自動切菜機課程設(shè)計說明書

1、<p><b>　　課程名稱：機械設(shè)計</b></p><p>　　設(shè)計題目： 自動切菜機設(shè)計 </p><p>　　院 系： 機械工程系 </p><p><b>　　一 設(shè)計簡介</b></p><p>　　隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，自動化技術(shù)

2、已經(jīng)廣泛用于家庭生活的各個方面。采用自動化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴展人的器官功能，極大地提高勞動生產(chǎn)率，增強人類認識世界和改造世界的能力。自動切菜機就能把人們從繁重的家務(wù)活動中解脫出來，給予人們更多地休息時間。讓生活更美好。</p><p><b>　　二 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　（一

3、） 設(shè)計題目：自動切菜機</p><p>　　（二） 工作設(shè)計及工藝的動作過程</p><p>　　電動機經(jīng)皮帶和齒輪系減速后，達到30轉(zhuǎn)/分。再用棘輪機構(gòu)連接一皮帶組成菜品的進給機構(gòu)，并滿足間歇運動的要求。同時通過另外一組皮帶輪帶動曲柄滑塊機構(gòu)運動（滑塊上帶切刀），實現(xiàn)菜品的切割。間歇運動機構(gòu)與切刀運動機構(gòu)工作協(xié)調(diào)。由于每一次切的過程都一樣,從而使每一片菜品的大小都一樣。而通過改變進給的

4、距離，可調(diào)整切片的厚度。</p><p>　　（三）機構(gòu)的一些尺寸</p><p>　　1)菜品厚度：10~20mm。 </p><p>　　2)菜品切片長度（即切片高）范圍：5~20mm 。</p><p>　　3)切刀切片時最大作用距離（亦即切片寬度方向）：300mm。 </p><p>　　4)切刀工作節(jié)拍：30

5、次/min。 </p><p><b>　　主要設(shè)計要求是：</b></p><p>　　（1）通過調(diào)整進給的距離，達到切出不同厚度菜品的需要。</p><p>　?。?）要確保進給機構(gòu)與切片機構(gòu)協(xié)調(diào)工作，全部送進運動應(yīng)在切刀返回過程中完成，輸送運動必須在切刀完全脫離切口后方能開始進行。</p><p><b>

6、;　　（四）電機的選擇</b></p><p>　　在我國，電源頻率為50赫，ns=60f/P（旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速＝交流頻率/定子的極數(shù) ）。所以三相交流電機中一對極電機的同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，三相交流電機中兩對極電機的同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，余類推。異步電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速之差（稱為轉(zhuǎn)差）通常在10%以內(nèi)。由于我們要求的電機的轉(zhuǎn)速為150r/min。故不能選擇交流異步電機。</p>

7、;<p>　　最后我們決定選用轉(zhuǎn)速為150r/min，功率0.55KW的它勵式直流電機。</p><p>　　三 機械系統(tǒng)運動方案選擇</p><p>　　切刀的往復(fù)直線移動可采用連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪齒條、組合機構(gòu)等；</p><p>　　菜品的直線間歇運動可選擇連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)等。</p><

8、p>　　1、實現(xiàn)切刀往復(fù)運動的機構(gòu)</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　如上圖所示，可利用最短桿的圓周運動來實現(xiàn)切刀的上下往復(fù)運動。</p><p><b>　　此連桿機構(gòu)的優(yōu)點：</b></p><p>　　運動副為低副，低副的兩運動副位面接觸，壓強較小，可以承

9、受較大的載荷，并且有利于潤滑，運動副的集合形狀比較簡單，便于加工制造。</p><p>　　當原動件運動規(guī)律不變時，可以改變各構(gòu)件的長度從而使從動件得到不同的運動規(guī)律。</p><p>　　連桿上各點的軌跡是不同形狀的曲線，其形狀還隨著各構(gòu)件相對長度的改變而改變，從而得到形式眾多的連桿曲線，我們可以利用這些曲線來滿足不同曲線的設(shè)計要求。</p><p><b&

10、gt;　　吃連桿結(jié)構(gòu)的缺點：</b></p><p>　　連桿機構(gòu)的運動必須經(jīng)過中間構(gòu)件進行傳遞，傳遞路程較長，易產(chǎn)生較大的誤差累計，使機械效率較低。</p><p>　　此機構(gòu)雖然有上下往復(fù)運動，但它沒有急回運動特性。不能夠?qū)崿F(xiàn)切刀下切速度慢而收回速度快的特性，也不能夠很好的縮短空程的時間，影響效率。故放棄。</p><p><b>　　方案

11、二：</b></p><p>　　如下圖所示，該機構(gòu)為封閉的凸輪機構(gòu)。可利用凸輪的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)切刀的往復(fù)運動。</p><p>　　此幾何凸輪機構(gòu)的優(yōu)點：</p><p>　　只要適當?shù)脑O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律，而且機構(gòu)簡單緊湊。</p><p>　　凸輪機構(gòu)可承重較大，運動平穩(wěn)。</p>

12、<p><b>　　此機構(gòu)的缺點：</b></p><p>　　圖輪廓線與推桿之間為點、線接觸，易磨損。</p><p>　　沒有急回運動特性，不能夠?qū)崿F(xiàn)切刀下切速度快二上提速度快的特性。不能夠很好的縮短空程的時間，影響效率，因此舍棄該方案。</p><p><b>　　方案三</b></p>

13、<p>　　如下圖所示，該機構(gòu)為偏執(zhí)曲柄滑塊機構(gòu)，可以利用它實現(xiàn)切刀的往復(fù)運動。</p><p>　　此曲柄滑塊機構(gòu)的優(yōu)點：</p><p>　　由于偏執(zhí)滑塊機構(gòu)具有偏心距，所以該機構(gòu)具有很好的急回運動特性。</p><p>　　該機構(gòu)較為簡單，可根據(jù)已經(jīng)給定的尺寸要求設(shè)計出機構(gòu)各連桿的長度。</p><p>　　此機構(gòu)為連桿機構(gòu)，

14、可以承受較大的載荷，并且有利于潤滑，運動副幾何結(jié)構(gòu)比較簡單，便于加工制造。改變各構(gòu)件的相對長度來使從動件得到預(yù)期的運動規(guī)律。</p><p>　　綜上所述，選擇方案三是一個比較不錯的選擇。</p><p>　　令該偏執(zhí)滑塊機構(gòu)的偏距e=10mm。此機構(gòu)主要是執(zhí)行切刀的上下往復(fù)運動。由于所切的菜品厚度最大為30mm，所以切刀在30mm之上運動時，菜品才能運動。為了給菜品足夠的傳送時間，設(shè)計切

15、刀的行程為2倍菜品的最大厚度，即為C1C2長度等于60mm。設(shè)刀片高為40mm，刀片不能回縮到滑塊軌道上，所以滑塊長度應(yīng)大于C1C2，取滑塊長度為65mm?？梢粤钋鶤B長度為25mm，BC長度為60mm。</p><p><b>　　極為夾角為：</b></p><p>　　cos a=[（BC-AB）²+(AB+BC)²-C1C2²]

16、/2(BC-AB)*(AB+BC)</p><p><b>　　=0.815</b></p><p>　　a=arc cos0.815=35.4º</p><p><b>　　綜上：</b></p><p><b>　　曲柄長25mm；</b></p>

17、<p><b>　　連桿長60mm；</b></p><p><b>　　偏距10mm；</b></p><p><b>　　刀片高40mm；</b></p><p>　　刀片所在滑塊長65mm；</p><p>　　極位夾角a=35.4º；</p&g

18、t;<p>　　2.實現(xiàn)菜品直線間歇運動的機構(gòu)</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　如下圖所示，為一連桿步進輸送機構(gòu)，可實現(xiàn)直線間歇移動。</p><p><b>　　此連桿機構(gòu)的優(yōu)點：</b></p><p>　　此機構(gòu)能夠完全實現(xiàn)直線間歇移動。<

19、/p><p>　　如果連桿的尺寸角度設(shè)計得當，此機構(gòu)具有傳遞平穩(wěn)，運動精確的優(yōu)點。</p><p><b>　　此連桿機構(gòu)的缺點：</b></p><p>　　連桿BCD運動的軌跡是一個完全不規(guī)則的曲線,再設(shè)計連桿機構(gòu)ABCDE時，要想使連桿和掛鉤接觸的部分的運動曲線近似為直線，機構(gòu)中每個連桿的長度的定位都比較困難。不容易計算得出最終的尺寸和方位。

20、舍棄該方案。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　如下圖，該方案采用槽輪機構(gòu)</p><p><b>　　此機構(gòu)的優(yōu)點：</b></p><p>　　對于菜品的傳送，槽輪機構(gòu)能夠完全實現(xiàn)直線間歇運動。</p><p>　　槽輪機構(gòu)也比較實用，容易

21、計算，運動也比較精確。</p><p><b>　　該槽輪機構(gòu)的缺點：</b></p><p>　　如果使用槽輪機構(gòu)的話，則很難改變被切菜品的厚度，如果中間搭配齒輪減速器來改變速度的話又顯得復(fù)雜。故舍棄該方案。</p><p><b>　　方案三：</b></p><p>　　如下圖，選擇棘輪機構(gòu)：

22、</p><p>　　該棘輪機構(gòu)的優(yōu)點有：</p><p>　　棘輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，其機械效率高，并能較為平穩(wěn)地，間歇地進行轉(zhuǎn)位，能實現(xiàn)菜品厚度的調(diào)節(jié)，故采用此機構(gòu)。</p><p>　　棘輪機構(gòu)主要是執(zhí)行菜品的進給運動,每一次的運動距離就是所切菜品的長度。為了更好的控制和改變這個長度,設(shè)棘輪每轉(zhuǎn)動一定角度,菜品運動20mm,設(shè)棘輪共有24個齒,既每齒代

23、表15度。于是一共有四檔,即20,40,60,80mm,也就是說棘輪轉(zhuǎn)動15,30,45,60度。對于棘輪的轉(zhuǎn)動,設(shè)計一個曲柄搖桿機構(gòu)推動棘輪旋轉(zhuǎn)。于是棘輪的旋轉(zhuǎn)角度就可以轉(zhuǎn)化為搖桿的擺角。即15,30,45,60度。在棘輪外加裝一個棘輪罩，用以遮蓋搖桿擺角范圍內(nèi)棘輪上的一部分齒。這樣，當搖桿順時針搖動時，棘爪先在罩上滑動，然后才嵌入棘輪的齒槽中推動其轉(zhuǎn)動。被罩遮住的齒越多，則棘輪每次轉(zhuǎn)動的角度就越小。棘輪罩設(shè)置四個轉(zhuǎn)角分別為15，30

24、，45，60度。設(shè)有槽的圓盤直徑為150mm,棘輪半徑為100mm,在搖桿上裝一個棘爪, 棘爪推動棘輪旋轉(zhuǎn),棘輪上再固定一個皮帶輪用以帶動皮帶旋轉(zhuǎn)。其尺寸為:</p><p>　　棘輪半徑100mm;</p><p><b>　　棘輪齒數(shù)24個;</b></p><p>　　設(shè)曲柄和搖桿與地面兩定點的距離為175mm，搖桿的最大擺角為75

25、76;。搖桿長度為200。設(shè)曲柄長為x，連桿長為y。可得方程：</p><p>　　cosA= [ 175²+100²-（x+y）²]/2*175*100；</p><p>　　cosB= [ 175²+100²-（y-x）²]/2*175*100；</p><p><b>　　B=75°

26、;；</b></p><p>　　解得：x=50；y=210；</p><p>　　所以有曲柄搖桿機構(gòu)尺寸:</p><p><b>　　曲柄長50mm;</b></p><p><b>　　連桿長210mm;</b></p><p><b>　　搖桿長

27、200mm;</b></p><p>　　依據(jù)零件尺寸，作圖計算得出：</p><p>　　推動棘輪的曲柄搖桿機構(gòu)的行程速比系數(shù)為：k=1；又工作周期為2秒，則搖桿推程時間為：1秒，回程時間為：1秒。</p><p>　　因此，切刀在1秒的時間內(nèi)不能接觸菜品（最大厚度為20mm）,而在1秒的時間里切刀應(yīng)完成切菜品的動作并離開菜品表面。即切刀在菜品外運動的

28、時間應(yīng)大于1秒．據(jù)此驗證切刀的曲柄滑塊機構(gòu)的尺寸。計算得切刀在20mm以上的高度運動時間大于1秒，所以滿足設(shè)計要求。</p><p><b>　　四 減速系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　該切菜機機構(gòu)原動件為一高速電機，其轉(zhuǎn)速為150r/min，但是我們需要的轉(zhuǎn)速為30r/min，所以需要減速裝置。因機器對主軸轉(zhuǎn)速精度要求不高。第一級用皮帶傳動，第二級用齒輪傳動。

29、皮帶傳動有良好的撓性和彈性；能吸震和緩沖，傳動平穩(wěn)噪聲小；有過載保護功能，當過載時輪緣打滑，防止其它的機件損壞；且成本較低。齒輪傳動精確、傳動效率高,且減速比不是很大，考慮減速裝置的重量和體積則第二級減速采用單級圓柱齒輪減速比較適宜。第一級降速用皮帶輪減為50r/min。第二級是用齒輪減速到30r/min。兩減速傳動機構(gòu)設(shè)計分析如下：</p><p><b>　　1皮帶輪設(shè)計：</b><

30、;/p><p>　　皮帶輪傳動主要是采用兩個半徑不相同的皮帶輪實現(xiàn)。由于皮帶上線速度相等可知：</p><p>　　r1*w1=r2*w2；</p><p>　　r1*n1=r2*n2；</p><p>　　150*r1=50*r2；</p><p>　　r1/r2=50/150</p><p>　

31、　可以使電機上皮帶輪的半徑大小為r1=30mm；另一端皮帶輪半徑大小為r2=90mm。傳動比i=150/50=3。</p><p><b>　　皮帶輪的選擇：</b></p><p>　　皮帶輪，屬于盤轂類零件，一般相對尺寸比較大，制造工藝上一般以鑄造、鍛造為主。一般尺寸較大的設(shè)計為用鑄造的方法，材料一般都是鑄鐵，很少用鑄鋼；一般尺寸較小的，可以設(shè)計為鍛造，材料為鋼。

32、</p><p>　　因為該切菜機的功率不高，需要皮帶輪傳動的力矩不大。</p><p>　　結(jié)構(gòu)：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為40°，相對高度近似為0.7梯形截面環(huán)形帶有包布式和切邊式兩種。</p><p>　　特點：當量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附性好，允許包角小、傳動比大、預(yù)緊力小、繩芯結(jié)構(gòu)帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。</p><p

33、>　　應(yīng)用：速度<25～30m/s、功率<700kW、傳動比≤10軸間距小的傳動。</p><p>　　結(jié)構(gòu)：承載層為繩芯，楔角為40°，相對高度近似為0.9梯形截面環(huán)形帶有包布式和切邊式兩種。</p><p>　　特點：除具有普通V帶的特點外，能承受較大的預(yù)緊力，允許速度的曲撓次數(shù)高，傳動功率大，耐熱性好。</p><p>　　應(yīng)用：大

34、功率結(jié)構(gòu)緊湊的傳動。</p><p>　　最后我們決定選擇普通V帶輪。</p><p><b>　　2齒輪系的設(shè)計：</b></p><p>　　經(jīng)皮帶輪減速后的轉(zhuǎn)速為50r/min，而我們需要的轉(zhuǎn)速是30r/min。因此還需要齒輪降速。</p><p><b>　　選擇齒輪參數(shù)如下：</b><

35、;/p><p>　　i=z2/z1=5/3</p><p>　　齒距 p1=mπ=5π=15.7mm=p2</p><p>　　齒厚 s1=mπ/2=2.5π=7.85mm=s2</p><p>　　齒槽寬e1=mπ/2=2.5π=7.85mm=e2</p><p>　　基圓 db1=d1*cosα=d1*cos20

36、76;=90*cos20°=84.6 mm </p><p>　　db2=d2*cosα=d2*cos20°=150*cos20=140.1mm</p><p>　　齒頂高ha1=(ha* ) *m=5mm=ha2 </p><p>　　頂隙 C1=(c*)*m=1.25mm=C2 </p><p>　　齒根高hf

37、1=ha1+c1=5.25mm=hf2</p><p>　　齒頂圓da1=d1+2ha=100mm da2=d2+2ha=160mm</p><p>　　齒根圓df1=d1-2hf =84.75mm df2=d2-2hf =144.75mm</p><p>　　全齒高h1=ha+hf1=10.25mm h2=ha+hf2=10.25mm</p>

38、<p>　　中心距 a=(d1+d2)/2=m/2(Z1+Z2)=240mm</p><p><b>　　五 傳動系統(tǒng)演示</b></p><p><b>　　六 三維視圖</b></p><p>　　七 執(zhí)行機構(gòu)的仿真分析</p><p>　　切刀的位移函數(shù)圖象：</p>

39、<p>　　切刀的速度函數(shù)圖象：</p><p>　　切刀的加速度函數(shù)圖象：</p><p><b>　　八 心得體會</b></p><p>　　機械設(shè)計課程設(shè)計結(jié)束了，在這次的切菜機設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我對問題的把握能力，對問題的處理能力。在設(shè)計過程中，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)。自己不僅在理論知識上取得了提

40、高，也懂得了如何將理論知識運用到實踐當中。</p><p>　　這次機械設(shè)計課程設(shè)計是我們大學(xué)以來第二次課程設(shè)計，這是對我們以往知識的一次總結(jié)提高。通過這次課程設(shè)計，我在很多方面都有所提高。不僅鞏固與擴充了機械設(shè)計課程上所學(xué)的內(nèi)容，還提高了計算能力，cad繪圖能力，運用proe軟件和adams軟件對實物進行仿真的能力。熟悉了規(guī)范和標準，同時各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨立思考的能力也有了提高。</p&g

41、t;<p>　　在此感謝我們的溫亞蓮老師.，老師嚴謹細致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我們學(xué)習(xí)中的榜樣。在這次機械設(shè)計課程設(shè)計中得到了溫老師的很多幫助，給我們了很多啟發(fā)，幫助我們能夠很順利的完成了這次課程設(shè)計。同時也感謝對我?guī)椭^的同學(xué)們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)之間的友誼。</p><p>　　同時也因為我的專業(yè)素質(zhì)的不足，在設(shè)計過程中難免出現(xiàn)一些錯誤，懇請溫老師多多指教。</p&g