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1、
機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書
設(shè)計(jì)題目： 糕點(diǎn)切片機(jī)
學(xué) 院： 車輛與能源學(xué)院
班 級： 14級車輛工程1班
學(xué)生姓名： 郝益 王玉杰 李澤眾
指導(dǎo)教師： 宜亞麗
2016 年 6月 22 日
數(shù)據(jù)
糕點(diǎn)厚度。10~20mm；
糕點(diǎn)切片長度（亦即切片的高）范圍。5~80 mm；
切刀切片時(shí)最大作用距離（亦即切片的寬度方向）300
2、mm；
切刀工作節(jié)拍。40次/min；
電動機(jī)可選用0.55kw（或0.75kw）、1390/min。
設(shè)計(jì)要求
1）通過調(diào)整進(jìn)給的距離，達(dá)到切出不同厚度糕點(diǎn)的需要；?
2）要確保進(jìn)給機(jī)構(gòu)與切片機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作，全部送進(jìn)運(yùn)動應(yīng)在切刀返回過程中完成，輸送運(yùn)動必須在切刀完全脫離切口后方能開始進(jìn)行；
3）選用的機(jī)構(gòu)簡單、輕便、運(yùn)動靈活可靠。
項(xiàng)目組成員及分工
組內(nèi)成員
成員分工
郝益
說明書整理及工作協(xié)調(diào).三維建模
王玉杰
圖解法（速度.加速度及力分析）
李澤眾
解析法（建立速度.加速度及力分析解析式）
目 錄
一.工作原理.........
3、..................................................................................................................1
二.運(yùn)動循環(huán)圖 1
三.各部分機(jī)構(gòu)選型.評定及選擇 2
1、切刀往返運(yùn)動設(shè)計(jì) 2
2、傳送帶的間歇移動 3
3、減速方案設(shè)計(jì) 3
四.傳動機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)及計(jì)算 3
1、切刀設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù) 3
2、糕點(diǎn)間歇運(yùn)動設(shè)計(jì) 4
3、切刀與棘輪的協(xié)調(diào)運(yùn)動計(jì)算 4
4、
4、減速傳動設(shè)計(jì) 5
5、糕點(diǎn)傳送帶設(shè)計(jì) 6
五.機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析 7
六.誤差分析 15
七.參考文獻(xiàn) 15
八.心得....................................................................................................................................15
附件1 自評分
附件2 MATLAB程序
附件3 三維模型圖片
I
一.工作原理
糕點(diǎn)切片機(jī)的工作原理，主要是實(shí)現(xiàn)糕點(diǎn)的直線間歇給進(jìn)運(yùn)動與切刀的往復(fù)切
5、削運(yùn)動，如下圖所示，這兩個運(yùn)動要協(xié)調(diào)進(jìn)行，所以我先對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速，再分別輸出切刀與傳送帶給。在這里切刀的工作節(jié)拍與糕點(diǎn)傳送帶的傳送速度通過減速齒輪來實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到40r/min。而傳送帶的步進(jìn)移動由棘輪來完成，切刀的往返運(yùn)動由曲柄滑塊來實(shí)現(xiàn)。
二.運(yùn)動循環(huán)圖
三.各部分機(jī)構(gòu)選型.評定及選擇
1、切刀往返運(yùn)動設(shè)計(jì)
1）切刀的往返直線運(yùn)動可采用連桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒條、凸輪機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)等來完成，對于切刀的往返運(yùn)動我們一開始想到的用凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。如下圖1所示，凸輪的擠壓運(yùn)動與彈簧的復(fù)位運(yùn)動使切刀不斷的上下往返運(yùn)動。之
6、所以選擇該機(jī)構(gòu)是因?yàn)橹灰m當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線，就能使推桿得到預(yù)期的各項(xiàng)運(yùn)動規(guī)律，并且機(jī)構(gòu)簡單緊湊，可承受載荷較大，運(yùn)動平穩(wěn)。但后來發(fā)現(xiàn)該機(jī)構(gòu)為點(diǎn)、線接觸，易磨損，下刀快，收刀慢的效果，使得糕點(diǎn)切口不平滑，所以我們放棄了該方案。
2）經(jīng)過一定的分析與思考，我們決定使用連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)我們的目的，其結(jié)構(gòu)如下圖2所示，轉(zhuǎn)輪帶動桿的運(yùn)動從而實(shí)現(xiàn)切刀的上下往返運(yùn)動。之所以想到連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)是因?yàn)橄氲竭B桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，且為低副機(jī)構(gòu)，運(yùn)動副為面接觸，壓強(qiáng)小，所承載能力大，耐沖擊，制造簡單。解決了上一個方案的難題。
7、
2、傳送帶的間歇移動
要實(shí)現(xiàn)傳送帶的間歇移動可選擇的機(jī)構(gòu)有槽輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等。在選定機(jī)構(gòu)之前我們讓我們先來看看以上四種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。首先說說槽輪機(jī)構(gòu)，槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易加工，工作可靠，轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，機(jī)械效率高。但是其動程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起、停時(shí)的加速度大，有沖擊，并隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪槽數(shù)的減少而加劇，故不宜用于高速，多用來實(shí)現(xiàn)不需經(jīng)常調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)位角度的轉(zhuǎn)位運(yùn)動。之后是棘輪機(jī)構(gòu)，這里我們只介紹齒式棘輪機(jī)構(gòu)，齒式棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；動與停的時(shí)間比可通過選擇合適的驅(qū)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。該機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是動程只能作有級調(diào)節(jié)；噪音、沖擊和磨損較大，故不宜用于高速。
8、最后說說不完全齒輪機(jī)構(gòu)，不完全齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠，從動輪運(yùn)動時(shí)間和靜止時(shí)間可在較大范圍內(nèi)變化。但是從動輪在開始進(jìn)入嚙合與脫離嚙合時(shí)有較大沖擊，故一般只用于低速，輕載場合。
而對于糕點(diǎn)切片機(jī)中傳送，不僅要滿足間歇移動的要求，而且又要切出不同厚度的糕點(diǎn)。所以根據(jù)我們對以上3種機(jī)構(gòu)的介紹只有齒式棘輪機(jī)構(gòu)能滿足設(shè)計(jì)要求。
（槽輪機(jī)構(gòu)） （齒式棘輪機(jī)構(gòu)） （不完全齒輪機(jī)構(gòu)）
圖3、間歇移動機(jī)構(gòu)示圖
3.減速方案設(shè)計(jì)
這里我用了兩級減速方案，第一級減速為電動機(jī)帶動的皮帶減速，第二級為減速齒輪減速。之所以這樣設(shè)計(jì)是有原因的，第一
9、級用皮帶減速可以減少制造工料，從而減少生產(chǎn)成本；而第二級不用皮帶減速改用減速齒輪減速是為了糕點(diǎn)切片機(jī)中切刀與傳送帶更好的協(xié)調(diào)動作，如果改用皮帶傳送就不能保證生產(chǎn)過程中不出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，從而影響切出糕點(diǎn)的厚度與進(jìn)刀時(shí)間。
四.傳動機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)及計(jì)算
1.切刀設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)
如右圖為切刀的設(shè)計(jì)示意圖。由于糕點(diǎn)的最大厚度為20mm，考慮到切刀與傳送帶的配合，所以切刀的上下往返運(yùn)動的距離要大于20mm才能滿足設(shè)計(jì)需求。為了給糕點(diǎn)足夠的傳送時(shí)間,設(shè)計(jì)刀的行程為60mm,即曲柄長30mm；刀的高度設(shè)為37mm。考慮到衛(wèi)生問題,刀不能縮到滑塊的軌道里去,所以設(shè)計(jì)滑塊的長度為65mm；又設(shè)計(jì)連接桿的長度為1
10、20mm。這樣曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的高度比較高,所以采用皮帶傳動。又切刀應(yīng)能剛好切斷糕點(diǎn),綜合曲柄滑塊和棘輪機(jī)構(gòu)的尺寸,我們得出曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和棘輪機(jī)構(gòu)軸心距為250mm。
2.糕點(diǎn)間歇運(yùn)動設(shè)計(jì)
如右圖所示為棘輪帶動的間歇運(yùn)動圖，棘輪機(jī)構(gòu)主要是執(zhí)行糕點(diǎn)的進(jìn)給運(yùn)動,每一次的運(yùn)動距離就是所切糕點(diǎn)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(diǎn)運(yùn)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(jì)一個曲柄搖桿機(jī)構(gòu)推動棘輪旋轉(zhuǎn)。于
11、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(dāng)搖桿順時(shí)針搖動時(shí)，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(yùn)動距離可以得出皮帶輪的直徑為153mm, 這樣棘輪機(jī)構(gòu)就設(shè)計(jì)完了。
12、 圖5、棘輪設(shè)計(jì)示意圖
3.切刀與棘輪的協(xié)調(diào)運(yùn)動計(jì)算
整個機(jī)器的關(guān)鍵就在于切刀運(yùn)動與糕點(diǎn)傳送運(yùn)動之間的協(xié)調(diào),因此需要詳細(xì)計(jì)算。
依據(jù)零件尺寸，作圖計(jì)算得出：
推動棘輪的曲柄搖桿機(jī)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(shí)間為：0.75秒，回程時(shí)間為：0.75秒。
因此，切刀在0.75秒的時(shí)間內(nèi)不能接觸糕點(diǎn)（最大厚度為20mm）,而在0.75秒的時(shí)間里切刀應(yīng)完成切糕點(diǎn)的動作并離開糕點(diǎn)表面．即切刀在糕點(diǎn)外運(yùn)動的時(shí)間應(yīng)大于0.75秒．據(jù)此驗(yàn)證切刀的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸．計(jì)算得切刀在20mm以上的高度運(yùn)動時(shí)間為
13、1秒，滿足設(shè)計(jì)要求
4。減速傳動設(shè)計(jì)
需要將1390r/min的電動機(jī)減速為40r/min的輸出，則可以設(shè)計(jì)第一級皮帶減速減為240r/min，第二級齒輪減速減為40r/min。
1）對于皮帶減速
由于兩相連傳送輪的傳送是相等的，所以有R1*V1=R2*V2，即有1390*R1=240*R2，得出傳動比為i1=R1/R2=24/139
圖6、減速皮帶設(shè)計(jì)圖
2)對于齒輪組減速
我設(shè)計(jì)的齒輪組為2次減速的，加上與皮帶輪的結(jié)合，總共就有3次減速。要使轉(zhuǎn)速從240r/min減為40r/min，那我可以設(shè)為3段減速，先從240r/min到
14、200r/min，再從200r/min到120r/min，最后從120r/min到40r/min。則有第一次減速：R3*V2=r1*v1，帶入數(shù)據(jù)得到傳動比為i2=R1/r1=5/6；第二次減速：r1*v1=r2*v2,帶入數(shù)據(jù)得到傳動比為i3=r1/r2=3/5;第三次減速：r3*v2=r4*v4,帶入數(shù)據(jù)得到傳動比i3=r3/r4=1/3
圖7、減速齒輪組示意圖
5.糕點(diǎn)傳送帶設(shè)計(jì)
由于糕點(diǎn)傳送帶是由棘輪等角速度帶動運(yùn)動的，因此根據(jù)我們設(shè)計(jì)的棘輪有五個檔位分別對應(yīng)0、15、30、45、60，則對應(yīng)糕點(diǎn)的厚度為10、12.5、15、17.5、20,即每兩相鄰的檔位
15、對應(yīng)的糕點(diǎn)傳送帶傳動為2.5mm，則得出傳送帶輪的圓周為60mm，再進(jìn)一步計(jì)算得出傳送帶輪的半徑r5=9.5mm
圖8、傳動皮帶示意圖
切刀所在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸為：
曲柄長30mm；連接桿長120mm；滑塊長65mm；刀片高37mm；
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和棘輪機(jī)構(gòu)軸心距為250mm。
棘輪所在曲柄搖桿機(jī)構(gòu):
曲柄長46mm;連桿長120mm;搖桿長100mm;棘輪半徑86mm；
棘輪齒數(shù)24個;皮帶輪直徑153mm;
皮帶減速機(jī)構(gòu)：
電機(jī)上的皮帶輪R1=24mm；另一個皮帶輪R2=139mm；
傳動比i1=24/139;
與R2等角速度的齒輪齒數(shù)為20，模數(shù)為4m
16、m，分度圓為80mm；
名稱
齒數(shù)
模數(shù)
分度圓
齒輪r1
24
4mm
96mm
齒輪r2
40
4mm
160mm
齒輪r3
20
4mm
80mm
齒輪r4
60
4mm
240mm
齒輪組減速機(jī)構(gòu)：
糕點(diǎn)傳送帶
輪的半徑：
r5=9.5mm
五.機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析
7
六. 誤差分析
圖解法：由于作圖不精確，工具損耗以及測量不準(zhǔn)確等人為因素，或非人為因素的影響會對計(jì)算結(jié)果造成不同程度的影響。因此圖解法所得運(yùn)算結(jié)果不能保證十分精確，與實(shí)際理論值應(yīng)有允許范圍內(nèi)的偏差。
七.參考文獻(xiàn)
安子軍主編.機(jī)械
17、原理.北京國防工業(yè)出版社2015
百度文庫
八.心得
郝益：一周下來，總算基本了完成設(shè)計(jì)要求。在看到這個設(shè)計(jì)題目是，感覺很簡單，根本沒有把它當(dāng)回事。無非就是為了完成兩個動作而已：糕點(diǎn)的直線間歇移動和切刀的上下往返運(yùn)動。但是在剛開始的設(shè)計(jì)方案中我才發(fā)現(xiàn)，簡單或困難是對不同的人而言的，由于我自身缺乏相關(guān)的軟件計(jì)算知識，在這些過程中我們深刻地認(rèn)識到了自己在知識的理解和接受應(yīng)用方面的不足，在今后的學(xué)習(xí)過程中我們會更加努力和團(tuán)結(jié)。遇到不懂的地方要和同學(xué)共同攻克難關(guān)！由于本次設(shè)計(jì)是分組的，自己獨(dú)立設(shè)計(jì)的東西不多，但在通過這次設(shè)計(jì)之后，我想會對以后自己獨(dú)立設(shè)計(jì)打下一個良好的基礎(chǔ)。
雖然，最
18、后完成了設(shè)計(jì)，過程很辛苦。但我覺得自己這次的收獲很多，最主要的是精神上的收獲：這次課程設(shè)計(jì)，讓我知道了學(xué)無止境的道理，我們每一個人永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你，挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有；讓我懂得了合作的可貴，一個人的力量是有限的，只有集合大家的力量才能把一件事完成的更好。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶。
王玉杰：一周的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了。這是我第一次把所學(xué)的知識和應(yīng)用聯(lián)系起來。從選題到定方案，優(yōu)化方案到結(jié)構(gòu)圖的繪制，到3D的制做、說明書的編寫，都由我們自導(dǎo)自演。其中有過困難，有過挫折，但我們都克服過來了。
19、創(chuàng)新和解決問題的能力在這一次的課程設(shè)計(jì)中都得到了提高。無論我們的設(shè)計(jì)是怎樣一個水平，我想我們已得到了最寶貴的東西，邁出了可貴的第一步。
最后，我知道自動化之所以發(fā)展的那么快是有原因的。就如這次課程設(shè)計(jì)，如果我們選擇兩個電動機(jī)作為動力輸出，分別控制切刀的切割運(yùn)動與糕點(diǎn)的間歇移動，再用C語言或PLC編程，控制兩電動機(jī)的運(yùn)動，只要把握好兩點(diǎn)電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動時(shí)間，就能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)中切刀與糕點(diǎn)的協(xié)調(diào)配合，根本不需要計(jì)算切刀時(shí)間與位移的運(yùn)動圖以及棘輪時(shí)間與轉(zhuǎn)動角的運(yùn)動圖。這樣設(shè)計(jì)過程就變的簡單多了！
?李澤眾：短暫的五天課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束了，仔細(xì)回想起來,經(jīng)?驗(yàn)教訓(xùn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于收獲。在這次設(shè)計(jì)過程中，我主要參與方案的設(shè)計(jì)及動畫的制作。在開始的選題階段，我們就感到任務(wù)的艱巨。在這幾天中我有喜有悲,感慨萬千。從小我就對機(jī)器有興趣,一直到現(xiàn)在才有機(jī)會自己實(shí)踐,剛開始分組后,我?guī)е艽蟮呐d趣和小組的同學(xué)合作,我們想找一個比較復(fù)雜一點(diǎn)的機(jī)械來做,在找的過程中,我們發(fā)現(xiàn)難的我們想出來了,但具體設(shè)計(jì)時(shí),我們發(fā)現(xiàn)自己所學(xué)的知識做這樣的東西還比較困難,這一開始就給我敲了一下警鐘,做事不能光憑主觀想象還要結(jié)合實(shí)際才行.在以后的工作過程中,我克服了這個缺點(diǎn),扎扎實(shí)實(shí)的結(jié)合所學(xué)的知識來設(shè)計(jì)。
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糕點(diǎn)切片機(jī)課程設(shè)計(jì) 說明書
