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湖南工業(yè)大學 課 程 設 計 資 料 袋 機械工程 學院（系、部） 2016 學年第 2 學期 課程名稱 機械原理 指導教師 鄒培海 職稱 學生姓名 曹琪 專業(yè)班級 機械1412 學號 14405710221 題 目 糕點切片機的設計 成 績 起止日期 2016 年 6 月 15 日～ 2016 年 6 月 24 日 目 錄 清 單 序號 材 料 名 稱 資料數(shù)量 備 注 1 課程設計任務書 1 2 課程設計說明書 1 13 3 課程設計圖紙 1 張 4 5 6 機 械 原 理 設計說明書 糕點切片機的設計 起止日期： 2016 年 6 月 15 日 至 2016 年 6 月 24 日 學生姓名 曹琪 班級 材料1402 學號 14405710221 成績 指導教師(簽字) 機械工程學院 2016 年 6月 24 日 目　錄 0.設計任務書1 1.工作原理和工藝動作分解2 2.根據(jù)工藝動作和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖2 3.執(zhí)行機構選型3 4.機械運動方案的評定和判斷3 5.減速系統(tǒng)設計6 6.執(zhí)行系統(tǒng)機構設計8 7.機械運動簡圖10 8.三維視圖11 9.參考資料12 10.設計總結13 湖南工業(yè)大學 課程設計任務書 2010 ～2011 學年第 2 學期 機械工程 學院（系、部） 材料成型 專業(yè) 材料1402 班級 課程名稱： 機械原理課程設計 設計題目： 糕點切片機的設計 完成期限：自 2010 年 6 月 15 日至 2010 年 6 月 24 日共 1 周 內 容 及 任 務 一、工作原理及工藝動作過程簡介 糕點的加工過程是先成型（如長方形、圓柱形等）、經(jīng)切片后再烘干。糕點切片機要求實現(xiàn)兩個工藝動作：糕點的直線間歇移動和切片的往復運動。通過兩個動作的配合進行切片。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的不同切片厚度的需要。 二、原始數(shù)據(jù)及設計要求 1）糕點切片長度（即切片的高）范圍為5～80mm； 2）切刀切片時最大作用距離（即切片的寬度）為300mm； 3）切刀工作節(jié)拍40次/min； 4）生產(chǎn)阻力很小，要求選用的機構簡單、輕便、運動靈活可靠； 5）電動機可以選用0.55kW（或0.75kW）、1390r/min。 三、設計任務 1）根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調要求擬定并繪制運動循環(huán)圖； 2）進行間歇運動機構和切片機構的選型，實現(xiàn)上述動作要求； 3）機械運動方案的評定和選擇； 4）根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構的運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，畫出傳動方案圖； 5）對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算； 6）畫出機械運動簡圖； 7）對執(zhí)行機構進行運動分析，畫出運動線圖，進行運動模擬（選作） 8）編寫設計計算說明書。 進 度 安 排 起止日期 工作內容 6.15-6.17 構思該機械運動方案 6.17-6.18 運動分析及作圖 6.24 整理說明書與答辯 主要 參考 資料 ［1］ 朱理．機械原理［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2008：15-200 ［2］ 鄒慧君．機械原理課程設計［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2009：15-250 指導教師： 2016 年6 月24 日 1. 工作原理和工藝動作分解 （一）糕點切片機要求實現(xiàn)兩個執(zhí)行動作： 1、糕點的直線間歇移動 2、切刀的往復運動 （二） 通過兩者的動作配合進行切片 1、糕點的直線間歇移動 糕點的直線間歇移動，是為了保證切刀在切糕點時，糕點是靜止的，這樣切出的糕點才符合要求。另外，糕點的直線間歇移動的快慢，決定了被切出的糕點的厚度大小。糕點在停歇后，如果移動的快，糕點的厚度就相對大一些；否則，反之。 2、 切刀的往復運動 切刀的往復運動，這是切刀所必須的運動，如果只有一次運動，這樣就只能切一次。同時，切刀的往復運動的時間和高度都必須控制。切刀切下和收起的總時間必須小于糕點的間歇時間；切刀的最低高度必須高于糕點的最大高度。 2.根據(jù)工藝動作和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖 刀具往復運動 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速為40次/min，切刀做豎直面內的往復直線運動，當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。如此往復循環(huán)。下圖是刀具的位移運動圖（兩個周期）： 3.執(zhí)行機構選型 如結構示意圖所示,電動機經(jīng)皮帶和齒輪系減速后，達到40轉/分。再用棘輪機構連接一皮帶組成糕點的進給機構，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運動（滑塊上帶切刀），實現(xiàn)糕點的切片。間歇運動機構與切刀運動機構工作協(xié)調。由于每一次切的過程都一樣,從而使每一片糕點的大小都一樣。而通過改變進給的距離，可調整切片的厚度。 4.機械運動方案的評定和判斷 切刀的往復直線移動可采用連桿機構、凸輪機構、齒輪齒條、組合機構等； 糕點的直線間歇運動可選擇連桿機構、齒輪機構、凸輪機構、棘輪機構、槽。 1、 實現(xiàn)切刀往復運動的機構 如上圖所示，為一直動導桿機構，可利用桿3的往復運動來實現(xiàn)切刀的上下往復運動。 如上圖所示，為一幾何封閉凸輪機構?？衫脴嫾?繞A點做偏心轉動來實現(xiàn)切刀的往復運動。 如上圖所示，為一偏執(zhí)曲柄滑塊機構，可利用它實現(xiàn)切刀的往復運動。 方案一：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)缀涡螤詈唵?，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計要求。 此機構雖有上下往復運動，但她并沒有機會運動特性。不能夠實現(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。 方案二：只要適當?shù)脑O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預期的運動規(guī)律，而且機構簡單緊湊，可承重較大，運動平穩(wěn)。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，不能夠實現(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。 方案三：此機構急回特性。結構簡單。具有連桿機構的共同優(yōu)點，可承受較大的載荷，運動副元素的幾何形狀簡單。改變個機構件的相對長度來使從動件得到預期的運動規(guī)律。 此機構具有連桿機構的共同缺點，機械效率降低，這是連桿機構所不能避免的。 方案設計的創(chuàng)新改進措施: 1.我們開始構思方案時,考慮到在以后的生活和生產(chǎn)中,自動化是必然的趨勢，因此設計的機構要盡量滿足自動化的要求。此機構的運作是切糕點與送糕點,切的時候糕點不能動,沒有切的時候,糕點要運動并前進一定的距離到達指定位置.為了實現(xiàn)切的動作,我們開始采用凸輪機構,來實現(xiàn)刀的往復運動,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,可是凸輪的設計和制造比較復雜，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,曲柄滑塊機構一樣可以實現(xiàn)刀的往復運動,可傳遞較大的力,能足我們的需要, 而且其機構簡單，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。 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度的糕點。我們剛開始試用了槽輪機構,但我們的糕點切片機要求可以改變所切糕點長度的,如用槽輪機構的話, 很難實現(xiàn)改變切片的長度,我們想到用齒輪組減速器改變速度來實現(xiàn)。用許多齒輪來改變速度很復雜且不太方便操作,于是我們否定了這個方案。經(jīng)過查資料后，我們選擇了棘輪機構。用棘輪機構可以方便的實現(xiàn)改變切片的長度。且棘輪機構設計加工簡單，改變切片的長度時操作方便。所以機構的總體方案就這么大概的定下來了. 5. 減速系統(tǒng)設計 本機構原動件為一高速電機,其轉速為1390 r/min,但我們所需要的轉速是40r/min,所以要減速。對于減速裝置我們采用皮帶加齒輪的方法。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。兩傳動機構設計分析如下: (一) 皮帶傳達設計： 皮帶傳動設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， 1390*r1=240*r2； r1 /r2=24/139. 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. (二) 齒輪系的設計: 經(jīng)皮帶減速后的轉速為 240r/min, 而我們所要的轉速 40r/min。 因此還需要的傳動比為6/1,選用的齒輪為標準齒輪。 傳動比i=6/10 6. 執(zhí)行系統(tǒng)機構設計 執(zhí)行機構分兩個,第一個為曲柄滑塊機構,第二個為棘輪機構,現(xiàn)分別介紹如下： (一) 曲柄滑塊機構 此機構主要是執(zhí)行切刀的上下往復運動。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,設計刀的行程為60mm,即曲柄長30mm；刀的高度設為37mm?？紤]到衛(wèi)生問題,刀不能縮到滑塊的軌道里去,所以設計滑塊的長度為65mm；又設計連接桿的長度為60mm。這樣曲柄滑塊機構的高度比較高,所以采用皮帶傳動。又切刀應能剛好切斷糕點,綜合曲柄滑塊和棘輪機構的尺寸,我們得出曲柄滑塊機構和棘輪機構軸心距為269mm。 所以曲柄滑塊機構的尺寸為: 曲柄長30mm; 連接桿長60mm; 滑塊長65mm; 刀片高37mm; 皮帶長1.63m 曲柄滑塊機構和棘輪機構軸心距為269mm。 (二) 棘輪機構 棘輪機構主要是執(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,設棘輪每轉動一定角度,糕點運動20mm,設棘輪共有24個齒,既每齒代表15度。于是一共有四檔,即20,40,60,80mm,也就是說棘輪轉動15,30,45,60度。對于棘輪的轉動,設計一個曲柄搖桿機構推動棘輪旋轉。于是棘輪的旋轉角度就可以轉化為搖桿的擺角。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動。被罩遮住的齒越多，則棘輪每次轉動的角度就越小。棘輪罩設置四個轉角分別為15，30，45，60度。設有槽的圓盤直徑為150mm,棘輪半徑為100mm,在搖桿上裝一個棘爪, 棘爪推動棘輪旋轉,棘輪上再固定一個皮帶輪用以帶動皮帶旋轉。由運動距離可以得出皮帶輪的直徑為153mm, 這樣棘輪機構就設計完了。 其尺寸為: 曲柄搖桿機構: 曲柄長50mm; 連桿長210mm; 搖桿長200mm; 棘輪半徑86mm; 棘輪齒數(shù)24個; 皮帶輪直徑153mm; 皮帶長1.5m. 整個機器的關鍵就在于切刀運動與糕點傳送運動之間的協(xié)調,因此需要詳細計算． 依據(jù)零件尺寸，作圖計算得出： 推動棘輪的曲柄搖桿機構的行程速比系數(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． 因此，切刀在0.75秒的時間內不能接觸糕點（最大厚度為20mm）,而在0.75秒的時間里切刀應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大于0.75秒．據(jù)此驗證切刀的曲柄滑塊機構的尺寸．計算得切刀在20mm以上的高度運動時間為1秒，滿足設計要求． 7.機械運動簡圖 8.三維視圖 9.參考資料 《機械原理》 葛文杰 2006年 《機械原理》 朱理2004年 《機械原理課程設計手冊》鄒慧君1998年 10設計總結 機械課程設計結束了，作為一名機械設計制造及自動化大二的學生，我覺得能做這樣的課程設計是十分有意義。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎． 說實話，課程設計真的有點累．然而，當我一著手清理自己的設計成果，漫漫回味這2周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消．雖然這是我剛學會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中”春眠不知曉”的感悟． 通過課程設計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細致．這次課程設計使我在工作作風上得到了一次難得的磨練．課程設計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的缺乏，自己綜合應用所學的專業(yè)知識能力是如此的不足，過程是辛苦的，但結果是甜蜜的，我們的課程設計終于做好了。 通過這次課程設計，我懂的了：1、對課本知識掌握的還不牢靠，還要更深一層的理解；2、在學習知識的同時，要注意知識和實際的結合，切記學死知識，那樣就是學好了，將來也時無用；3、團隊的精神，一個人的能力畢竟是有限的，只有團結更多的人，才能做出更出色的成績來。