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设计说明书
机械原理课程设计说明书
设计题目糕点切片机
班级13级机自3班
学生姓名刘学文台宁
闫佳浩李罗金
指导教师郑丽娟
2015年6月29日
原始数据及设计要求
设计一款糕点切片机械，要求完成工艺动作。
糕点的直线间歇运动，和切刀的往复运动，通过两者的动作配合进行切片，可通过改变间歇运动的速度或每次间隔传输的距离满足糕点不同切片厚度的需要。
糕点厚度10~20mm；
糕点切片的长度（亦即切片的高）范围：
5~80mm；
切刀工作节拍，40次/分钟。
其他参数可自选，
要求选用的机构简单，轻便，运动灵活可靠。
成员及分工
1.刘学文：
负责图解法
（速度、加速度、力分析）；
2.台宁：
负责解析法，
需要建立速度、加速度、力分析解析式，并编程画出速度、加速度、原动件受力曲线，最终提供程序代码。
3.闫佳浩：
负责三维建模及运动仿真
需运动仿真曲线；
4.李罗金：
负责说明书整理及工作协调
目录
一、工作原理1
二、运动循环图2
三、机构选型2
四、方案评定和选择2
五、尺寸设计和计算3
六、机构运动简图4
七、运动学分析4
八、动力学分析7
九、误差分析7
十、主要参考文献7
心得8
附件12
一、工作原理
糕点切片机的原理可以分解齿轮的减速装置、刀具的往复运动，输送糕点的间歇运动。
减速装置由皮带轮和齿轮组成减速机构。
刀具的往复运动可以通过如下几种机构实现：
凸轮机构、曲柄滑块、六连杆机构。
输送蛋糕的间歇运动可以用棘轮、不完全轮和槽轮。
此外，本设计还涉及到所切的糕点长度需要具备可变性。
为达到此目的，我们也想到三种方案：
1、加棘轮罩2、改变摆杆角度（棘轮）3、更换齿轮。
二、运动循环图
（工作动作要求拟定）
3、机构选型
皮带传动:
工作平稳,噪声小,过载时“打滑”起到保护作用,制作方便,维修简单,适用中心距较大的传递。
蜗轮蜗杆：
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；相对滑动速度较大；传动效率较低；磨损严重；成本较高。
凸轮机构：
优点：
运转平稳，定位可靠，运动形式丰富。
缺点：
磨损严重。
曲柄滑块机构：
优点：
简单，易实现。
缺点：
耐磨性能、平面度等要求较高。
六连杆机构：
优点：
该机构结构简单，传动稳定灵活，效率较高，选材较易，与传动机构较为吻合。
缺点：
需要空间较大，数据计算复杂。
该机构传动不稳定，易磨损，故舍弃该机构。
棘轮机构：
优点：
结构简单、制造方便和运动可靠，并且可以通过调节摇杆长度或加棘轮罩等方式改变棘轮的转角来满足不同的进给需要。
缺点：
传动力小、工作时有冲击和燥声，而且精度较低，磨损较大。
不完全齿轮机构：
优点：
该机构传动灵活，结构简单，制造方便，成本较低，且能够实现稳定的间歇单向传动。
能够实现较大的传动效率。
槽轮机构：
优点：
结构简单、工作可靠、机械效率高。
缺点：
噪声大，磨损大，刚性冲击。
四、方案评定和选择
1.槽轮与六连杆机构
基本符合设计要求，六连杆可以实现急回特性，可以使刀具迅速上升。
槽轮可以实现间歇送入糕点。
但是，无法改变间歇输送距离。
2.不完全齿轮与曲柄滑块机构
可以通过改变不完全齿轮来控制每次糕点送入长度的大小，但更换齿轮麻烦。
曲柄滑块机构可以实现刀具的往复运动。
3.棘轮与曲柄滑块机构
由皮带轮和齿轮组成减速机构；曲柄滑块机构可以实现刀的往复运动；棘轮可以实现糕点间歇送入，并且可以通过加棘轮罩来改变棘轮转角问题，从而可以改变所切糕点的长度。
通过综合分析，我们选定方案三。
五、尺寸设计
发动机通过皮带轮和齿轮减速装置带动曲柄转动，曲柄复合铰接连杆2和连杆3，分别带动滑块的往复运动和摇杆的往复摆动，摇杆推动棘轮间歇转动，从而带动皮带的间歇移动。
发动机转速560r/min。
齿轮模数为1，压力角20°，齿数分别为Z1=63和Z2=18带轮直径分别为D1=60和D2=15。
切刀的往复运动我们采用曲柄滑块机构实现，糕点高度最高为80，取曲柄长为45，则滑块行程为90，其中10为行程余量，因最大压力角应小于45度，所以连杆2长应大于63.64，考虑机构紧密性等因素，取连杆长为75，则当刀底端走过行程余量时，曲柄转112.5度，所以曲柄摇杆的极位夹角应大于67.5度，我们取摇杆摆角为120度，极位夹角70度，摇杆长为100，则可算出连杆长为136.63，此时摇杆支座距曲柄中心水平距离为67.04，铅锤距离为47.12。
当摇杆转过3°时，带动棘轮转过3°，通过齿轮的变速传动，使传送带转过18°。
可使糕点前进5mm。
其中棘轮直径为60，与棘轮同轴的齿轮齿数为Z3=60，Z2=10。
传送带轴直径为32.
六、机构运动简图
（1号图纸）
七、运动学分析
图解法
图见A1图纸
矢量方程写在说明书上
速度分析：
Vb5=Va2+Vb2a2Vc4=Va3+Vc3a3
大小↓⊥O1A⊥AB⊥⊥⊥
方向?
ω1LO1A?
加速度分析：
aB=aAn+aBAn+aBAt
大小↓∥OA∥AB⊥BA
方向?
ω12LOAω22LAB?
解析法
见附件：
程序代码及分析
三维仿真法
见附件：
三维仿真图片及分析
有刀具位移图可看出随着曲柄1的连续转动，刀具做正玄运动，刀具的行程为90.
速度和加速度均没有突变。
速度在2-225之间变化，加速度在26-1263间变化。
摇杆角速度和角加速度变化曲线看出，摇杆有急回，
速度有突变，变化范围在1-644.
加速度也有突变。
变化范围在5-21941.
八、动力学分析
图解法
解析法
三维仿真法
九、误差分析
图解法由于作图误差，读数误差等原因，求出速度不是很精确，但是简单易实现。
解析法可以求出运动周期内各个点的位移，速度，加速度，但是在动力分析中，由于分析的力与实际情况差别很大，做了很大简化，所以受力分析只能预测其受力趋势，实际受力不如实验测准确。
三维仿真法可以更真实的模拟各种受力，速度，但是实际情况的受力大小，以及各构件的实际形状和重心实际位置不能确定，实际情况还是有一定差距。
综合分析，三维仿真分析最贴近实际，但是分析过程复杂。
解析法能很精确，但理想化程度高。
图解法误差最大，适用于精度要求不高的分析。
十、主要参考文献
《基于ADAMS的糕点切片机切刀和送料机构的运动仿真》
——昆明理工大学机电工程学院机械制造52卷第596期
《多功能切片机切口机构的设计与仿真》
——郑红（温州职业技术学院）实用科技
《基于SolidWorks平台的糕点切片机设计》
——刘源《机械与电子》2011（3）
《机械原理》（第二版）
——国防工业出版社主编李子安
心得
1.刘学文
首先我们确定摇杆的长度，并用CAXA画出了它的运动简图，之后用solidwords进行运动仿真。
通过这次课程设计我学会了solidwords软件的基本操作掌握了更多的使用工具。
并且在此设计过程中也培养了团队之间的协作精神。
在学完机械原理这门课程的同时，作为一名合格的机械学生，需要将所学的应用到实际设计机构中去，提高我们综合运用机械原理课程理论分析的能力，并结合生产实际来分析和解决工程问题。
根据已知机械的工作要求，通过制定设计方案、合理选择机构的类型、正确地对机构的运动和受力进行分析和计算，让我们对机构设计有一个较完整的概念。
同时也训练我们收集和运用设计资料以及计算、制图和数据处理及误差分析的能力，并在此基础上利用计算机基础理论知识，初步掌握编制计算机程序并在计算机上计算来解决机构设计问题的基本技能。
完成了整个课程设计，收获颇多，尤其是在软件应用上面，同时对机械原理的知识有了更进一步的认识。
纵观课程设计过程，我们各组员任务分配明确，相互沟通交流，互帮互助，工作有条不紊地前进。
短短的两周让我们受益匪浅：
首先要对问题认真重视，然后就是数学思想的完美性的思考，将机构放之现实生活中我们要考虑的问题，安全、稳定、美观、便捷、经济。
这是最复杂和困难的，也是想的最多的地方，也是能够突出成绩的地方。
我们在这方面想了很多，虽然有很多都没有在设计中体现出来，但总体上以满足要求。
此外我们也参考了一些网上的资料，大多数都比我们的方案要复杂，完善。
这也是我们此次设计的不足之处，可是我们确是在这些简单的零件组合与机构运动分析，对比，修改，调整中慢慢地喜欢上了一门原本被认为枯燥的课程。
当我们看到自己辛苦了几天所最终确定下来方案在solidwords软件里动起来时，激动之心溢于言表。
总而言之，良好的团队精神与认真负责的态度在让我们受益良多的同时也圆满地完成了此次机械原理课程设计。
2.台宁
一周的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中学到了许多东西。
领略到了别人优秀品质，更深切的体会到了人与人之间的那种相互协作的机制，最重要的是自己对知识有了更深刻的了解。
在设计过程中，口角的斗争是难免的，关键是我们如何处理这些分歧，而不是相互埋怨。
经过我组四人的讨论，对一些有疑惑的地方，有了更深刻的了解，并找到了最佳解决方案。
同时弥补了以前学习上盲点。
当一切结束以后，心中有一种很强烈的成就感。
不仅仅是因为学到了知识，并把知识运用到实践中，而是对团队合作有了更深刻的理解。
在设计过程中，我们四人各有分工，分别有自己的工作，把复杂的课设分成了三部分，减小了难度。
而且在完成自己的设计同时，还需要互相帮助。
总体来说，对整个设计来说，我们还是很满意的。
由于所学知识有限，难免会有错误，还希望老师批评指正。
由此我们可以更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。
通过这次课程设计，我们真是收获颇丰,不仅温习、巩固了课本上学所学知识，而且使让我们在实际操作中学会了多动脑带来的快乐，团体合作的力量以及相互讨论的好处。
对于设计流程：
参与课程设计的选题，对刮水器的机构进行构思，设计方案和设计思路。
绘制糕点切割机的机构简图。
对选定的方案进行尺寸设计。
在solidwords软件中设计出雨刮器机构，并对其进行仿真，得到各运动参数。
在此次的机械原理课程设计中，我们对于某些机构的原理知识，有了更高有一层的认识，有感性的认识变为了理性的理解以及掌握。
在设计过程中我们对于CAXA软件的使用变得越来越熟练，用于仿真分析的solidwords也更加娴熟系统了。
完成这项课题，还得感谢郑丽娟老师的帮助
3.闫佳浩
这次的课程设计是我们充分利用机械原理，将理论与实践的一次有机融合。
根据使用的要求及功能，选择合适的方案。
不过对我来说印象最为深刻的还是计算。
比如下冲图与上冲图等等的计算。
每组数据与运动分析等等我都要经过多次的计算和修改以确保课程设计的准确性和合理性。
合作也是我在这次课程设计的一次收获。
在课程设计的过程中，每个人都尽自己最大的努力去完成自己的任务。
不过，分歧还是存在的。
幸运的是我们三个人彼此之间互相理解，互相配合。
在经过几次的讨论及分析之后，圆满地解决了遇到的问题，顺利的结束了课程设计。
这周的课程设计对我来说真的是一种磨练，开始的时候我确实有些不知所措。
不过在同学的帮助和我们组的共同努力下我们还是顺利的完成了任务。
可以说我学到了很多也体会很深。
4.李罗金
机械原理是一门理论与实践相结合的课程，不仅需要我们掌握书本上的理论知识，而且需要我们有较高的实践能力。
本次机械原理课程设计为我们提供了一次很好的锻炼机会，让我明白了：
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的道理。
通过这次对切片机的输送机构和工作机构的设计，我觉得自己在很多方面都得到了提高。
此次课程设计，综合运用了本专业所学课程的理论和生产实际知识，从而培养和提高了我们独立工作的能力，巩固与扩充了机械原理课程所学的内容，掌握了课程设计的方法和步骤，提高了计算能力、绘图能力、独立思考能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都得到了全面复习。
在没有做课程设计之前，我觉得课程设计只是对这两年来所学知识的单纯总结，应该会很简单，后来我才发现自己得想法太片面了。
在设计过程中，由于思考方向有误、考虑问题不周等，常会遇到这样那样的问题，但最后在老师和同学的帮助下都一一解决了。
所以，课程设计不但锻炼了自己的创新设计能力，同时也让自己懂得了团队合作的重要性。
附件
三维仿真图片及分析
刀具位移曲线
刀具速度曲线
刀加速度曲线
摇杆角速度曲线
摇杆角加速度曲线
程序代码及分析
clearall
clc
t=0:
0.01:
1.5;
w1=40.*2.*pi./60;%曲柄1角速度ω1
fai1=w1.*t;
l1=45;
l2=75;
l3=136.63;
l4=100;
h=67.04;
v=47.12;
s=sqrt（h.^2+v.^2）;
%各杆外力
P1x=0;
P1y=500;%曲柄重力取值
P2x=0;
P2y=500;%连杆重力取值
P3x=0;
P3y=500;%连杆重力取值
P4x=0;
P4y=500;%摇杆重力取值
M1=0;
M2=0;%作用在2杆上的外力矩
M3=0;
M4=1;%作用在4杆上的外力矩
ls1=l1./2;
ls2=l2./2;%杆2重心位置
ls3=l3./2;%杆3重心位置
ls4=l4./2;%杆4重心位置
%建立空数组
R0=1:
1:
151;
R1=1:
1:
151;
A0=zeros（9）;
B0=zeros（1,9）';
%%
%曲柄滑块的位移，速度，加速度分析
fai2=asin（l1.*sin（fai1）./l2）;%连杆转角φ2
l5=l1.*cos（fai1）+l2.*cos（fai2）;%刀具位移s
w2=-w1.*l1.*cos（fai1）./（l2.*cos（fai2））;%连杆角速度ω2
v5=-w1.*l1.*sin（fai1）-w2.*l2.*sin（fai2）;%刀具速度v5
e2=（l1.*w1.*w1.*sin（fai1）+l2.*w2.*w2.*sin（fai2））./（l2.*cos（fai2））;%连杆角加速度ε2
a5=-l1.*w1.*w1.*cos（fai1）-l2.*w2.*w2.*cos（fai2）-l2.*e2.*sin（fai2）;%刀具加速度a5
subplot（1,3,1）;
plot（fai1,l5）;
title（'刀具位移曲线'）;
xlabel（'w1'）;ylabel（'H刀'）;
subplot（1,3,2）;
plot（fai1,v5）;
title（'刀具速度曲线'）;
xlabel（'w1'）;ylabel（'V刀'）;
subplot（1,3,3）;
plot（fai1,a5）;
title（'刀具加速度曲线'）;
xlabel（'w1'）;ylabel（'a刀'）;
%%
%曲柄摇杆的速度，加速分析
A=2.*l1.*l4.*sin（fai1）;
B=2.*l4.*（l1.*cos（fai1）-s）;
C=l3.^2-l1.^2-l4.^2-s.^2+2.*l1.*s.*cos（fai1）;
fai4=real（2.*atan（（A-sqrt（A.^2+B.^2-C.^2））./（B-C）））;%摇杆转角φ4
D=2.*l1.*l3.*sin（fai1）;
E=2.*l3.*（l1.*cos（fai1）-s）;
F=l1.^2+l3.^2+s.^2-l4.^2-2.*l1.*s.*cos（fai1）;
fai3=real（2.*atan（（D+sqrt（D.^2+E.^2-F.^2））./（E-F）））;%连杆转角φ3
w3=-real（w1.*l1.*sin（fai1-fai4））./（l3.*sin（fai3-fai4））;%连杆角速度ω2
w4=real（w1.*l1.*sin（fai1-fai3））./（l4.*sin（fai4-fai3））;%摇杆角速度ω2
e3=（-w1.^2.*l1.*cos（fai1-fai4）-l3.*w3.^2.*cos（fai3-fai4）+l4.*w4.^2）./（l3.*sin（fai3-fai4））;%连杆角加速度ε2
e4=real（w1.^2.*l1.*cos（fai1-fai3）+w3.^2.*l3-w4.*w4.*l4.*cos（fai4-fai3））./（l4.*sin（fai4-fai3））;%摇杆角加速度ε2
v4=w4.*l4./2;%摇杆上一点E速度
figure
（2）;
subplot（2,2,1）;
plot（fai1,fai4）;
title（'摇杆角位移曲线'）;
xlabel（'w1'）;ylabel（'φ摇'）;
subplot（2,2,2）;
plot（fai1,w4）;
title（'摇杆角速度曲线'）;
xlabel（'w1'）;ylabel（'ω摇'）;
subplot（2,2,3）;
plot（fai1,e4）;
title（'摇杆加角速度曲线'）;
xlabel（'w1'）;ylabel（'ε摇'）;
subplot（2,2,4）;
plot（fai1,v4）;
title（'摇杆上E点速度曲线'）;xlabel（'w1'）;ylabel（'VE'）;
%%
%曲柄摇杆动力分析
fori=1:
151
A0=[10-1000000;
010-100000;
-l3.*sin（fai3（i））l3.*cos（fai3（i））0000000;
-100010000;
0-10001000;
0000l4.*sin（fai4（i））l4.*cos（fai4（i））000;
001000-100;
0001000-10;
00-l1.*sin（fai1（i））l3.*cos（fai1（i））00001];
B0=[-P3x;
-P3y;
P3x.*ls3.*sin（fai3（i））-P3y.*ls3.*cos（fai3（i））-M3;
-P4x;
-P4y;
-P4x.*（l4-ls4）.*sin（fai4（i））-P4y.*（l3-ls3）.*cos（fai4（i））-M4;
-P1x;
-P1y;
P1x.*ls1.*sin（fai1（i））+P1y.*ls1.*cos（fai1（i））-M1];
%R0=[R34x;R34y;R13x;R13y;R04x;R04y;R01x;R01y;Mb3];
R01=B0\A0;
R0（i）=R01（9）;
end
figure（3）;
subplot（1,2,2）;
plot（t,R0）;
title（'曲柄摇杆静力分析曲线'）;
xlabel（'t'）;ylabel（'M3b'）;
%%
%曲柄滑块动力分析
fori=1:
151
A1=[10-10000;
010-1000;
-l2.*sin（fai2（i））l2.*cos（fai2（i））00000;
0010-100;
00010-10;
00-l1.*sin（fai1（i））l2.*cos（fai1（i））001];
B1=[-P2x;
-P2y;
P2x.*ls2.*sin（fai2（i））-P2y.*ls2.*cos（fai2（i））-M2;
-P1x;
-P1y;
P1x.*ls1.*sin（fai1（i））+P1y.*ls1.*cos（fai1（i））-M1];
%R0=[R02x;R02y;R12x;R12y;R01x;R01y;Mb2];
R11=B1\A1;
R1（i）=R11（7）;
end
figure（3）;
subplot（1,2,1）;
plot（t,R1）;
title（'曲柄滑块静力分析曲线'）;
xlabel（'t'）;ylabel（'M2b'）;
实验搭接截图
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