糕點切片創(chuàng)新設(shè)計課程說明書

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一 設(shè)計任務(wù)……………………………………………………………………2</p><p>　　二 機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計的構(gòu)思……………………………………………3</p><p>　　三 機構(gòu)運動方案的評定和選擇………………………………………………6</p>

2、<p>　　四 根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖………………………………7</p><p>　　五 傳動系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………………………7</p><p>　　六 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………………………10</p><p>　　七 方案評價……………………………………………………………………16&l

3、t;/p><p>　　八 參考資料……………………………………………………………………16</p><p>　　九 創(chuàng)新設(shè)計心得………………………………………………………………16</p><p><b>　　一 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1 工作原理及工藝動作過程</p><p>

4、;　　糕點先成型(如長方體、圓柱體等)經(jīng)切片后再烘干。糕點切片機要求實現(xiàn)兩個執(zhí)行動作：糕點的直線間歇移動和切刀的往復(fù)運動。通過兩者的動作配合進行切片。改變直線間歇移動速度或每次間隔的輸送距離，以滿足糕點不同切片厚度的需要。</p><p><b>　　2 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1)根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖；</p>&l

5、t;p>　　2)進行間歇運動機構(gòu)和切口機構(gòu)的選型，實現(xiàn)上述動作要求；</p><p>　　3)機械運動方案的評定和選擇；</p><p>　　4)根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)擬定機械傳動方案；</p><p>　　5)畫出機械運動方案簡圖(機械運動示意圖)；</p><p>　　6)對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進行尺度設(shè)計。<

6、/p><p>　　3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求</p><p>　　1)糕點厚度10～20mm；</p><p>　　2)糕點切片長度(亦即切片的高)范圍。5～80mm；</p><p>　　3)切刀切片時最大作用距離(亦即切片的寬度方向)300mm；</p><p>　　4)切刀工作節(jié)拍40次／min；</p>

7、<p>　　5)電動機可選用0.55kW(或0.75kW)、1390r／min；</p><p>　　6)生產(chǎn)阻力很小，要求選用的機構(gòu)簡單、輕便、運動靈活可靠。</p><p><b>　　主要設(shè)計要求是：</b></p><p>　?。?）通過調(diào)整進給的距離，達(dá)到切出不同厚度糕點的需要。</p><p>　

8、?。?）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>　　二 機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計的構(gòu)思</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>　　糕點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。&l

9、t;/p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　凸輪連桿機構(gòu)——從動件在某一側(cè)極限位置停歇的間歇移動機構(gòu)；</p><p><b>　　1、機構(gòu)組成</b></p><p>　　圖一所示機構(gòu)由凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)所組成。固定在凸輪4在a角的范圍內(nèi)溝槽是一段凹圓弧，以圓弧的半徑r為連桿5

10、的桿長，圓心為滑塊1與連桿5的鉸鏈中心。</p><p><b>　　2、工作原理</b></p><p>　　主動導(dǎo)桿3勻速轉(zhuǎn)動，帶動同時也在凸輪溝槽中運動的滾子2，通過連桿5使滑塊1作往復(fù)移動。當(dāng)導(dǎo)桿3在a角范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動時，滑塊一在左極限位置停歇，從而實現(xiàn)單側(cè)停歇的間歇移動。</p><p><b>　　3、機構(gòu)的優(yōu)缺點</b

11、></p><p>　　1）優(yōu)點：連桿部分運動副均為低副，底副的兩運動副元素為面接觸，壓強較小，可承受較大的載荷，并且有利于潤滑，運動副元素的幾何形狀較簡單，便于加工制造。當(dāng)原動件的運動規(guī)律不變，可用改變各構(gòu)件的相對長度來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各種不同形狀的曲線，其形狀還隨著各構(gòu)件相對長度的改變而改變，從而可以得到形式眾多的連桿曲線，我們

12、可以利用這些曲線來滿足不同曲線的設(shè)計要求。</p><p>　　缺點：連桿機構(gòu)的運動必須經(jīng)過中間構(gòu)件進行傳遞，傳遞路線較長，易產(chǎn)生較大的誤差累計，使機械效率降低。</p><p>　　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>　　4、各執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計</p><p><

13、b>　　1）曲柄滑塊機構(gòu)</b></p><p>　　此機構(gòu)主要是執(zhí)行切刀的上下往復(fù)運動。由于所切糕點的厚度最大為20mm,所以切刀在20mm之上運動時,糕點才能運動。為了給糕點足夠的傳送時間,設(shè)計刀的行程為90mm,即曲柄長45mm。</p><p>　　2）棘輪機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)</p><p>　　已知棘輪機構(gòu)的半徑R</p>

14、<p><b>　　曲柄長：64mm</b></p><p>　　連桿長：112.46mm</p><p><b>　　連架桿：76mm</b></p><p>　　機架長：108.49mm</p><p><b>　　5、設(shè)計過程</b></p>&l

15、t;p>　　根據(jù)曲柄滑塊的搖桿擺角范圍14度——229度，所設(shè)計的曲柄搖桿機構(gòu)范圍為14度——229度即能滿足設(shè)計要求，我們利用桿與機構(gòu)的運動關(guān)系及借助計算機VB程序輔助計算得到曲柄長64mm,連桿長112.46mm，連架桿76mm,機架長108.49mm。</p><p><b>　　6、齒輪系的設(shè)計</b></p><p>　　經(jīng)皮帶減速后的轉(zhuǎn)速為240r/

16、min,而我們所要的轉(zhuǎn)速為40r/min。因此還需要的傳動比為6/1,選用的齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪：</p><p>　　m=4mm，z1=25,z2=50,z2'=25,z3=75，傳動比i=6/1。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p><b>　　機構(gòu)組成</b></p><

17、;p>　　皮帶齒輪減速機構(gòu)，曲柄滑塊切片機構(gòu)，摩擦輪送料機構(gòu)。</p><p><b>　　2、工作原理</b></p><p>　　1）通過皮帶齒輪減速機構(gòu)將1390r/min的電動機減速到40r/min。</p><p>　　2通過曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)刀具的往復(fù)運動（曲柄轉(zhuǎn)動一周通過連桿帶動滑塊實現(xiàn)一個行程為80的來回運動）。</p

18、><p>　　3）通過摩擦輪實現(xiàn)單向間歇移動（凸輪主軸順時針轉(zhuǎn)動，輪上的突出圓弧廓線與工件接觸時，2,3輪對滾，輪間的摩擦力使工件1左移送進。當(dāng)輪2的廓線與工件脫離接觸后，工件則靜止。輪2轉(zhuǎn)動一周，工件完成一個周期的送進和停歇動作）。</p><p><b>　　該機構(gòu)優(yōu)缺點</b></p><p>　　皮帶齒輪減速機構(gòu)可以實現(xiàn)較長距離的運動傳送，

19、切刀的往復(fù)移動所采用的曲柄滑塊機構(gòu)桿機構(gòu)具有急回特性，可使刀在向下運動及切糕時速度加快，從而使切口光滑。同時該機構(gòu)可承受較大載荷，運動副元素的幾何形狀簡單。改變個機構(gòu)件的相對長度來使從動件得到預(yù)期的運動規(guī)律。此機構(gòu)具有連桿機構(gòu)的共同缺點，機械效率降低，這是連桿機構(gòu)所不能避免的。糕點的直線間歇移動采用了摩擦輪機構(gòu)，這是步進式的單向送進機構(gòu)，適合與板條形狀工件輸送，且機構(gòu)設(shè)計簡單，成本低，但很難實現(xiàn)改變切片的長度。</p>&

20、lt;p><b>　　方案三：</b></p><p><b>　　機構(gòu)組成</b></p><p>　　皮帶齒輪機構(gòu)，曲柄滑塊機構(gòu)，棘輪機構(gòu)，曲柄搖桿機構(gòu)。</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　1）通過皮帶齒輪減速機構(gòu)將1390r/min的

21、電動機減速到40r/min。</p><p>　　2）通過偏置的曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)刀具的往復(fù)運動，從而實現(xiàn)糕點的切割。</p><p>　　3）通過皮帶輪的旋轉(zhuǎn)帶動曲柄的擺動，進而是搖桿往復(fù)擺動一定角度，隨而推動棘輪擺動，由于皮帶輪和棘輪以共同角速度轉(zhuǎn)動，繼而使傳送帶向前移動10mm~20mm。</p><p><b>　　3、機構(gòu)優(yōu)缺點</b>

22、</p><p>　　該機構(gòu)能實現(xiàn)間歇直線運動，并能通過調(diào)節(jié)遮板來調(diào)節(jié)傳送帶的前進距離。缺點是該機構(gòu)的磨損較大，應(yīng)采用鑄鐵鑄造完成。</p><p>　　三 機構(gòu)運動方案的評定和選擇</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　動副均為低副，兩運動副元素為面連接，壓強較小，可承受較大的載荷，且?guī)缀?/p>

23、形狀簡單，便于加工。而且連桿上各點的軌跡是各種不同形狀的曲線，氣形狀隨著各構(gòu)件相對長度的改變而改變，從而可以得到形式眾多的連桿曲線，可以這些曲線來滿足不同曲線的設(shè)計要求。</p><p>　　此機構(gòu)雖有上下往復(fù)運動，但她并沒有機會運動特性。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。</p><p><b>　　方案二：</b>

24、</p><p>　　只要適當(dāng)?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，可承重較大，運動平穩(wěn)。</p><p>　　但是凸輪廓線與推桿之間為點、線接觸，易磨損。切沒有急回特性，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。</p><p><b>　　方案三：</b>&l

25、t;/p><p>　　此機構(gòu)急回特性。結(jié)構(gòu)簡單。具有連桿機構(gòu)的共同優(yōu)點，同時</p><p>　　此機構(gòu)具有連桿機構(gòu)的共同缺點，機械效率降低，這是連桿機構(gòu)所不能避免的。</p><p><b>　　最終方案確定：</b></p><p>　　1、設(shè)計的機構(gòu)要盡量滿足自動化的要求。為了實現(xiàn)切的動作,我們開始采用凸輪機構(gòu),來實現(xiàn)

26、刀的往復(fù)運動,用凸輪可以很好的控制刀的運動,實現(xiàn)最優(yōu)的運動軌跡,可是凸輪的設(shè)計和制造比較復(fù)雜，且不能傳遞較大的力,而且切糕點也不需要那么高的精度。于是我們考慮用曲柄滑塊機構(gòu),曲柄滑塊機構(gòu)一樣可以實現(xiàn)刀的往復(fù)運動,可傳遞較大的力,能足我們的需要,而且其機構(gòu)簡單，加工制造方便，能減少生產(chǎn)成本，于是我們確定用曲柄滑塊機構(gòu)。</p><p>　　2、對于蛋糕的傳送,既要滿足間歇運動的要求,又能通過改變進給距離而切出不同厚

27、度的糕點。經(jīng)過查資料后，我們選擇了棘輪機構(gòu)。用棘輪機構(gòu)可以方便的實現(xiàn)改變切片的長度。且棘輪機構(gòu)設(shè)計加工簡單，改變切片的長度時操作方便。</p><p>　　四 根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖</p><p><b>　　1、刀具往復(fù)運動</b></p><p>　　切刀每分鐘得完成切割40次的工作節(jié)拍。所以連接曲柄的齒輪的轉(zhuǎn)速為40次/

28、min，切刀做豎直面內(nèi)的往復(fù)直線運動，當(dāng)其往下運動到與最低點相距約5mm至80mm（這是糕點的厚度）時開始切割糕點，此時糕點靜止不動，切割完畢切刀往上運動到距離最低點約80mm時糕點運動起來，把切好的糕點片帶走并把糕點送進待切，切刀繼續(xù)往上運動，直到最高點，之后再往下運動，直到最低點相距約5mm至80mm（這是糕點的厚度）時又開始切割糕點，此時糕點又靜止。如此往復(fù)循環(huán)。下圖是刀具的位移運動圖（兩個周期）：</p><

29、p><b>　　五：棘輪的設(shè)計</b></p><p>　　棘輪機構(gòu)主要是執(zhí)行糕點的進給運動,每一次的運動距離就是所切糕點的長度。為了更好的控制和改變這個長度,設(shè)棘輪每轉(zhuǎn)動30度,糕點運動10mm,設(shè)棘輪共有12個齒,既每齒代表30度。棘輪外設(shè)有遮板，轉(zhuǎn)動遮板的位置可控制棘輪所擺動的角度。于是一共有兩個檔,即10mm,20mm。即棘輪每轉(zhuǎn)動30度,60度。傳送帶向前移動10mm,20m

30、m。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)。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)。</p><p>　　棘輪的尺寸確定：m=5,Z=12,齒頂圓d=60mm,齒根圓d=60-0.75x5=56.25mm</p><p>　　皮帶輪的尺寸確定：皮帶輪直徑D=60mm</p><p>　　曲柄搖桿機構(gòu)的設(shè)計：</

31、p><p>　　曲柄滑塊機構(gòu)（刀具）的設(shè)計</p><p>　　齒輪皮帶減速系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　減速皮帶輪 減速齒輪 送料皮帶輪</p><p>　　本機構(gòu)原動件為一高速電機,其轉(zhuǎn)速為1390 r/min,但我們所需要的轉(zhuǎn)速是40r/min,所以要減速。對于減速裝置我們采用皮帶加齒

32、輪的方法。第一級降速是用皮帶減速,減為240r/min。第二級是用齒輪減為40r/min。兩傳動機構(gòu)設(shè)計分析如下:</p><p><b>　　(一)皮帶傳達(dá)設(shè)計</b></p><p>　　皮帶傳動設(shè)計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，由r1*v1=r2*v2，</p><p>　　1390*r1=240*r2<

33、;/p><p>　　r1/r2=24/139</p><p>　　由此可見算出電機上皮帶輪直徑大小r1=36mm；另一端皮帶輪半徑大小r2=220mm。傳動比i=139/24。</p><p><b>　　(二)齒輪系的設(shè)計</b></p><p>　　經(jīng)皮帶減速后的轉(zhuǎn)速為240r/min,而我們所要的轉(zhuǎn)速40r/min。因

34、此還需要的傳動比為6/1,選用的齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。</p><p><b>　　直齒輪參數(shù)表</b></p><p>　　傳動比 i=6/1。</p><p>　　六 執(zhí)行系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計</p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)分兩個,第一個為曲柄滑塊機構(gòu),第二個為棘輪機構(gòu),現(xiàn)分別介紹如下：</p><p>

35、　　(一)曲柄滑塊機構(gòu)（帶切刀）</p><p>　　此機構(gòu)主要是執(zhí)行切刀的上下往復(fù)運動。由于所切糕點的厚度最大為20mm,所以切刀在20mm之上運動時,糕點才能運動。為了給糕點足夠的傳送時間,設(shè)計刀的行程為60mm,即曲柄長30mm；刀的高度設(shè)為37mm?？紤]到衛(wèi)生問題,刀不能縮到滑塊的軌道里去,所以設(shè)計滑塊的長度為65mm；又設(shè)計連接桿的長度為60mm。這樣曲柄滑塊機構(gòu)的高度比較高,所以采用皮帶傳動。又切刀應(yīng)

36、能剛好切斷糕點,綜合曲柄滑塊和棘輪機構(gòu)的尺寸,我們得出曲柄滑塊機構(gòu)和棘輪機構(gòu)軸心距為269mm。</p><p>　　所以曲柄滑塊機構(gòu)的尺寸為:</p><p><b>　　曲柄長30mm；</b></p><p><b>　　連接桿長60mm；</b></p><p><b>　　滑塊長

37、65mm；</b></p><p><b>　　刀片高37mm；</b></p><p><b>　　皮帶長1.63m</b></p><p>　　曲柄滑塊機構(gòu)和棘輪機構(gòu)軸心距為269mm。</p><p><b>　　（二)棘輪機構(gòu)</b></p>

38、<p>　　棘輪機構(gòu)主要是執(zhí)行糕點的進給運動,每一次的運動距離就是所切糕點的長度。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,糕點運動20mm,設(shè)棘輪共有24個齒,既每齒代表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

39、搖桿擺角范圍內(nèi)棘輪上的一部分齒。這樣，當(dāng)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15，30，45，60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)。由運動距離可以得出皮帶輪的直徑為153mm,這樣棘輪機構(gòu)就設(shè)計完了。</p><p&

40、gt;<b>　　其尺寸為:</b></p><p><b>　　曲柄搖桿機構(gòu):</b></p><p><b>　　曲柄長50mm；</b></p><p><b>　　連桿長210mm；</b></p><p><b>　　搖桿長200mm；

41、</b></p><p><b>　　棘輪半徑86mm;</b></p><p><b>　　棘輪齒數(shù)24個；</b></p><p>　　皮帶輪直徑153mm；</p><p><b>　　皮帶長1.5m。</b></p><p>　　整個

42、機器的關(guān)鍵就在于切刀運動與糕點傳送運動之間的協(xié)調(diào),因此需要詳細(xì)計算。</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1.5秒，則搖桿推程時間為：0.75秒；回程時間為：0.75秒。</p><p>　　因此，切刀在0.75秒的時間內(nèi)不能接觸糕點（最大厚度為20mm）,而在0.75秒的

43、時間里切刀應(yīng)完成切糕點的動作并離開糕點表面。即切刀在糕點外運動的時間應(yīng)大于0.75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為1秒，滿足設(shè)計要求。</p><p><b>　　七 傳動系統(tǒng)演示</b></p><p><b>　　八 主要參考資料</b></p><p>　　1、孫恒主

44、編，機械原理，西北工業(yè)大學(xué)，2006</p><p>　　2、鄒慧君張青主編，機械原理課程設(shè)計手冊，2005</p><p><b>　　九 創(chuàng)新設(shè)計心得</b></p><p>　　兩個星期的機械原理課程設(shè)計就要結(jié)束了，回顧這些天的為課程設(shè)計所作出的種種努力，我收獲頗豐。不僅在規(guī)定的時間完成了老師不止的任務(wù)，同時對于專業(yè)知識的掌握也更加牢固

45、了。</p><p>　　剛開始，我認(rèn)為這個課程設(shè)計題目很簡單，根本沒有把它當(dāng)回事，可開頭的傳動輪選擇就給我上了一課。我本來認(rèn)為傳動只負(fù)責(zé)把糕點從一端傳到另一端就好了，可在我們討論的時候才發(fā)現(xiàn)錯了。這個不僅要考慮糕點的傳動，還要考慮糕點的切的動作。隨即，便將考慮的種種可能記錄下來寫成方案，最終經(jīng)過幾天的奮戰(zhàn)才將方案確定下來。</p><p>　　過程是辛苦的，但結(jié)果是甜蜜的，我們的課程設(shè)計