引起震动。

4机构运动转化功能图

5.方案空间分析

电动机经带轮输入令两传动轴转动，一传动轴带动切料与压制机构，另一传动轴带动下料，抹蛋浆，撒芝麻机构，传动带由槽轮带动实现间歇运动。

5.1挤面

5.2切料

5.3送料

5.4压制

5.5抹蛋浆

5.6撒芝麻

6.机构运动学、动力学分析

图为连杆应力分析，连杆所用材料为合金钢，锥形齿轮带动连杆转动，连杆在Y轴上受到力矩的作用。

7.总结

一个星期的课程设计即将过去，我们设计的自动制饼机也进入最后的冲刺阶段。

这两天像几十万高考生一样的心情，如何能按时完成这次课程设计，如何做得更好。

通过这次课程设计，我们对机械原理课程设计加深了理解与认识。

对各种机构以及机构的传动有了深一层的认识。

首先，经过变换不同的输入方法，传动形式，实现同一种输出，提高了对机构的运动轨迹，运动情况的了解。

其中包括构件，运动方案的确定，运动学和动力学的分析和整体设计等，提高我们的绘图，分析，查阅及使用文献的能力。

其次，我们加深对机械原理中一些较抽象概念的了解，像四杆机构的压力角和传动角，凸轮和齿轮各种参数，以前都只是有一个大概的意识，经过这次课程设计，这些概念由意识转变为知识。

最后，通过这次课程设计，让我们清晰看到了机械原理中掌握了的知识和没掌握的知识，给我们以后的学习提供了方向，设计中遇到的困难也锻炼了我们克服各种问题的能力。

所以，要求我们在了解概念的基础上，掌握知识的本质，做到学有所用。

8.参考文献

[1]孙桓.机械原理[M].北京:

高等教育出版社,2001.

[2]邹慧君，张青.机械原理课程设计手册（第二版）[M].北京:

高等教育出版社,2010.

[3]斯克莱特.机械设计实用机构与装置图册[M].北京：

机械工业出版社，2007.

[4]吕庸厚，沈爱红.组合机构设计与应用创新[M].北京：

机械工业出版社，2008.

十一、设计小结

二周的课程设计结束了，本课程设计的任务是二级圆柱齿轮减速器。

根据设计任务书的要求，同学们展开了激烈的讨论。

我也查阅了大量资料，然后才开始设计。

但其中还是出了很多问题，主要有两个：

1、齿轮设计中出现的问题

齿轮设计中首先遇到的是齿数和模数的决定。

后来，通过与同学们的互相讨论。

为使工作机运转平稳，应尽量把模数取小，齿数增大，这样也便于加工，且运动过程中噪声、振动均小。

2、轴设计中出现的问题

轴的设计过程中，开始是按顺序先设计Ⅰ轴，但是在设计中Ⅰ轴的轴向尺寸定不下来，这是因为Ⅰ轴的尺寸与Ⅱ轴和Ⅲ轴的尺寸和结构有关，故应先把第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的结构设计排列在一张纸上，综合考虑才能正确把握各轴的轴向定位。

由于设计过程中开始没有注意到Z2的齿顶圆应≥到Ⅲ轴外端的距离这一条件，导致设计后，这一要求不符合。

解决办法是重新确定齿数，加大各轴中心距以满足这一要求。

从这里我注意到：

设计过程中综合考虑全盘布局是十分重要的，否则会顾此失彼。

因此，必须继续努力学习，培养设计习惯，提高计算能力和操作能力。

通过这次课程设计，使我更加深入地了解了机械设计这一门课程。

机械设计不仅仅是一门课，我们必须通过理论接合实际，深入地去了解其中的概念和设计过程，这样我们不但学到了理论知识，而且有助于提高我们的综合素质。

这次设计不但涉及到我们学过的《机械设计基础》、《画法几何及机械制图》、《理论力学》、《材料力学》、CAD制图等知识，还涉及到我们还没学过的《公差与配合》等。

可见，机械设计是一门广泛综合的课程，单单靠教材学的点点是远远不够的，我们很有必要多点吸收课外的有关知识。

今后一定要注意综合思考问题和解决问题能力的提高，尽可能在工作和学习中少走弯路，但决不能回避困难，遇到困难时要冷静思考，多看参考书，问老师和同学们，力争尽快解决问题，设计中的问题请老师多多指教。