机械原理课程设计-糕点切片机.pdf

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1、 机械原理课程设计说明书 糕点切片机 机械工程学院 08 级机自 4 班 080101010091 王玉柱 080101010093 游诗茂 080101010096 罗 群 080101010099 杨 欢 080101010101 李明剑 指导教师：郑丽娟 2010 年 7 月 1 日 糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|2 机械原理课程设计说明书 糕点切片机 目录 一、设计题目.4 1.设计条件.4 2.设计要求.4 二、设计方案的拟定和比较.4 .1.待选设计方案 4 .1.1 方案一 4 .1.2 方案二 5 .1.3 方案三 6 .2.设计方案拟定 7 三、机械

2、系统的运动循环图.7 四、机构运动简图及机构的运动尺寸综合.8 .1各机构运动尺寸综合要求 8 .1.1 齿轮传动机构的运动尺寸综合要求 9 .1.2 切刀摆动机构的运动尺寸综合要求 9 .1.3 传送带尺寸综合要求 9 2.方案的各部件尺寸.9 五、设计方法及其原理的简要说明.11 .1 设计方法 11 糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|3 .1.1 各机构运动分析 11 .1.2 机构选取原则 11 .2.工作原理 12 六、数学模型.12 .1切刀的运动分析 12 .2槽轮的运动分析 14 七、Matlab 主要程序.14 八、主要曲线图.16 九、切片机机构立体图

3、一览.17 十、课程设计的收获和体会.18 十一、参考文献.19 糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|4 一、设计题目 1设计条件：设计一糕点切片机械，要求完成工艺动作：糕点的直线间歇移动和 切刀的往复运动，通过两者的动作配合进行切片，可通过改变直线间歇移动速度或每次间隔的输送距离，以满足糕点不同切片厚度的需要。2设计要求：(1)糕点的厚度：1020mm；(2)糕点切片长度（亦切片的高度）范围：580mm；(3)切刀切片最大作用距离:300mm(4)切刀工作节拍：40 次/min；(5)电动机参考规格：0.8kW,730r/min。(6)生产阻力很小。设计要求机构简单、轻便

4、、运动灵活可靠。二、设计方案的拟定和比较 1.为实现上述工作要求，可有如下设计方案：1.1 方案一（如图 1）：糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|5 图 1 此设计方案主要由摆动导杆机构和不完全齿轮的间歇运动机构组成，其优点与缺点分析：优点：凸轮机构具有急回运动特性；摆动导杆凸轮机构也是连杆机构，具有连杆机构的共同优点；当原动件的运动规律不变，可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律；不完全齿轮能够实现糕点的间歇运动。缺点：运动副中存在高副接触，摩擦较大易磨损；存在连杆机构的共同缺点，机械效率低；不完全齿轮在啮合时有较大冲击，易损坏；机构整体尺寸较大，结构不紧

5、凑，调试性差；弹簧的寿命短。1.2 方案二（如图 2）：糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|6 图 2 此设计方案主要由曲柄滑块运动机构和槽轮间歇运动机构组成，其优点与缺点分析如下：优点：槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位；采用转动盘推杆滑块机构可以完成切刀的往复运动。同时，该机构具有急回特性，能够完成快速进刀和退刀。缺点：由于切刀在水平方向上作往复运动，在切入蛋糕是对糕点产生推挤力，使糕点偏离轨道；连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，传递路线较长，易产生较大的误差累计，使机械效率降低。1.3 方案三（如图 3）：糕点切片机 机械

6、原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|7 图 3 此设计方案主要由曲柄摆杆运动机构和槽轮间歇运动机构组成，其优点与缺点分析如下：优点：斜齿轮啮合性能好，传动平稳噪音小，重合度大，结构紧凑；曲柄摆杆具有一定的急回特性，此并且由于无论糕点的高低，其放置位置总与刀切入时刀刃所在直线存在一定夹角，存在应力集中现象，便于切片过程的实现；此机构采用多个齿轮连接，传动稳定，传动比可靠。缺点：槽轮机构传动时存在柔性冲击，常用于速度不太高的场合。由于我们设计的糕点切片机中所要求的转速并不高，此缺点可以忽略。2.设计方案的拟定 通过上述三种方案的对比，可以从中选择出一个既能很好满足工作要求，又具有较好性能的机构

7、方案，严格按照题目的设计要求，进行机构的运动分析和力学分析，研究运动和受力的变化规律，最终选定“方案三”为最优方案。三、机械系统的运动循环图 糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|8 方案三的机械系统循环图（图4）为：图 4 机械系统循环说明：曲柄带动切刀往复运动，并绕固定端转动 42角，循环往复地在传送带停歇区间内做切削动作，完成糕点的批量加工。四、运动方案布置图及机构运动简图（如图 5）糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|9 图 5 1各机构运动尺寸综合要求：1.1 齿轮传动机构的运动尺寸综合要求如下：确定总体传动比。电动机的输出转速 r=1440r/

8、min，切刀的频率为 40 次/min，因此总的传动比 i=1440/40=35。确定各齿轮及锥齿轮的相关参数。因为传动比 i=35，传动比较大，因而需要多级减速来达到使用要求，且齿轮之间传动比 I 10，合理分配传动比，使锥齿轮 4 的转速为40r/min。1.2 切刀摆动机构的运动尺寸综合要求如下：切刀的长度要保证足够切开糕点，即 l80mm。曲柄长度，要保证切刀工作的极限位置水平。1.3 传送带尺寸综合要求：其宽度要保证糕点能足够承载，即宽度要大于等于糕点宽度；传送带的长度，满足工作流程要求，也要同时协调整体尺寸，防止失稳。糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|10 2

9、.综合以上各尺寸要求,该机构中各构件尺寸如表 1：表 1.所选方案的各部件尺寸 序号 名称 规格（部分重要尺寸）备注 1 电动机 转速 1440r/min 2 皮带 仅供传动 3 齿轮 1 m=2,z=12,=20 4 齿轮 2 m=2,z=24,=20 5 齿轮 3 m=2,z=12,=20 6 齿轮 4 m=2,z=24,=20 7 锥齿轮 1 m1=2,z1=17,1=18.5 1+2=90 8 锥齿轮 2 m2=2,z2=17,2=71.5 1+2=90 9 锥齿轮 3 m3=2,z3=17,3=18.5 3+4=90 10 锥齿轮 4 m4=2,z4=17,4=71.5 3+4=90

10、 11 滑块 固结于锥齿轮 4 12 切刀 长 l80mm 13 齿轮 5 m=2,z=9,=20 14 齿轮 6 m=2,z=27,=20 15 齿轮 7 m=2,z=9,=20 16 齿轮 8 m=2,z=27,=20 糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|11 五、设计方法及其原理的简要说明 1 设计方法：1.1 据设计要求，本机械设计所需机构的运动分析如下：1.1.1 降速机构：从电机输出的较高的转速(1440r/min)，必须经过一系列降速机构,才能达到刀的转速要求(40 次/min)。备选机构：齿轮机构、皮带齿轮机构。1.1.2 切刀往复运动机构：切刀往复运动对糕

11、点进行切片运动，要求切刀运动有急回特性，且能以一定角度切下，保证糕点切片质量。备选机构：曲柄摆杆机、凸轮机构、摆杆导杆-齿轮机构等等。1.1.3 糕点的间歇进给运动机构：带动传送带进行间歇送料，要求平稳、耐用。17 齿轮 9 m=2,z=20,=20 18 齿轮 10 m=2,z=20,=20 19 传送带 宽 w=80mm 20 皮带轮 轴向长 l=80mm 直径可变换 21 槽轮机构=0.5,k=1 总体尺寸 h=340mm 长 l=615mm 宽 w=100mm 糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|12 备选机构：星轮、槽轮、不完全齿轮等。1.2 机构选取原则：结构简

12、单，整体尺寸适中，运动灵活、效率高；避免高副接触，减少磨损，提高能量利用率；切糕动作迅速（最好有急回特性），保证切后蛋糕形状尺寸满足要求；动力传动稳定可靠，以保证间歇进料和切糕动作的协调配合。2.工作原理简述：本机构由电机提供动力，经过直齿轮三级减速分别为切刀和传送带提供动力，锥齿轮减速并改变切刀的方向使其与传送带的运动垂直。切刀运动为曲柄摆杆机构，切刀由锥齿轮带动不断往复运动，对糕点进行加工；同时，经齿轮减速和槽轮控制皮带的间歇运动，使其在切刀加工的同时停止传动，在切刀空转的同时能进给规定的距离。六、数学模型 1用图解法作切刀机构的运动分析，如图 6 糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山

13、大学机械工程学|13 图 6 由于已知原动件 1 的角速度1=40r/min,长度AB=36mm,由且有理论力学的知识可知:B3 =B2 +B3B2 方向：BC AB BC 大小：？1AB？图 7 故可用图解法求出B3，B2B3（如图 7）：而导杆 3 的角速度3=B3/BC=|p b3|/BC 由理论力学可知，点 B3的绝对加速度 aB3 和其重合点B2的绝对加速度 aB2的关系为三 aB3 =aB3n +aB3=aB2n +aB3B2k +aB3B2 方向：BC BC BA BC BC 大小:32BC？2AB 22B3B2？可用作图法求出 aB3=|b3b3|，如图 8：糕点切片机 机械原

14、理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|14 图 8 因此导杆 3 的角加速度为 3=aB3/BC=|b3b3|/BC 2.根据前面齿轮的分析，对于槽轮我们采用如下的相关数据：拨盘转动的角速度：=40r/min 槽数：z=4 拨盘直径：80mm 从动槽轮直径：80mm 周期 T=1.5s 从动槽轮运动时间：td=0.375s 从动槽轮停歇时间：tj=1.125s 为了满足不同的切片长度，我们选用三种不同半径的小带轮以供换挡：选用半径为 R1，可切长度为 15mm 的糕点：R12=15mm,R1=9.55mm。糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|15 选用半径为 R2，可切长度

15、为 20mm 的糕点：R22=20mm,R2=12.74mm。选用半径为 R3，可切长度为 25mm 的糕点：R32=25mm,R3=15.92mm。七、Matlab 程序代码 syms a b l a=0:0.001:2*pi;b,l=solve(l*cos(b)+36*cos(a)-100=0,l*sin(b)+36*sin(a)=0)b=atan(-9/2*sin(a)*(225*cos(a)+353)/(50625*sin(a)2+73984)*(706-450*cos(a)(1/2),1/2*(706-450*cos(a)(1/2)*(2448*cos(a)+6800+2025*si

16、n(a)2)/(50625*sin(a)2+73984)atan(9/2*sin(a)*(225*cos(a)+353)/(50625*sin(a)2+73984)*(706-450*cos(a)(1/2),-1/2*(706-450*cos(a)(1/2)*(2448*cos(a)+6800+2025*sin(a)2)/(50625*sin(a)2+73984)l=糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|16 4*(706-450*cos(a)(1/2)-4*(706-450*cos(a)(1/2)syms a b l1 l1=4*(706-450*cos(a)(1/2);d

17、iff(l1)ans=900/(706-450*cos(a)(1/2)*sin(a)diff(l1,2)ans=-202500/(706-450*cos(a)(3/2)*sin(a)2+900/(706-450*cos(a)(1/2)*cos(a)syms a x a=0:0.001:2*pi;x=4.*(706-450.*cos(a).(1/2);plot(a,x)xlabel(a=0 to 2*pi);糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|17 ylabel(v(a);（其中 a 代表杆 1 的转角）八、主要曲线图 1速度-转角关系图，如图 9 图 9 糕点切片机 机械原

18、理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|18 九、切片机机构立体图一览（图 10）图 10 十、课程设计的收获和体会 王玉柱：虽说是一周的课程设计，但我们组 5 个成员花了前几个星期一起讨论了好多次。结果准备得还是不够充分，给后期带来了很大的压力。但我们都很乐观，敢于积极面对。SolidWorks，Matlab,office,CAXA很多软件我们都没有，装的过程耽误了一些时间。而且都是起步学，很多的困难在我们团队精神的鼓舞下还是给克服了。每天我们都精神饱满的投入进去。从中我们不仅复习了书中所学的知识，也提高了自学能力：查阅手册、利用网络、图书馆资源，学长糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大

19、学机械工程学|19 和同学的指导等。这几天看到最多的就是“Error”，这也是检验我们工作的标准，它促使我们真正去把它弄懂。这次课设留给我们的除了学到书本上的知识外，还有团队的合作，治学的严谨。它让我们认识到：功夫不负有心人。发挥团队的作用，用心去做，终会成功的！游诗茂：经过这次课程设计，我比较深入地了解到了设计一个项目的总体过程，也从中体会到了设计人员们的艰辛。虽然这次课程设计提供给大家的时间还略微短暂，大家对此的准备也不充分，但是至始至终，大家都积极投入到其中，尽自己全力把工作做到最好，从中也学到了不少东西。在整个过程中，大家很好地完成了分工合作，形成了良好的的团队合作意识和集体荣誉感。我

20、在课设周主要负责用SolidWorks 画设计项目的 3 维图，从开始的对 SolidWorks 一无所知到最后逐渐掌握了 SolidWorks 的常用操作，一路走来我经历了不少挫折，在老师和同学的帮助之下，我终于完成了任务，感觉收获颇多。回头来看，我很庆幸能有机会来做这次课设，我想这其中经历的点点滴滴一定会对我以后的工作起到很大的帮助。罗群:这次课设给我最大的感受就是，将课本里的理论付诸实践不是件易事。由于平时的积累和拓展学习不足，着糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|20 手之初大家都感到很困难。一遍遍地复习课本，查找专业资料，一遍遍地修改草图，这些都是我从未独立做过的

21、。课程设计是我们专业课程知识综合运用的实践训练，是踏入工作前极好的演习。而且在与组员一同设计传动方案，分析数据，学习新软件的过程中更让我充分理解了团队合作的重要性。杨欢：课设是一次很好的锻炼机会。所谓“万事开头难”，在这次课程设计的过程中体现的尤为深刻。在确立题目的阶段，由于缺乏实际的经历，对所给题目的理解存在各种“不明了”而难以下手；在设计并分析传动方案的阶段，理论应用于实际的切入点也让我们耗费了不少精力；在具体设计分析的最后阶段，需要学习使用 Matlab 和 SolidWorks 等专业软件，起初也是一筹莫展。但是在团队合作精神的鼓舞下，这些“开头的难处”都被一一克服，很有成就感。李明剑

22、：这次课设对我的机械原理知识的理解掌握和实际应用有重要的意义，同时又对我们团队合作精神的提高有极大地促进作用。尽管我们无意中选中了一个“热门项目”糕点切片机，我们并没有气馁，团队成员各自分工，团结一心，不断改善我们的安案，把我们的方案提升至最理想的状态，尽我们最大的努力向老师和同学们证明我们的态度和实力，且与这个选题无关。糕点切片机 机械原理课程设计说明书 燕山大学机械工程学|21 十一、参考文献 安子军主编.机械原理.北京：国防工业出版社，2009.朱孝录主编.中国机械设计大典 4.江西：江西科学技术出版社，2002.黄鸿源等编著.solidworks2004 应用详解.北京：人民邮电出版社，2005.刘国良等编著.SolidWorks 完全学习手册图解consmossworks.北京：电子工业出版社，2006.马兴义等编著.matlab6 应用开发指南.北京：机械工业出版社，2002.