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世界最新機(jī)械設(shè)計(jì)理念
來源:中國科技期刊
摘要:根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的主要思維特點(diǎn)，將產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識(shí)和智能。這幾種方法的特點(diǎn)及其相互間的有機(jī)聯(lián)系，提出產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的努力方向。
關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)方法發(fā)展趨勢(shì)
設(shè)計(jì)文件是將語義設(shè)計(jì)網(wǎng)作為設(shè)計(jì)工具，在其開發(fā)的活性語義設(shè)計(jì)網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點(diǎn)和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計(jì)，結(jié)點(diǎn)表示元件化的單元(如設(shè)計(jì)任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點(diǎn)間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計(jì)過程中的所有活動(dòng)和結(jié)果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計(jì)要求的定義到每一個(gè)結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程由抽象到具體的飛躍。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由德國學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計(jì)的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。德國工程師協(xié)會(huì)在這一設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)方法。
1. 將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。
2. 將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
3. 將機(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)基本問題：一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分（單元）及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程看成一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段。
由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。
4. 設(shè)計(jì)元素法
用五個(gè)設(shè)計(jì)元素（功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個(gè)產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計(jì)學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。
5. 圖形建模法
研制的“設(shè)計(jì)分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。
將設(shè)計(jì)劃分成輔助方法和信息交換兩個(gè)方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號(hào)、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實(shí)現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。
6. “構(gòu)思”—“設(shè)計(jì)”法
將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分成“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)階段。“構(gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計(jì)”階段的工作則是具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。
將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實(shí)現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡圖)。方案的“設(shè)計(jì)”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計(jì)單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動(dòng)參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡圖，把設(shè)計(jì)專家憑直覺設(shè)計(jì)的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識(shí)的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”階段。
7. 鍵合圖法
將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。
提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個(gè)或幾個(gè)模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個(gè)系統(tǒng)。
本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合，根據(jù)分級(jí)模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí)，并利用專家知識(shí)和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
以設(shè)計(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評(píng)論每一個(gè)解的附加信息，非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設(shè)計(jì)與制造，以及從用戶對(duì)產(chǎn)品的功能需求→設(shè)計(jì)→加工→裝配→成品這一并行工程的實(shí)現(xiàn)成為可能。但是，達(dá)到這些目標(biāo)的重要前提條件之一，就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件愈來愈多地應(yīng)用于產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中初露鋒芒。目前，德國等發(fā)達(dá)國家正著力于研究超媒體技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP，以及標(biāo)準(zhǔn)虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言上基于虛擬環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)交換格式)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)正朝著計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)、智能化設(shè)計(jì)和滿足異地協(xié)同設(shè)計(jì)制造需求的方向邁進(jìn)，由于產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達(dá)到上述目標(biāo)的方案設(shè)計(jì)工具軟件。作者認(rèn)為，綜合運(yùn)用文中四種類型設(shè)計(jì)方法是達(dá)到這一目標(biāo)有效途徑。雖然這些方法的綜合運(yùn)用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域知識(shí)有關(guān)，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計(jì)算機(jī)軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識(shí)，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)必須努力的方向。國外在這方面的研究已初見成效，我國設(shè)計(jì)學(xué)者也已意識(shí)到CAD技術(shù)與國際交流合作的重要性，及其應(yīng)當(dāng)采取的措施。
基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立相應(yīng)的知識(shí)庫及推理機(jī)，再利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。
機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，必須研究知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。
摘 要 I 摘 要 糕 點(diǎn) 在 日 常 生 活 是 一 種 常 見 的 食 品 ， 營 養(yǎng) 豐 富 ， 種 類 繁 多 。 因 此 深 受 人 們 喜 歡 。 在 人 們 的 日 常 生 活 中 具 有 很 重 要 作 用 ， 所 以 人 們 開 始 自 己 制 作 個(gè) 性 化 糕 點(diǎn) 。 因 此 小 型 家 庭 式 糕 點(diǎn) 切 片 機(jī) 應(yīng) 運(yùn) 而 生 。 本 文 對(duì) 糕 點(diǎn) 切 片 機(jī) 的 研 究 的 最 新 狀 況 做 了 簡 要 介 紹 。 深 入 了 解 了 市 場(chǎng) 上 大 部 分 糕 點(diǎn) 切 片 機(jī) 的 優(yōu) 缺 點(diǎn) ， 設(shè) 計(jì) 了 一 款 新 型 的 糕 點(diǎn) 切 片 機(jī) 。 該 切 片 機(jī) 用 了 槽 輪 機(jī) 構(gòu) 作 為 間 歇 進(jìn) 料 機(jī) 構(gòu) ， 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 旋 轉(zhuǎn) 角 度 準(zhǔn) 確 ， 能 夠 平 穩(wěn) 安 全 運(yùn) 行 。 切 片 往 復(fù) 裝 置 采 用 了 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) ， 易 于 制 造 ， 成 本 低 廉 ， 承 載 能 力 大 。 而 且 具 有 急 回 特 性 ， 效 率 高 。 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 作 為 整 個(gè) 設(shè) 計(jì) 最 核 心 的 機(jī) 構(gòu) ， 采 用 了 皮 帶 傳 動(dòng) 的 方 法 。 可 以 緩 沖 減 震 ， 傳 動(dòng) 比 準(zhǔn) 確 。 同 步 帶 傳 動(dòng) 同 時(shí) 具 有 帶 傳 動(dòng) 、 鏈 傳 動(dòng) 和 齒 輪 傳 動(dòng) 的 優(yōu) 點(diǎn) 。 帶 與 帶 輪 間 無 相 對(duì) 滑 動(dòng) ， 能 保 證 精 確 的 傳 動(dòng) 比 。 耐 磨 性 好 ， 不 需 潤 滑 油 ， 壽 命 長 。 應(yīng) 用 這 些 機(jī) 構(gòu) 可 以 最 大 程 度 實(shí) 現(xiàn) 總 體 材 料 和 結(jié) 構(gòu) 空 間 的 最 小 優(yōu) 化 。 并 且 設(shè) 計(jì) 的 切 片 機(jī) 構(gòu) 成 相 對(duì) 簡 單 ， 這 就 保 證 了 操 作 的 簡 便 性 。 適 用 于 家 庭 式 的 小 作 坊 使 用 。 而 且 研 究 制 造 成 本 也 比 較 低 。 在 家 庭 ， 小 型 車 間 場(chǎng) 合 制 作 蛋 糕 中 被 廣 泛 應(yīng) 用 。 關(guān) 鍵 詞 :糕 點(diǎn) ； 切 片 機(jī) ； 槽 輪 間 歇 推 料 ； 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 目 錄 II 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................I 第 1 章 緒 論 .............................................................................................................1 1.1 研究目的和意義 ............................................................................................1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................1 第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì) .........................................................................................3 2.1 糕點(diǎn)切片機(jī)設(shè)計(jì)的要求 ................................................................................3 2.2 糕點(diǎn)間歇進(jìn)料機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì) ................................................................3 2.3 切片機(jī)往復(fù)切片裝置方案的確定 ................................................................6 第 3 章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì) .................................................................................8 3.1 電機(jī)的選型 ....................................................................................................8 3.2 減速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................................................................................8 第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ...........................................................................................18 4.1 計(jì)算傳動(dòng)裝置各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) ......................................................18 4.2 切片軸的設(shè)計(jì) ..............................................................................................19 4.3 推料軸的設(shè)計(jì) ..............................................................................................21 第 5 章 糕點(diǎn)切片機(jī)推料裝置的設(shè)計(jì) .......................................................................26 第 6 章 糕點(diǎn)切片機(jī)切片裝置的設(shè)計(jì) .......................................................................27 6.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ..................................................................................27 6.2 刀具的設(shè)計(jì) ..................................................................................................27 第 7 章 機(jī)架的設(shè)計(jì) ...................................................................................................29 第 8 章 結(jié) 論 ...........................................................................................................30 致 謝 .........................................................................................................................31 參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................32 第 1 章 緒 論 - 1 - 第 1 章 緒 論 1.1 研究目的和意義 糕點(diǎn)作為一種深受人們歡迎的美食,以面粉為主要原料，加入一定比例的 蛋，乳品等，結(jié)合人們口味加入各種輔料，調(diào)味品，然后經(jīng)過蒸，烤，炒，炒 等工序制作 1。在如今各種各樣的糕點(diǎn)被生產(chǎn)，大約有 3000 種花式。蛋糕， 月餅均屬于糕點(diǎn)。作為數(shù)千年歷史的傳統(tǒng)食物，它具有悠久的傳統(tǒng)。遍布全國 各地，任何人無論在何時(shí)何地都可以享受到。在古代無論皇宮還是普通百姓都 可以享受 2。是一種非常受歡迎的美味。由于形狀和品類繁多，有很多方法可 以實(shí)現(xiàn)。蛋糕在不同的地方有不同的口味。 改革開放以來，中外食品的在隨著經(jīng)濟(jì)和文化交流中也受到影響，其中就 有糕點(diǎn)食品的交流。外國風(fēng)味和造型都是與國內(nèi)糕點(diǎn)非常不同。因此國內(nèi)外蛋 糕融合之后口味品種更多，尤其受到人們的喜愛 3，每有新品上市后都被追捧。 作為一種受歡迎的食物，有時(shí)被用作作為三餐來食用，特別是在一些高級(jí)蛋糕 中。即使少量對(duì)身體有益的藥添加到蛋糕中，也不會(huì)影響到蛋糕本身的味道 4。 在經(jīng)濟(jì)水平快速飛升的今天，人們更喜歡自己購買原料的方式來制作糕點(diǎn) 食品。糕點(diǎn)切片機(jī)已開發(fā)多年，而且已達(dá)到一定的發(fā)展階段。糕點(diǎn)切片機(jī)越來 越小，越來越以家庭為導(dǎo)向。從用戶的可操作性和價(jià)格方面出發(fā)。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在人民物質(zhì)水平急速提高的今天，人們對(duì)所購買蛋糕的品種及口味不滿意， 樂意根據(jù)自己的口味來做糕點(diǎn)，也就是所謂的 DIY。由于原材料和成分的購買 都非常方便，也可以依靠自己的喜好自己做蛋糕。隨著蛋糕類型的增加，蛋糕 味道越來越多樣化，人工生產(chǎn)越來越麻煩，切割的糕點(diǎn)外觀也不如用機(jī)器切割 出來的好看。因此小型家用糕點(diǎn)切片機(jī)變得非常受歡迎。因此，小家庭切片機(jī) 變得非常受歡迎。但是，在這個(gè)階段，國內(nèi)沒有一款簡單，使用方便，蛋糕切 片機(jī)便宜的蛋糕切片機(jī)。這個(gè)龐大的市場(chǎng)還沒有完全發(fā)展。 1.3 研究的主要內(nèi)容 - 2 - 研究在糕點(diǎn)制作過程中切片工作原理及結(jié)構(gòu)形式，在自己 DIY 的糕點(diǎn)成型 后利用槽輪機(jī)功能實(shí)現(xiàn)分時(shí)輸送，糕點(diǎn)的切片與蛋糕分離動(dòng)作由曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)，最大程度的實(shí)現(xiàn)了總體材料及結(jié)構(gòu)空間的最小化。 由于所制作的糕點(diǎn)品種不一，我們通過優(yōu)化所需傳動(dòng)與工作部件的結(jié)構(gòu)， 使其設(shè)計(jì)參數(shù)最優(yōu)化，從而達(dá)到最優(yōu)效果。 1.4 研究的主要目標(biāo) 本設(shè)計(jì)選取的研究對(duì)象為小型家用的糕點(diǎn)切片機(jī)，滿足家庭需求，適用于 小批量生產(chǎn)，本文通過對(duì)糕點(diǎn)制作過程中的相應(yīng)流程分析，對(duì)切片裝置與糕點(diǎn) 的分離機(jī)理，切片來回運(yùn)動(dòng)中所受力的大小和方向及其來源，及其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)， 設(shè)計(jì)了最佳工作參數(shù)。對(duì)切片機(jī)構(gòu)進(jìn)行了最優(yōu)化啊設(shè)計(jì)，消耗得動(dòng)力被降低， 制造成本被大幅度降低 。 第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì) - 3 - 第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì) 2.1 糕點(diǎn)切片機(jī)設(shè)計(jì)的要求 根據(jù)糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)書上的設(shè)計(jì)要求可以知道，要求的糕點(diǎn)厚度為 1020mm。糕點(diǎn)的切片長度范圍，也就是切片高要求為 580mm。切片在制 作糕點(diǎn)師能夠作用的最大距離為，沿著切片的寬度方向 300mm。切刀正常工 作頻率為 40 次/min。由于本次設(shè)計(jì)要求機(jī)器工作強(qiáng)度不大，阻力小所以電機(jī) 功率為 0.55KW；轉(zhuǎn)速為 1390r/min。 2.2 糕點(diǎn)間歇進(jìn)料機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)初步選擇了三個(gè)可以實(shí)現(xiàn)糕點(diǎn)直線間歇移動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案。 方案一 如圖 1 是牛頭刨床，它可以用作往復(fù)式刨床，，因滑枕前端的刀架根據(jù)牛 頭設(shè)計(jì)而成，所以被稱作牛頭刨床。可以實(shí)現(xiàn)間歇移動(dòng)。 - 4 - 刨床的優(yōu)點(diǎn)是快速返回運(yùn)動(dòng)特性?？梢栽O(shè)計(jì)每個(gè)桿尺寸的極限角度來設(shè)計(jì) 各個(gè)桿的長度 5。缺點(diǎn)是它不僅具有良好的間歇特性，只有急回特性所以不可 以很好的實(shí)現(xiàn)直線間歇移動(dòng)，所以不能滿足設(shè)計(jì)要求。所以舍棄。 圖 2-1.牛頭刨床運(yùn)動(dòng)示意圖 方案二 如圖 2 所示，為為棘輪機(jī)構(gòu)，本主要由搖臂，制動(dòng)器和外部棘輪組成，當(dāng) 搖桿連續(xù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪沿一個(gè)方向和間歇地旋轉(zhuǎn)。 圖 2-2.棘輪機(jī)構(gòu)示意圖 第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì) - 5 - 棘輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，操作方便，可以順利實(shí)現(xiàn)間歇旋轉(zhuǎn)，而且還 可以調(diào)節(jié)切割厚度，缺點(diǎn)傳動(dòng)精度相對(duì)較差，而噪聲大，在工作時(shí)，齒尖容易 磨損，因此不適合高速旋轉(zhuǎn)。提供蛋糕切割調(diào)節(jié)有級(jí)別。故舍棄。 方案三如圖 3 所示，是槽輪機(jī)構(gòu)，它是一種單向間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由槽輪和 圓柱銷為其主要部件。經(jīng)常被用來將主動(dòng)件的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)件的帶有停 歇的單向周期性轉(zhuǎn)動(dòng)。故而可以很好的實(shí)現(xiàn)間歇移動(dòng)。 圖 圖 2-3 槽輪機(jī)構(gòu) 該裝置具有簡單的結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)角度準(zhǔn)確，運(yùn)行安全可靠程度較高，制作效 率高等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)用新型強(qiáng)，具有的缺點(diǎn)為，槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)加速度相對(duì)較 大，對(duì)工件有沖擊，所以不適合高速場(chǎng)合應(yīng)用。但是設(shè)計(jì)要求的工作速度不高， 這個(gè)缺點(diǎn)可以忽略不計(jì)。綜合考慮以上三個(gè)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)之后決定采用槽輪機(jī) 構(gòu)比較合理。 - 6 - 2.3 切片機(jī)往復(fù)切片裝置方案的確定 本次設(shè)計(jì)初步選用了三個(gè)方案來實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。 2.3.1 凸輪機(jī)構(gòu) 將從動(dòng)盤的運(yùn)動(dòng)速度等速轉(zhuǎn)化為相應(yīng)部件的速度的部件，其來回運(yùn)動(dòng)的位 移,路程速度變化率與凸輪的外廓曲線有關(guān)。凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)， 其他的裝置與其相比而言有一定缺陷 （1）簡單的設(shè)計(jì)過程，良好的適應(yīng)過程。 （2）整體結(jié)構(gòu)空間緊湊，控制效果準(zhǔn)確，可操作性好。 （3）穩(wěn)定性能好，出現(xiàn)故障的機(jī)率大，保養(yǎng)比較方便。 缺點(diǎn)：凸輪和跟隨器接觸高，易磨損，調(diào)節(jié)性差。另外，由于凸輪輪廓曲 線通常很復(fù)雜，所以很難處理 6。 2.3.2 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)緊湊，沖擊小，驅(qū)動(dòng)精確，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，主動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)的 優(yōu)點(diǎn)。 2.3.3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 一般情況下，使用曲柄以恒定速度旋轉(zhuǎn)，滑塊用于往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，其往復(fù) 運(yùn)動(dòng)可均勻，或不均勻。作為直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的等速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為從動(dòng) 件的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，其移動(dòng)的位移,速度，加速度與凸輪的輪廓曲線有關(guān)。具 有回速快，效率高的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： （1）其結(jié)構(gòu)主體部件與其先對(duì)應(yīng)的輔助機(jī)構(gòu)組成，構(gòu)成部件較少，制造 難度低，成本低廉的特點(diǎn)。 （2）部件的力傳遞是通過對(duì)影得輔助機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，在較小的單位面積承 載能力大。 （3）通過合理設(shè)計(jì)每根桿的大小，聯(lián)動(dòng)機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的多樣化。 （4）當(dāng)連桿和機(jī)架較長時(shí)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力的傳遞與轉(zhuǎn)化。 缺點(diǎn)是該連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率較低，是連桿機(jī)構(gòu)不能避免的，但該考慮到 成本及使用的場(chǎng)合，還是采用該機(jī)構(gòu)。槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)加速度相對(duì)較大， 第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì) - 7 - 對(duì)工件有沖擊，所以不適合高速場(chǎng)合應(yīng)用。但是設(shè)計(jì)要求的工作速度不高，這 個(gè)缺點(diǎn)可以忽略不計(jì)。綜合考慮以上三個(gè)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)之后決定采用槽輪機(jī)構(gòu) 比較合理。 圖 2-4 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 通過上述比較，考慮到下一階段的發(fā)展，最終必然發(fā)展到自動(dòng)化程度，因 此設(shè)自動(dòng)化所要求的指標(biāo)必須被考慮。此機(jī)構(gòu)的運(yùn)作是把糕點(diǎn)切開和把切開的 糕點(diǎn)送完傳輸裝置，不剪切糕點(diǎn)時(shí)，蛋糕前進(jìn)一定距離達(dá)到規(guī)定的位置。為了 實(shí)現(xiàn)切片操作，開始采用凸輪機(jī)構(gòu)，切刀的來回運(yùn)動(dòng)被控制，運(yùn)動(dòng)控制特性好， 最優(yōu)化了軌跡參數(shù)，但由于其設(shè)計(jì)制造過程復(fù)雜，較大的力不能夠被傳遞，而 切糕點(diǎn)所需的精度相對(duì)較低。所以我們考慮使用滑塊曲柄機(jī)構(gòu)，滑塊曲柄機(jī)構(gòu) 可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)刀，傳遞較大力，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，可以降低生產(chǎn)成本， 滿足小型投資的需要，所以用這種設(shè)計(jì)由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)構(gòu)成的切片機(jī)器是最好 的選擇 7。 - 8 - 第 3 章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì) 圖 3-1.傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖 3.1 電機(jī)的選型 根據(jù)要求，切片的頻率為 30 次/min。選擇型號(hào)為 Y801-4 的 Y 系列異步 電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)功率 0.55KW、轉(zhuǎn)速為 1390r/min。切刀切片時(shí)最大作用距離， 切片的寬度方向是 300mm。切刀的工作節(jié)拍要求每分鐘 40 次：40 次/min。由 于本次設(shè)計(jì)要求機(jī)器工作強(qiáng)度不大，阻力小所以電機(jī)功率為 0.55KW；轉(zhuǎn)速為 1390r/min。 3.2 減速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本機(jī)構(gòu)為一高速電機(jī),其轉(zhuǎn)速為 1390 r/min,但傳動(dòng)所需要的轉(zhuǎn)速是 30r/min,所 以要減速。對(duì)于減速裝置采用帶傳動(dòng)加齒輪的方法 8。第一級(jí)降速是用皮帶減 速,減為 240r/min。齒輪在第二級(jí)中減為每分鐘 30 轉(zhuǎn)。 3.2.1 皮帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)： 皮帶驅(qū)動(dòng)具有增大沖量，阻尼，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，便于控制的優(yōu)點(diǎn)。同步皮帶 傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是帶驅(qū)動(dòng)，鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。同步帶傳動(dòng)由于帶與帶輪是靠嚙合 傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，所以皮帶與皮帶輪之間沒有相對(duì)的滑動(dòng)，從而確保傳動(dòng)線路 第 3 章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì) - 9 - 的傳動(dòng)比準(zhǔn)確。傳動(dòng)速度可達(dá) 50 米每秒，傳輸速率可達(dá)滿級(jí)，高達(dá)百分之九 十八。鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，耐磨性好，無潤滑，使用壽命長于摩擦。主要缺 點(diǎn)是制造和安裝要求較高，中心距離要求嚴(yán)格。 因此，同步帶廣泛應(yīng)用于中 小傳動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確 9。 (1) 皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)主要是兩個(gè)大小不同的皮帶輪來完成。由于皮帶上線速 度相等，由 (3-1)24/139= /r，r0 v 由此可見算出在電機(jī)上用于皮帶傳動(dòng)的皮帶輪直徑大小 r1=36mm；另一 端皮帶輪 r2=220mm。傳動(dòng)比 i=139/24. (2)工況系數(shù) KA=1.510。傳動(dòng)功率 P=0.55KW，得同步帶的設(shè)計(jì)功率 Pd=KaxPd=0.55x1.5KW=0.825KW11。小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=1390r/min。初選同步帶 為模數(shù)制，因帶輪轉(zhuǎn)速較高，故同步帶模數(shù)應(yīng)選較小值，初定模數(shù) m=1.5。 (3)帶速 v= vmax， v=2.62m/s，由 vmax=4050m/s，得 v 滿足條件。10 x6 nd (4)初定中心距 a0，0.7（ d1+d2）
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