糕点切片机课程设计说明书.pdf

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1、机械原理课程设计机械原理课程设计设计说明书设计说明书设计题目设计题目糕点切片机设计糕点切片机设计目录目录一 设计要求和设计条件.2二 原始数据.2三 设计方案.3四 机构方案设计的确定.7五 设计机构中典型运动分析9六 机构尺寸设计.10七 切削机构的运动分析.13八 力学分析15九.自我评价及感想.15十一.参考文献.16一 设计要求和设计条件.2二 原始数据.2三 设计方案.3四 机构方案设计的确定.7五 设计机构中典型运动分析9六 机构尺寸设计.10七 切削机构的运动分析.13八 力学分析15九.自我评价及感想.15十一.参考文献.16-2-一 设计要求和设计条件一 设计要求和设计条件糕

2、点切片机要求实现两个执行动作：糕点的直线间歇运动和切刀的往复运动，通过两者的运动配合进行切片。改变每次间隔的输送距离，以获得不同厚度的糕点切片，要求生产阻力小，要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。糕点切片机要求实现两个执行动作：糕点的直线间歇运动和切刀的往复运动，通过两者的运动配合进行切片。改变每次间隔的输送距离，以获得不同厚度的糕点切片，要求生产阻力小，要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。二.原始数据二.原始数据1.糕点厚度 1020mm2.糕点切片厚度范围 580mm3.切刀切片时最大位移 30mm4.切刀工作节拍 40 次/min5.电动机可选用 0.55kw（0.75kw）、1

3、390r/min1.糕点厚度 1020mm2.糕点切片厚度范围 580mm3.切刀切片时最大位移 30mm4.切刀工作节拍 40 次/min5.电动机可选用 0.55kw（0.75kw）、1390r/min-3-三 设计方案三 设计方案1.糕点直线间歇运动方案一.棘轮式曲柄滑块机构图（1）机构运动说明：棘爪的连续往复摆动，带动棘轮间歇性的单向转动，从而带动与其相连的圆盘 1 间歇转动，通过连杆 3 使滑块 4（即送糕点平板）完成往复间歇平动。方案二.端面凸轮顶杆机构图（2）机构运动说明：电动机带动轮 1 匀速转动，从而带动与轮 1 相连接的端面凸轮匀速转动，当端面内导槽设计为一定形状曲线时，其

4、推动顶杆（连一送料板）3 间歇性的向前运动，由于弹簧 4 的1.糕点直线间歇运动方案一.棘轮式曲柄滑块机构图（1）机构运动说明：棘爪的连续往复摆动，带动棘轮间歇性的单向转动，从而带动与其相连的圆盘 1 间歇转动，通过连杆 3 使滑块 4（即送糕点平板）完成往复间歇平动。方案二.端面凸轮顶杆机构图（2）机构运动说明：电动机带动轮 1 匀速转动，从而带动与轮 1 相连接的端面凸轮匀速转动，当端面内导槽设计为一定形状曲线时，其推动顶杆（连一送料板）3 间歇性的向前运动，由于弹簧 4 的-4-作用使顶杆返回，从而在一个周期内完成往复间歇直线运动。另外，当端面凸轮为一标准椭圆端面时，可选择在轮 1 处加

5、一间歇转动机构，最终达到间歇往复直线运动之目的。方案三.棘轮式皮带轮机构图（3）机构运动说明：棘爪连接往复摆动，带动棘轮间歇性地单向转动，从而带动与其相连的皮带轮 1 同角速度地间歇性转动，进而与另一皮带轮 4 相配合使皮带 3 作间歇性地直线运动，故皮带上的糕点随皮带一起完成间歇直线运动。方案四.凹槽圆柱凸轮机构图（4）作用使顶杆返回，从而在一个周期内完成往复间歇直线运动。另外，当端面凸轮为一标准椭圆端面时，可选择在轮 1 处加一间歇转动机构，最终达到间歇往复直线运动之目的。方案三.棘轮式皮带轮机构图（3）机构运动说明：棘爪连接往复摆动，带动棘轮间歇性地单向转动，从而带动与其相连的皮带轮 1

6、 同角速度地间歇性转动，进而与另一皮带轮 4 相配合使皮带 3 作间歇性地直线运动，故皮带上的糕点随皮带一起完成间歇直线运动。方案四.凹槽圆柱凸轮机构图（4）-5-机构运动说明：皮带轮（原动机）带动凹槽凸轮以一定转速匀速转动，槽内的活动销带动摆杆 2 摆动，当凹槽线性设计为可使圆柱销有间歇运动的形状时，摆杆 2 可带动导杆 3 作往复间歇直线运动，进而使处于导杆 3 上的糕点作往复间歇直线运动。另外，也可以在一般凹槽设计的为普通椭圆流线型的基础上，在对凹槽凸轮自身设计间歇运动机构，从而达到设计运动要求。2.切刀直线切削运动方案一.凸轮顶杆机构图（5）机构运动说明：当盘形凸轮 1 以一定角速度匀

7、速转动时，滚子与凸轮接触，并推动顶杆以一定周期规律垂直运动，从而带动滑块（即切刀）完成一定范围内的竖直切削运动，弹簧 3 有减震作用。方案二.摆动导杆摇杆滑块机构机构运动说明：皮带轮（原动机）带动凹槽凸轮以一定转速匀速转动，槽内的活动销带动摆杆 2 摆动，当凹槽线性设计为可使圆柱销有间歇运动的形状时，摆杆 2 可带动导杆 3 作往复间歇直线运动，进而使处于导杆 3 上的糕点作往复间歇直线运动。另外，也可以在一般凹槽设计的为普通椭圆流线型的基础上，在对凹槽凸轮自身设计间歇运动机构，从而达到设计运动要求。2.切刀直线切削运动方案一.凸轮顶杆机构图（5）机构运动说明：当盘形凸轮 1 以一定角速度匀速

8、转动时，滚子与凸轮接触，并推动顶杆以一定周期规律垂直运动，从而带动滑块（即切刀）完成一定范围内的竖直切削运动，弹簧 3 有减震作用。方案二.摆动导杆摇杆滑块机构-6-图（6）机构运动说明：带销圆盘以一定角速度匀速运转时，通过滑块带动摇杆 2 进行一定角度的摆动，进而带动连杆 3 有一定规律的运动，最终推动滑块 4（即刀片）进行竖直切削运动。方案三.六连杆机构图（七）机构运动说明：曲柄 1 以一定角速度匀速运转，带动连杆 2 以一图（6）机构运动说明：带销圆盘以一定角速度匀速运转时，通过滑块带动摇杆 2 进行一定角度的摆动，进而带动连杆 3 有一定规律的运动，最终推动滑块 4（即刀片）进行竖直切

9、削运动。方案三.六连杆机构图（七）机构运动说明：曲柄 1 以一定角速度匀速运转，带动连杆 2 以一-7-定形式运动，通过三角架带动连杆 3 以一定规律运动，最终带动滑块 4（即切刀）进行竖直切削运动。定形式运动，通过三角架带动连杆 3 以一定规律运动，最终带动滑块 4（即切刀）进行竖直切削运动。四 机构方案设计的确定四 机构方案设计的确定糕点直线间歇运动在四种方案中：方案一的棘轮曲柄滑块机构，结构简单，运动形式明确，对心机构无急回特性，在工作行程中，棘轮可较精确控制送料间歇距离；但在回程阶段，仍按工作时进行运转，使总体效率变低，故不应作为最佳方案。方案二的端面凸轮顶杆机构，虽可采用棘轮、不完全

10、齿轮等间歇运动机构使其满足间歇运动要求，但由于糕点尺寸较大，对端面凸轮的设计有一定困难，而且顶杆与端面接触时压力角很大，影响传动效果，也对端面带来一定磨损，此方案也不宜采用。方案三是棘轮式皮带轮机构，结构简单、轻便，运转灵活，棘轮的设计也便于间歇性调速与调距，运动平稳，结构紧凑，运转时连续性好，由于糕点属于轻载，故皮带在传输时运动形式明确、稳定；综合各方面考虑，此方案合理、可行。方案四是带凹槽的圆柱凸轮机构，虽然结构简单，在一定程度上可达到预期目的，但摆杆运动情况仍不甚明确，尤其在带动糕点直线间歇运动在四种方案中：方案一的棘轮曲柄滑块机构，结构简单，运动形式明确，对心机构无急回特性，在工作行程

11、中，棘轮可较精确控制送料间歇距离；但在回程阶段，仍按工作时进行运转，使总体效率变低，故不应作为最佳方案。方案二的端面凸轮顶杆机构，虽可采用棘轮、不完全齿轮等间歇运动机构使其满足间歇运动要求，但由于糕点尺寸较大，对端面凸轮的设计有一定困难，而且顶杆与端面接触时压力角很大，影响传动效果，也对端面带来一定磨损，此方案也不宜采用。方案三是棘轮式皮带轮机构，结构简单、轻便，运转灵活，棘轮的设计也便于间歇性调速与调距，运动平稳，结构紧凑，运转时连续性好，由于糕点属于轻载，故皮带在传输时运动形式明确、稳定；综合各方面考虑，此方案合理、可行。方案四是带凹槽的圆柱凸轮机构，虽然结构简单，在一定程度上可达到预期目

12、的，但摆杆运动情况仍不甚明确，尤其在带动-8-导杆 3 作往复间歇直线运动时，运行不十分平稳，流畅，而且凹槽壁与摆杆之间压力角大，对传动有不利影响，同端面凸轮一样，长期工作会对凹槽有一定程度磨损，此方案也不宜采用。综合各方面考虑，选用方案三棘轮式皮带轮机构作为此执行运动的最佳方案。切刀竖直切削运动在所设计的三种方案中：方案一的滚子直动从动件盘形凸轮机构，其结构简单，具有一定的急回特性，但同时也具有一定程度的刚性冲击，当切刀（即滑块）满足所需要的工作行程时，对主动件凸轮的尺寸要求也较高，同时此机构压力角大，高副的受力较差，长期工作会造成一定程度的磨损，因而此方案不宜采用。方案二是摆动导杆摇杆机构

13、，其结构简单、紧凑，运动形式明确，且摆杆受力条件好，适当选择导路位置，可使工作段压力角小，在某种程度上，其执行运动形式更易实现。方案三是六连杆机构，其运动形式平稳，而且由于三角构件的存在，可以较容易实现预期工作行程，但由于整体结构较复杂，各构件运动形式不易计算，故对其不易进行精确设计，此方案不导杆 3 作往复间歇直线运动时，运行不十分平稳，流畅，而且凹槽壁与摆杆之间压力角大，对传动有不利影响，同端面凸轮一样，长期工作会对凹槽有一定程度磨损，此方案也不宜采用。综合各方面考虑，选用方案三棘轮式皮带轮机构作为此执行运动的最佳方案。切刀竖直切削运动在所设计的三种方案中：方案一的滚子直动从动件盘形凸轮机

14、构，其结构简单，具有一定的急回特性，但同时也具有一定程度的刚性冲击，当切刀（即滑块）满足所需要的工作行程时，对主动件凸轮的尺寸要求也较高，同时此机构压力角大，高副的受力较差，长期工作会造成一定程度的磨损，因而此方案不宜采用。方案二是摆动导杆摇杆机构，其结构简单、紧凑，运动形式明确，且摆杆受力条件好，适当选择导路位置，可使工作段压力角小，在某种程度上，其执行运动形式更易实现。方案三是六连杆机构，其运动形式平稳，而且由于三角构件的存在，可以较容易实现预期工作行程，但由于整体结构较复杂，各构件运动形式不易计算，故对其不易进行精确设计，此方案不-9-易采用。综合各方面因素考虑，选择方案二摆动导杆摇杆滑

15、块机构作为切刀竖直切削运动的执行运动最佳方案。因此，两个执行运动的最佳设计方案确定为：1.糕点直线间歇运动：棘轮式皮带轮送料机构2.切刀竖直切削运动：摆杆导杆摇杆滑块机构易采用。综合各方面因素考虑，选择方案二摆动导杆摇杆滑块机构作为切刀竖直切削运动的执行运动最佳方案。因此，两个执行运动的最佳设计方案确定为：1.糕点直线间歇运动：棘轮式皮带轮送料机构2.切刀竖直切削运动：摆杆导杆摇杆滑块机构五.设计机构中典型运动分析五.设计机构中典型运动分析棘轮的间歇转动图(8)齿轮的传动 1、2，带动曲柄摇杆机构 2、3、4 运动，摇杆 4 的摆动使棘爪 5 摆动，进而带动棘轮机构 4、5、6、7 运动，棘爪

16、 5在非工作状态时，从棘轮齿背上滑过，此时棘轮不转动；在工作状态时，棘爪 5 插入棘轮 6 齿槽，驱动棘轮顺时针转动。改变曲柄长度棘轮的间歇转动图(8)齿轮的传动 1、2，带动曲柄摇杆机构 2、3、4 运动，摇杆 4 的摆动使棘爪 5 摆动，进而带动棘轮机构 4、5、6、7 运动，棘爪 5在非工作状态时，从棘轮齿背上滑过，此时棘轮不转动；在工作状态时，棘爪 5 插入棘轮 6 齿槽，驱动棘轮顺时针转动。改变曲柄长度o o2 2A，来调节棘轮每次转过角度，最终达到预期间歇转动。A，来调节棘轮每次转过角度，最终达到预期间歇转动。六.机构尺寸设计六.机构尺寸设计-10-1.间歇直线运动送料机构a.棘轮

17、设计设烘干后整大块糕点总长 2000mm，切削后小块宽 100mm，则每一个工作循环需在行程中间歇 20 次，切削 20 次。选择周长为 1000mm 的皮带轮，两圈运转完成主运动，由此计算皮带轮直径 D1.间歇直线运动送料机构a.棘轮设计设烘干后整大块糕点总长 2000mm，切削后小块宽 100mm，则每一个工作循环需在行程中间歇 20 次，切削 20 次。选择周长为 1000mm 的皮带轮，两圈运转完成主运动，由此计算皮带轮直径 Da a=1000=318.3mm 符合机构整体尺寸。由于蛋糕为轻载，齿数250设计 Z=40，每次转过 4 齿直径=1000=318.3mm 符合机构整体尺寸。

18、由于蛋糕为轻载，齿数250设计 Z=40，每次转过 4 齿直径d da a=160mm（顶圆直径）模数 m=160mm（顶圆直径）模数 m=d daaZ=4mm齿高 h=3.0mm 齿槽夹角=60棘爪齿根角半径Z=4mm齿高 h=3.0mm 齿槽夹角=60棘爪齿根角半径r r=1.0mm，工作面边长 h=1.0mm，工作面边长 h1 1=6mm非工作面边长=6mm非工作面边长a a1 1=3mm，爪尖圆角半径=3mm，爪尖圆角半径r r1 1=1.5mm齿形角=1.5mm齿形角1 1=60b.曲柄摇杆机构尺寸=60b.曲柄摇杆机构尺寸-11-图(9)按比例尺=5mmmm 作图，设摇杆在棘轮机构

19、中尺寸比为 1：2，量得每次棘轮转角 36，设棘架中心线偏离 y 轴 15，则有连杆长度 L，曲柄长度图(9)按比例尺=5mmmm 作图，设摇杆在棘轮机构中尺寸比为 1：2，量得每次棘轮转角 36，设棘架中心线偏离 y 轴 15，则有连杆长度 L，曲柄长度r=r=o o2 2A，中心距 a=A，中心距 a=o1o2实际尺寸：L=A实际尺寸：L=A1 1B B22L L=540mm=540mmr r=O=O2 2A A11L L=45mm=45mma a=o o2 2o o33L=L=460mm460mmc.c.齿轮机构尺寸根据始末机构传动比 i=齿轮机构尺寸根据始末机构传动比 i=n n1 1

20、n n2 2=139040=34.75，配置一个与电动机 相 联 的 皮 带 轮 机 构，与 一 双 联 齿 轮。=139040=34.75，配置一个与电动机 相 联 的 皮 带 轮 机 构，与 一 双 联 齿 轮。-12-图（10）设计Z图（10）设计Z0 0=Z=Z3 3=25Z=25Z1 1=Z=Z2 2=75选择 m=2mm则 d=75选择 m=2mm则 d2 2=150mm皮带轮 d=100mmD=386mm3.直线切削运动机构a.摆动导杆摇杆滑块机构根据设计要求，滑块（即切刀）最大行程 300mm，为使其有最小压力角，达到最大传动功效，设计尺寸如下=150mm皮带轮 d=100mm

21、D=386mm3.直线切削运动机构a.摆动导杆摇杆滑块机构根据设计要求，滑块（即切刀）最大行程 300mm，为使其有最小压力角，达到最大传动功效，设计尺寸如下L L=10mmmm：=10mmmm：-13-图（11）实际尺寸：曲柄图（11）实际尺寸：曲柄o o2 2C=270mm，中心距C=270mm，中心距o o1 1o o2 2=550mm摆杆左端长=550mm摆杆左端长o o1 1A=270mm，连杆 AB=320mmA=270mm，连杆 AB=320mm极为夹角A极为夹角A1 1O O1 1A A2 2=60，行程比系数 K=2具有一定急回特性，可以提高工效，符合设计要求b.齿轮机构由于

22、此执行机构与送料执行机构配合工作，故其设计方案尺寸可选择与以上送料机构中的齿轮机构尺寸相同，以满足整体尺寸布局及设计要求。=60，行程比系数 K=2具有一定急回特性，可以提高工效，符合设计要求b.齿轮机构由于此执行机构与送料执行机构配合工作，故其设计方案尺寸可选择与以上送料机构中的齿轮机构尺寸相同，以满足整体尺寸布局及设计要求。七.切削机构的运动分析七.切削机构的运动分析此为摆动导杆摇杆滑块机构，为使其有较好的传动效果，使其最大压力角尽可能小，且具备一定极为位夹角。根据描点法和图解法作出执行构件滑块（即切刀）的运动线图，如图此为摆动导杆摇杆滑块机构，为使其有较好的传动效果，使其最大压力角尽可能

23、小，且具备一定极为位夹角。根据描点法和图解法作出执行构件滑块（即切刀）的运动线图，如图-14-图（12）图（13）图（12）是切刀运动的位移线图，图（13）是切刀的运动速度线图，由图（13）可以看出，切刀在工作阶段加速度大，切削蛋糕时较快，从合满足实际要求，使被切蛋糕具有特定垂直切削面。同时，切刀也不可避免地带来了一定冲击，这对整体机构是有害的，如何权衡两者之间利与弊，还需要通过实验及理论计算来获得最合理的方案。图（12）图（13）图（12）是切刀运动的位移线图，图（13）是切刀的运动速度线图，由图（13）可以看出，切刀在工作阶段加速度大，切削蛋糕时较快，从合满足实际要求，使被切蛋糕具有特定垂

24、直切削面。同时，切刀也不可避免地带来了一定冲击，这对整体机构是有害的，如何权衡两者之间利与弊，还需要通过实验及理论计算来获得最合理的方案。八.力学分析八.力学分析糕点切片机是由糕点的间歇直线运动与切刀的往复竖直切削运动相互配合而构成的，两者都属于轻载低速运动，因而他们对各构件之间力的相互作用要求并不太高。比如在间歇直线运动机构中包括齿轮机构、曲柄摇杆机构、皮带轮机构和棘轮机构，起主要糕点切片机是由糕点的间歇直线运动与切刀的往复竖直切削运动相互配合而构成的，两者都属于轻载低速运动，因而他们对各构件之间力的相互作用要求并不太高。比如在间歇直线运动机构中包括齿轮机构、曲柄摇杆机构、皮带轮机构和棘轮机

25、构，起主要-15-作用的棘轮机构使皮带间歇性的传动，当棘轮、棘爪按一定配合尺寸设计时，他们之间相互作用力是均匀的，从而使其运动按一定规律运行平稳。在曲柄摇杆机构中，最大影响受力因素是压力角的大小，这与设计时尺寸设计有密切关系，在低速运动中，尽可能减小压力角，增大传动角，保证各构件受力合理，运动平稳，从而提高运动效率。在机构选择及尺寸设计时，要充分考虑力的平稳性，从而在保证整体机构在平稳运转的同时，节省原材料，减少占用空间，提高机构整体寿命。最终达到机构经济实用耐用的真正目的。作用的棘轮机构使皮带间歇性的传动，当棘轮、棘爪按一定配合尺寸设计时，他们之间相互作用力是均匀的，从而使其运动按一定规律运

26、行平稳。在曲柄摇杆机构中，最大影响受力因素是压力角的大小，这与设计时尺寸设计有密切关系，在低速运动中，尽可能减小压力角，增大传动角，保证各构件受力合理，运动平稳，从而提高运动效率。在机构选择及尺寸设计时，要充分考虑力的平稳性，从而在保证整体机构在平稳运转的同时，节省原材料，减少占用空间，提高机构整体寿命。最终达到机构经济实用耐用的真正目的。九自我评价及感想九自我评价及感想生活中可以用到各种各样的机器，方便、省力，快捷，然而当自己亲自设计时却发现不是那么简单，从最初的构思，假设，设计方案到选择最优方案和计算尺寸，每一步都要求极其的认真，不仅需要机械原理的扎实基础，还要有足够的创新能力，去把一个个

27、构件拼装在一起组成自己想要的东西。在这里同时还需要发扬团结协作，互相帮助的精神，某个问题上出了问题，就要及时与同学，老师讨论解决问题。通过这次糕点切片机的设计，让我增强了动手能力，创新能力，锻炼了我的耐力和意志力，从中我还更深刻的理解了这样一个道理，没有做不到的只有想不到的，我想课程设计的目的不在于这几张纸，而是在于设计方案这个过程当中，无论你最后的方案是否合格，是否得高分这都无所谓，只要你真正的参与其中，充分发挥你的大脑细胞，发散思维，把一生活中可以用到各种各样的机器，方便、省力，快捷，然而当自己亲自设计时却发现不是那么简单，从最初的构思，假设，设计方案到选择最优方案和计算尺寸，每一步都要求

28、极其的认真，不仅需要机械原理的扎实基础，还要有足够的创新能力，去把一个个构件拼装在一起组成自己想要的东西。在这里同时还需要发扬团结协作，互相帮助的精神，某个问题上出了问题，就要及时与同学，老师讨论解决问题。通过这次糕点切片机的设计，让我增强了动手能力，创新能力，锻炼了我的耐力和意志力，从中我还更深刻的理解了这样一个道理，没有做不到的只有想不到的，我想课程设计的目的不在于这几张纸，而是在于设计方案这个过程当中，无论你最后的方案是否合格，是否得高分这都无所谓，只要你真正的参与其中，充分发挥你的大脑细胞，发散思维，把一-16-个方案从无到有的做出来这就足够了，在这其中的收获是受益匪浅的！本次设计过程

29、中不仅锻炼了创新能力巩固了基础知识，而且进一步提高了 CAD 绘图水平，对与参加了一届机械创新大赛的我理解更是深刻，在去年仅仅止步于校级答辩阶段，我想通过这次的锻炼，在下一次一定会走的更远，最后由衷的感谢老师耐心的指导.个方案从无到有的做出来这就足够了，在这其中的收获是受益匪浅的！本次设计过程中不仅锻炼了创新能力巩固了基础知识，而且进一步提高了 CAD 绘图水平，对与参加了一届机械创新大赛的我理解更是深刻，在去年仅仅止步于校级答辩阶段，我想通过这次的锻炼，在下一次一定会走的更远，最后由衷的感谢老师耐心的指导.十参考文献十参考文献1.机械原理2006 年 2 月机械工业出版社2.机械原理课程学习指南2002 年 8 月西北大学出版社3.机械原理（第七版）2005 年 12 月高等教育出版社4.机械设计（第七版）2005 年 11 月高等教育出版社1.机械原理2006 年 2 月机械工业出版社2.机械原理课程学习指南2002 年 8 月西北大学出版社3.机械原理（第七版）2005 年 12 月高等教育出版社4.机械设计（第七版）2005 年 11 月高等教育出版社-17-附件图纸-18-19-20-