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目錄
一． 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)條件…………………………..2
二． 原始數(shù)據(jù)………………………………………..2
三． 設(shè)計(jì)方案………………………………………..3
四． 機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的確定…………………………..7
五． 設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)中典型運(yùn)動(dòng)分析………………………9
六． 機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)…………………………………..10
七． 切削機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析…………………………..13
八． 力學(xué)分析…………………………………………15
九.自我評(píng)價(jià)及感想………………………………….15
十一.參考文獻(xiàn)……………………………………….16
一． 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)條件
糕點(diǎn)切片機(jī)要求實(shí)現(xiàn)兩個(gè)執(zhí)行動(dòng)作：糕點(diǎn)的直線間歇運(yùn)動(dòng)和切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)兩者的運(yùn)動(dòng)配合進(jìn)行切片。改變每次間隔的輸送距離，以獲得不同厚度的糕點(diǎn)切片，要求生產(chǎn)阻力小，要求選用的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、運(yùn)動(dòng)靈活可靠。
二.原始數(shù)據(jù)
1. 糕點(diǎn)厚度10～20mm
2. 糕點(diǎn)切片厚度范圍5～80mm
3. 切刀切片時(shí)最大位移30mm
4. 切刀工作節(jié)拍40次/min
5. 電動(dòng)機(jī)可選用0.55kw（0.75kw）、1390r/min
三． 設(shè)計(jì)方案
1. 糕點(diǎn)直線間歇運(yùn)動(dòng)
方案一.棘輪式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
圖（1）
機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說(shuō)明：棘爪的連續(xù)往復(fù)擺動(dòng)，帶動(dòng)棘輪間歇性的單向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與其相連的圓盤(pán)1間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿3使滑塊4（即送糕點(diǎn)平板）完成往復(fù)間歇平動(dòng)。
方案二.端面凸輪頂桿機(jī)構(gòu)
圖（2）
機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說(shuō)明：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)輪1勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與輪1相連接的端面凸輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)端面內(nèi)導(dǎo)槽設(shè)計(jì)為一定形狀曲線時(shí)，其推動(dòng)頂桿（連一送料板）3間歇性的向前運(yùn)動(dòng)，由于彈簧4的作用使頂桿返回，從而在一個(gè)周期內(nèi)完成往復(fù)間歇直線運(yùn)動(dòng)。另外，當(dāng)端面凸輪為一標(biāo)準(zhǔn)橢圓端面時(shí)，可選擇在輪1處加一間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，最終達(dá)到間歇往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)之目的。
方案三.棘輪式皮帶輪機(jī)構(gòu)
圖（3）
機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說(shuō)明：棘爪連接往復(fù)擺動(dòng)，帶動(dòng)棘輪間歇性地單向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與其相連的皮帶輪1同角速度地間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而與另一皮帶輪4相配合使皮帶3作間歇性地直線運(yùn)動(dòng)，故皮帶上的糕點(diǎn)隨皮帶一起完成間歇直線運(yùn)動(dòng)。
方案四.凹槽圓柱凸輪機(jī)構(gòu)
圖（4）
機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說(shuō)明：皮帶輪（原動(dòng)機(jī)）帶動(dòng)凹槽凸輪以一定轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的活動(dòng)銷(xiāo)帶動(dòng)擺桿2擺動(dòng)，當(dāng)凹槽線性設(shè)計(jì)為可使圓柱銷(xiāo)有間歇運(yùn)動(dòng)的形狀時(shí)，擺桿2可帶動(dòng)導(dǎo)桿3作往復(fù)間歇直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使處于導(dǎo)桿3上的糕點(diǎn)作往復(fù)間歇直線運(yùn)動(dòng)。另外，也可以在一般凹槽設(shè)計(jì)的為普通橢圓流線型的基礎(chǔ)上，在對(duì)凹槽凸輪自身設(shè)計(jì)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)要求。
2. 切刀直線切削運(yùn)動(dòng)
方案一.凸輪頂桿機(jī)構(gòu)
圖（5）
機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說(shuō)明：當(dāng)盤(pán)形凸輪1以一定角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾子與凸輪接觸，并推動(dòng)頂桿以一定周期規(guī)律垂直運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)滑塊（即切刀）完成一定范圍內(nèi)的豎直切削運(yùn)動(dòng)，彈簧3有減震作用。
方案二.擺動(dòng)導(dǎo)桿——搖桿滑塊機(jī)構(gòu)
圖（6）
機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說(shuō)明：帶銷(xiāo)圓盤(pán)以一定角速度勻速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)滑塊帶動(dòng)搖桿2進(jìn)行一定角度的擺動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)連桿3有一定規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，最終推動(dòng)滑塊4（即刀片）進(jìn)行豎直切削運(yùn)動(dòng)。
方案三.六連桿機(jī)構(gòu)
圖（七）
機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說(shuō)明：曲柄1以一定角速度勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)連桿2以一定形式運(yùn)動(dòng)，通過(guò)三角架帶動(dòng)連桿3以一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，最終帶動(dòng)滑塊4（即切刀）進(jìn)行豎直切削運(yùn)動(dòng)。
四． 機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的確定
糕點(diǎn)直線間歇運(yùn)動(dòng)
在四種方案中：
方案一的棘輪曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)形式明確，對(duì)心機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性，在工作行程中，棘輪可較精確控制送料間歇距離；但在回程階段，仍按工作時(shí)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，使總體效率變低，故不應(yīng)作為最佳方案。
方案二的端面凸輪頂桿機(jī)構(gòu)，雖可采用棘輪、不完全齒輪等間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使其滿足間歇運(yùn)動(dòng)要求，但由于糕點(diǎn)尺寸較大，對(duì)端面凸輪的設(shè)計(jì)有一定困難，而且頂桿與端面接觸時(shí)壓力角很大，影響傳動(dòng)效果，也對(duì)端面帶來(lái)一定磨損，此方案也不宜采用。
方案三是棘輪式皮帶輪機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，棘輪的設(shè)計(jì)也便于間歇性調(diào)速與調(diào)距，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)連續(xù)性好，由于糕點(diǎn)屬于輕載，故皮帶在傳輸時(shí)運(yùn)動(dòng)形式明確、穩(wěn)定；綜合各方面考慮，此方案合理、可行。
方案四是帶凹槽的圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在一定程度上可達(dá)到預(yù)期目的，但擺桿運(yùn)動(dòng)情況仍不甚明確，尤其在帶動(dòng)導(dǎo)桿3作往復(fù)間歇直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)行不十分平穩(wěn)，流暢，而且凹槽壁與擺桿之間壓力角大，對(duì)傳動(dòng)有不利影響，同端面凸輪一樣，長(zhǎng)期工作會(huì)對(duì)凹槽有一定程度磨損，此方案也不宜采用。
綜合各方面考慮，選用方案三棘輪式皮帶輪機(jī)構(gòu)作為此執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的最佳方案。
切刀豎直切削運(yùn)動(dòng)
在所設(shè)計(jì)的三種方案中：
方案一的滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有一定的急回特性，但同時(shí)也具有一定程度的剛性沖擊，當(dāng)切刀（即滑塊）滿足所需要的工作行程時(shí)，對(duì)主動(dòng)件凸輪的尺寸要求也較高，同時(shí)此機(jī)構(gòu)壓力角大，高副的受力較差，長(zhǎng)期工作會(huì)造成一定程度的磨損，因而此方案不宜采用。
方案二是擺動(dòng)導(dǎo)桿——搖桿機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，運(yùn)動(dòng)形式明確，且擺桿受力條件好，適當(dāng)選擇導(dǎo)路位置，可使工作段壓力角小，在某種程度上，其執(zhí)行運(yùn)動(dòng)形式更易實(shí)現(xiàn)。
方案三是六連桿機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)形式平穩(wěn)，而且由于三角構(gòu)件的存在，可以較容易實(shí)現(xiàn)預(yù)期工作行程，但由于整體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式不易計(jì)算，故對(duì)其不易進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，此方案不易采用。
綜合各方面因素考慮，選擇方案二擺動(dòng)導(dǎo)桿——搖桿滑塊機(jī)構(gòu)作為切刀豎直切削運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行運(yùn)動(dòng)最佳方案。
因此，兩個(gè)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的最佳設(shè)計(jì)方案確定為：
1. 糕點(diǎn)直線間歇運(yùn)動(dòng)：棘輪式皮帶輪送料機(jī)構(gòu)
2. 切刀豎直切削運(yùn)動(dòng)：擺桿導(dǎo)桿——搖桿滑塊機(jī)構(gòu)
五.設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)中典型運(yùn)動(dòng)分析
棘輪的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)
圖(8)
齒輪的傳動(dòng)1、2，帶動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2、3、4運(yùn)動(dòng)，搖桿4的擺動(dòng)使棘爪5擺動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)4、5、6、7運(yùn)動(dòng)，棘爪5在非工作狀態(tài)時(shí)，從棘輪齒背上滑過(guò)，此時(shí)棘輪不轉(zhuǎn)動(dòng)；在工作狀態(tài)時(shí)，棘爪5插入棘輪6齒槽，驅(qū)動(dòng)棘輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。改變曲柄長(zhǎng)度o2A，來(lái)調(diào)節(jié)棘輪每次轉(zhuǎn)過(guò)角度，最終達(dá)到預(yù)期間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。
六.機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)
1.間歇直線運(yùn)動(dòng)送料機(jī)構(gòu)
a.棘輪設(shè)計(jì)
設(shè)烘干后整大塊糕點(diǎn)總長(zhǎng)2000mm，切削后小塊寬100mm，則每一個(gè)工作循環(huán)需在行程中間歇20次，切削20次。
選擇周長(zhǎng)為1000mm的皮帶輪，兩圈運(yùn)轉(zhuǎn)完成主運(yùn)動(dòng)，由此計(jì)算皮帶輪直徑Da=1000＼π=318.3mm 符合機(jī)構(gòu)整體尺寸。
由于蛋糕為輕載，齒數(shù)≤250
設(shè)計(jì)Z=40，每次轉(zhuǎn)過(guò)4齒
直徑da=160mm（頂圓直徑）
模數(shù)m=da＼Z=4mm
齒高h(yuǎn)=3.0mm齒槽夾角ψ=60°
棘爪
齒根角半徑r=1.0mm，工作面邊長(zhǎng)h1=6mm
非工作面邊長(zhǎng)a1=3mm，爪尖圓角半徑r1=1.5mm
齒形角ψ1=60°
b.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)尺寸
圖(9)
按比例尺μ=5mm＼mm作圖，設(shè)搖桿在棘輪機(jī)構(gòu)中尺寸比為1：2，量得每次棘輪轉(zhuǎn)角36°，設(shè)棘架中心線偏離y軸15°，則有連桿長(zhǎng)度L，曲柄長(zhǎng)度r=o2A，中心距a= o1o2
實(shí)際尺寸：L=A1B2×μL=540mm
r=O2A1×μL=45mm
a=o2o3×μL=460mm
c.齒輪機(jī)構(gòu)尺寸
根據(jù)始末機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比i=n1＼n2=1390＼40=34.75，配置一個(gè)與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)的皮帶輪機(jī)構(gòu)，與一雙聯(lián)齒輪。
圖（10）
設(shè)計(jì)
Z0=Z3=25 Z1=Z2=75 選擇m=2mm 則d2=150mm
皮帶輪d=100mm D=386mm
3. 直線切削運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
a. 擺動(dòng)導(dǎo)桿——搖桿滑塊機(jī)構(gòu)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，滑塊（即切刀）最大行程300mm，為使其有最小壓力角，達(dá)到最大傳動(dòng)功效，設(shè)計(jì)尺寸如下μL =10mm＼mm：
圖（11）
實(shí)際尺寸：曲柄o2C=270mm，中心距o1o2=550mm
擺桿左端長(zhǎng)o1A=270mm，連桿AB=320mm
極為夾角∠A1O1A2=60°，行程比系數(shù)K=2
具有一定急回特性，可以提高工效，符合設(shè)計(jì)要求
b. 齒輪機(jī)構(gòu)
由于此執(zhí)行機(jī)構(gòu)與送料執(zhí)行機(jī)構(gòu)配合工作，故其設(shè)計(jì)方案尺寸可選擇與以上送料機(jī)構(gòu)中的齒輪機(jī)構(gòu)尺寸相同，以滿足整體尺寸布局及設(shè)計(jì)要求。
七.切削機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析
此為擺動(dòng)導(dǎo)桿——搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，為使其有較好的傳動(dòng)效果，使其最大壓力角盡可能小，且具備一定極為位夾角。根據(jù)描點(diǎn)法和圖解法作出執(zhí)行構(gòu)件滑塊（即切刀）的運(yùn)動(dòng)線圖，如圖
圖（12）
圖（13）
圖（12）是切刀運(yùn)動(dòng)的位移線圖，圖（13）是切刀的運(yùn)動(dòng)速度線圖，由圖（13）可以看出，切刀在工作階段加速度大，切削蛋糕時(shí)較快，從合滿足實(shí)際要求，使被切蛋糕具有特定垂直切削面。同時(shí)，切刀也不可避免地帶來(lái)了一定沖擊，這對(duì)整體機(jī)構(gòu)是有害的，如何權(quán)衡兩者之間利與弊，還需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)及理論計(jì)算來(lái)獲得最合理的方案。
八.力學(xué)分析
糕點(diǎn)切片機(jī)是由糕點(diǎn)的間歇直線運(yùn)動(dòng)與切刀的往復(fù)豎直切削運(yùn)動(dòng)相互配合而構(gòu)成的，兩者都屬于輕載低速運(yùn)動(dòng)，因而他們對(duì)各構(gòu)件之間力的相互作用要求并不太高。比如在間歇直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中包括齒輪機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、皮帶輪機(jī)構(gòu)和棘輪機(jī)構(gòu)，起主要作用的棘輪機(jī)構(gòu)使皮帶間歇性的傳動(dòng)，當(dāng)棘輪、棘爪按一定配合尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，他們之間相互作用力是均勻的，從而使其運(yùn)動(dòng)按一定規(guī)律運(yùn)行平穩(wěn)。在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，最大影響受力因素是壓力角的大小，這與設(shè)計(jì)時(shí)尺寸設(shè)計(jì)有密切關(guān)系，在低速運(yùn)動(dòng)中，盡可能減小壓力角，增大傳動(dòng)角，保證各構(gòu)件受力合理，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，從而提高運(yùn)動(dòng)效率。
在機(jī)構(gòu)選擇及尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮力的平穩(wěn)性，從而在保證整體機(jī)構(gòu)在平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，節(jié)省原材料，減少占用空間，提高機(jī)構(gòu)整體壽命。最終達(dá)到機(jī)構(gòu)經(jīng)濟(jì)實(shí)用耐用的真正目的。
九．自我評(píng)價(jià)及感想
生活中可以用到各種各樣的機(jī)器，方便、省力，快捷，然而當(dāng)自己親自設(shè)計(jì)時(shí)卻發(fā)現(xiàn)不是那么簡(jiǎn)單，從最初的構(gòu)思，假設(shè)，設(shè)計(jì)方案到選擇最優(yōu)方案和計(jì)算尺寸，每一步都要求極其的認(rèn)真，不僅需要機(jī)械原理的扎實(shí)基礎(chǔ)，還要有足夠的創(chuàng)新能力，去把一個(gè)個(gè)構(gòu)件拼裝在一起組成自己想要的東西。在這里同時(shí)還需要發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作，互相幫助的精神，某個(gè)問(wèn)題上出了問(wèn)題，就要及時(shí)與同學(xué)，老師討論解決問(wèn)題。通過(guò)這次糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì)，讓我增強(qiáng)了動(dòng)手能力，創(chuàng)新能力，鍛煉了我的耐力和意志力，從中我還更深刻的理解了這樣一個(gè)道理，沒(méi)有做不到的只有想不到的，我想課程設(shè)計(jì)的目的不在于這幾張紙，而是在于設(shè)計(jì)方案這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，無(wú)論你最后的方案是否合格，是否得高分這都無(wú)所謂，只要你真正的參與其中，充分發(fā)揮你的大腦細(xì)胞，發(fā)散思維，把一個(gè)方案從無(wú)到有的做出來(lái)這就足夠了，在這其中的收獲是受益匪淺的！本次設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅鍛煉了創(chuàng)新能力鞏固了基礎(chǔ)知識(shí)，而且進(jìn)一步提高了CAD繪圖水平，對(duì)與參加了一屆機(jī)械創(chuàng)新大賽的我理解更是深刻，在去年僅僅止步于校級(jí)答辯階段，我想通過(guò)這次的鍛煉，在下一次一定會(huì)走的更遠(yuǎn)，最后由衷的感謝老師耐心的指導(dǎo).
十．參考文獻(xiàn)
1.《機(jī)械原理》2006年2月 機(jī)械工業(yè)出版社
2.《機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)指南》2002年8月 西北大學(xué)出版社
3.《機(jī)械原理》（第七版）2005年12月 高等教育出版社
4.《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第七版）2005年11月 高等教育出版社
機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
設(shè)計(jì)題目
系 專(zhuān)業(yè)
班級(jí)
設(shè) 計(jì) 者：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
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