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荆楚理工学院

课程设计成果

学院：

机械工程学院班级：

机制三班

学生姓名：

韩俊杰学号：

2014ZSB030109

设计地点（单位）：

荆楚理工学院

设计题目：

糕点切片机

完成日期：

2015年12月30日

指导教师评语：

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

成绩（五级记分制）：

教师签名：

前言

糕点做为中国民间传统的小吃，有着将近两千多年的文化历史，传承至今。

因为其独特的风格流传到现在。

在当今这个社会和信息高速发展的全球化的时代！

效率最为重要，大规模批量化的生产尤为重要，传动的手工加工方式已经不在适应当今这个社会，人类永远都是进步的！

用已有的理论知识，创造了一代又一代的糕点切片机！

来满足现代人的生活需求。

随着和外国的交流更加密切，西式糕点也流入中国，其造型新颖，风格独特，口味清新，颠覆了传统糕点在我国人民中的印象。

不仅仅在选材，制作方式，口感方面都给我们一种耳目一新的感觉。

而今的糕点的发展更是融合了中西两种风格，成为新一代的流行美食，深受大众的喜欢，市场占有率极高。

糕点作为一种常见的食品，它可以作为早餐、中餐、晚餐，也可以作为主食。

从而，在日常生活中扮演者重要的角色。

而今，新世纪的糕点中添加了一些保健性的药物，在不影响其自身美味的同时还大大提高了它的的营养价值和药用效果。

糕点切片机发展史已经很多年了，对于家居型的糕点切片也是有市场供应。

早就已经发展到了一定的阶段。

近几年来，随着经济的飞速发展，人民生活水平的不断提高。

糕点的制作慢慢有家庭小批量的生产趋势，加上糕点庞大的需求量，价格适宜且功能强大的小作坊型糕点切片机变得非常必须，所以研究经济适用快速安全的糕点切片机是非常重要的。

目录

1设计任务-------------------------------------------------------------------1

1.1设计要求数据

1.2工作原理及工艺动作过程

1.3设计方案

2设计方案的选择............................................................................................1

2.1技术原理....................................................................................................1

2.2装置操作....................................................................................................2

2.3核心部件的设计........................................................................................2

2.4设计方案的确定........................................................................................5

2.5运动循环图及同步图................................................................................7

3机构零件尺寸的设计.......................................................................................7

3.1曲柄摇杆机构............................................................................................8

3.2棘轮机........................................................................................................10

3.3曲柄滑块机构............................................................................................14

3.4减速系统....................................................................................................15

4机构运动分析和动力分析................................................................................18

4.1机构运动分析.............................................................................................18

4.2机构动力分析.............................................................................................22

5机构建模............................................................................................................25

5.1机构运动简图............................................................................................25

5.2各部件的建模............................................................................................25

5.3机构的装配................................................................................................27

总结.......................................................................................................................28

参考文献...............................................................................................................28

一、设计任务

1.1设计要求数据

（1）切点切片长度：

10～100mm

（2）糕点厚度：

10~25mm

（3）切刀切片时最大作用距离（亦即切片的宽度方向）：

200mm。

（4）切刀工作节拍：

60次/min。

（5）选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠，生产阻力要小。

1.2工作原理及工艺动作过程

糕点先成型（如长方体、圆柱体等）经切片后再烘干。

糕点切片机要求实现两个执行动作：

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。

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。

1.3设计方案

1）削速度较大时，切片刀口会整齐平滑，因此切刀运动方案的选择很关键，切口机构应力求简单适用、运动灵活和运动空间尺寸紧凑等。

2）直线间歇运动机构如何满足切片长度尺寸的变化要求，是需要认真考虑的。

调整机构必须简单可靠，操作方便。

是采用调速方案，还是采用调距离方案，或者采用其它调整方案，均应对方案进行定性的分析比较。

3）间歇运动机构必须与切刀运动机构工作协调，即全部送进运动应在切刀返回过程中完成。

需要注意的是，切口有一定的长度（即高度），输送运动必须在切刀完全脱离切口后方能开始进行，但输送机构的返回运动则可与切刀的工作行程运动在时间上有一段重叠，以利提高生产率，在设计机器工作循环图时，就应按上述要求来选取间歇运动机构的设计参。

二、机械系统运动方案的拟定与选择

2.1方案的拟定

糕点的直线间歇运动可选择连杆机构、齿轮机构、棘轮机构、凸轮机构、槽轮机构等。

切刀的往复直线运动可采用连杆机构、凸轮机构、组合机构等。

方案一：

切刀的往复运动是用凸轮机构，

糕点的间歇运动是用棘轮机构

偏执曲柄滑块机构，可以利用它实现切刀的往复运动。

凸轮机构

工作原理：

有凸轮的转动带动切刀的上下往复运动，最大行程为凸轮的相对转动点的最高点与最低点的差，通过正价凸轮的长度来增大或减小行程。

优点：

具有急回运动特性。

机构结构简单，可根据已经给定的尺寸设计出机构中各连杆的长度。

具有连杆机构的共同优点。

可以承受较大的载荷，并且有利于润滑，运动副元素的几何形状较简单，便于加工制造。

改变各构件的相对长度来使动件得到预期的运动规律。

缺点：

机械效率较低。

直齿式棘轮棘爪机构，利用棘爪的摆动推动棘轮的转动，然后棘爪的回到初始位置过程中棘轮不动。

如此棘爪往复摆动来实现糕点的直线间歇运动。

优点：

依靠棘轮传动，运动可靠，制造方便，棘轮转角能实现有级调节。

并且在棘轮外面罩上一个外壳和曲柄摇杆配合可以实现糕点机构的可调性往复间歇运动，且具有调节精度和结构简单，易设计的特点。

缺点：

由于棘轮很少接触，棘轮棘齿的厚度需要注意，如果太薄就会使强度减低，所以棘轮棘齿的齿高和齿距的确定要综合多方面考虑使其满足。

棘轮机构

工作原理：

曲柄转动一定角度范围是带动连杆运动，与连杆项链的棘爪插入齿轮内，带动从动棘轮转过一定角度。

当去曲柄转过领一定角度，另一侧的棘爪组织棘爪轮反向转动，与连杆项链的棘爪在棘轮齿上滑过。

从而实现曲柄的连续转动带动棘轮的单向间歇运动。

优缺点：

齿式棘轮机构结构简单，制造方便，动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构实现。

该机构的的缺点是行程只能做有限调节，噪音、冲击和磨损较大。

方案二：

切刀的往复运动是用连杆机构

糕点的间歇运动是用非完整齿轮与完整齿轮间歇啮合传动

切刀的往复运动我们用凸轮—连杆机构实现，刀装在滑块上，利用杠杆定理，另外，采用图示的偏置曲柄滑块机构有急回运动特性，可使刀在向下运动即切糕点时速度加快，从而使切口光滑。

糕点的间歇运动我们采用不完全齿轮实现。

该方案结构简单，但对于不完全齿轮来说，啮合时会有较大冲击，易损坏，同时该系统整体尺寸较大，工作效率较低，结构不紧凑，调试性较低。

连杆机构

工作原理：

通过转盘的旋转带动连杆的转动，从而到动切刀上下往复运动，可通过调节连杆的长度来城建行程。

优缺点：

结构简单，容易实现，且具有连杆的共同优点。

优快慢行程之风，提高工作效率。

起运动副均为低副，两运动副链接为面接触，加强较小，可承载较大的载荷。

这种机构占据的空间位置较大，传递的路线较长。

非完整齿轮与完整齿轮间歇啮合传动

工作原理：

主动齿轮做连续转动，当主动轮的吃齿静茹啮合，从动轮转动，主动轮退出啮合，有与两齿轮的凸凹锁止弧的作用，从动轮保持可靠停歇，从而实现从动轮的间歇转动。

优缺点；不完全齿轮机构设计灵活，从动轮的运动角范围大，很容易实现一个周期中的多次变动，厅施加不等的间歇运动。

担架工复杂；在进入啮合是速度有突变，引起刚性冲击，不宜用于高速转动；主、从动轮不能互换，并且不好控制进给的距离。

方案三：

切刀的往复运动是用连杆-曲柄滑块机构

糕点的间歇运动是用棘轮机构

直齿式棘轮棘爪机构，利用棘爪的摆动推动棘轮的转动，然后棘爪的回到初始位置过程中棘轮不动。

如此棘爪往复摆动来实现糕点的直线间歇运动。

整体结构优缺点：

机构结构简单，可根据已经给定的尺寸设计出机构中各连杆的长度。

具有连杆机构的共同优点。

可以承受较大的载荷，并且有利于润滑，运动副元素的几何形状较简单，便于加工制造。

改变各构件的相对长度来使动件得到预期的运动规律,但机械效率较低。

依靠棘轮传动，运动可靠，制造方便，棘轮转角能实现有级调节。

并且具有调节精度和结构简单，易设计的特点。

缺点：

由于棘轮很少接触，棘轮棘齿的厚度需要注意，如果太薄就会使强度减低，所以棘轮棘齿的齿高和齿距的确定要综合多方面考虑使其满足。

综合上诉三种方案的有缺点最终我选择方案三。

2.1选择方案的工作原理及运动简图

机构运动简图

电动机经过皮带和减速齿轮候达到切刀所需要到达的工作速率，使用一组带轮带动曲柄滑块机构运动，可以对糕点进行切片；为实现糕点间歇运动，就使用棘轮连接皮带轮实现了糕点进给运动，通过间歇运动机构与切达往复运动机构相互协

作运动，即可完成每次切片过程的一致性，使得每块糕点的大小保持一样大。

三、根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图

3.1刀具往复运动

切刀每分钟的完成切割60次的工作节拍，切刀做竖直面内的往复直线运动，当其向下运动到与最低点相距约25mm时开始切割糕点，此时糕点静止不动，切割完毕切刀往上运动到距离最低点约30mm时糕点运动起来，把切好的糕点片带走并把糕点送进待切，切刀继续往上运动，直到最高点，之后再往下运动，直到最低点相距约25mm是又开始切割糕点，此时糕点又静止。

如此往复运动。

根据糕点切片机工艺要求，切刀的推动循环由下面四段形成。

分别是

第一阶段切刀由糕点表面位置到糕点底部位置所需时间为T1，

第二阶段是切刀由糕点的底部位置回到糕点表面位置所需时间为T2，

第三阶段是切刀由糕点表面位置到距离糕点表面位置的最高点所需时间为T3，

第四阶段是切刀由最高点回到糕点表面位置所需时间为T4

完成整个过程需要的时间为：

T总=T1+T2+T3+T4

T总=60/60s=1.0s

每个阶段所需时间为：

T1=T2=T3=T4=1/4s=0.25s

刀具往复运动机构运动循环图

3.2间歇运动

实现间歇运动的是棘轮机构，因此有棘轮转位与停歇两个阶段。

它们分别是棘轮转位时间Ta，棘轮停歇时间Tb

棘轮转为与停歇的总时间时间为1s

棘轮转为时间与棘轮停歇时间分别为Ta=Tb=0.5s

间歇运动机构运动循环图

四、传动系统设计

4.1传动系统设计

电动机转速为1450r/min,切刀的工作节拍是60次/min.假设电动机转一转,切刀往复运动一次.由于我们所需要的转速与工作节拍一样都是60r/min，所以要设计减速装置。

对于减速装置我们采用皮带加齿轮的方式。

第一级降速是用皮带减速，减为250r/min。

第二级是用齿轮减为50r/min。

5.1皮带传动设计

皮带传动设计是采用两个半径不相同的皮带实现。

由于皮带上线速度相等，由r1*n1=r2*n2

1000*r1=250*r2

r1/r2=1/4

设电机上皮带轮半径径大小为r1=30mm，另一端皮带轮的半径大小r2=120mm。

传动比i=4。

5.1齿轮系的设计

经皮带减速后的转速为250r/min，而我们所需要的转速为50r/min。

因此还需要的传动比为5/1，选用的齿轮为标准齿轮。

直齿轮参数表

名称

齿数

模数

分度圆直径

齿顶圆直径

齿根圆直径

齿轮Z1

20

4mm

80mm

88mm

70mm

齿轮Z2

40

4mm

160mm

168mm

150mm

齿轮Z2’

20

4mm

80mm

88mm

70mm

齿轮Z3

50

4mm

200mm

208mm

190mm

传动比i=（Z2*Z3）/（Z1*Z2’）=5/1

五、执行系统机构设计

切刀往复运动机构为的执行机构为去柄滑块机构，简谐运动机构为棘轮机构。

5.1曲柄滑块

由于所切糕点的厚度最大为25mm所以切刀在25mm以上运动时，糕点才能运动。

为了给糕点足够的传送时间，设计刀具的行程为H=80mm，行程速比系数为k=2，曲柄长度为a=25mm；刀的高度设为50mm。

考虑卫生问题，刀具不能缩到滑块的导轨里，所以设计滑块的长度为80mm；计算连杆的长度b，偏心距e。

在三角形AC₁C₂中

H2=（b-a）2+（b+a）2-2（b-a）（b+a）cosθ

θ=180⁰

b=67mm

e=sinθ（（b-a）2+2a2）/H

e=33mm

曲柄滑块机构的尺寸为：

曲柄长：

25mm

连接杆长：

67mm

滑块长：

80mm

偏心距：

33mm

刀片高：

50mm

刀片长:

300mm

皮带长:

800m

.2棘轮机构

棘轮机构主要是执行糕点的进给运动，每一次的运动距离就是所切糕点的长度。

为了更好的控制和改变这个长度，设棘轮每转动一定的角度，糕点运动20mm，设棘轮共有24个齿，即每个齿代表15度。

于是一共有五档，即20、40、60、80、100mm，也就是说棘轮转动15、30、45、60、75度。

对于棘轮的转动设计一个曲柄摇杆机构推动棘轮转动。

于是棘轮的转角就可以转化为摇杆的摆角。

即15,30,45,60,75度。

在棘轮外加一个棘轮罩，用以遮盖摇杆摆角范围内棘轮上的一部分齿。

这样当摇杆顺时针摆动时，棘爪在罩上先滑动，然后才嵌入棘轮

的齿槽中推动其转动。

被罩遮住的齿越多，每次推动的角度就越小。

棘轮罩设置5个转角分别为15,30,45,60,75度。

设模数为m=4，棘轮的直径为：

da=mz=96mm。

在摇杆上装一个棘爪，棘爪推动棘轮旋转，棘轮上再固定一个皮带轮用以带动皮带转动。

皮带移动的距离为x=πd*n/360°（d为传输糕点的皮带轮的直径，n为棘爪推动的角度）。

由运动距离可以得出皮带轮的直径为153mm。

其尺寸为：

设模数为m=4，棘轮齿数：

24个

棘轮的直径为：

da=mz=96mm

皮带轮直径：

153mm;皮带长：

1000mm；

整个机器的关键就在于切刀运动与糕点传送运动之间的协调。

推动棘轮的曲柄摇杆机构的行程速比系数为：

k=1；又工作周期为1秒，则摇杆推程时间为：

0.5秒，回程时间为：

0.5秒。

因此，切刀在0.5秒的时间内不能接触糕点，而0.6秒的时间里切刀应完成切糕点的动作并且离开糕点表面。

四杆机构相关尺寸的计算

如下图所示四杆机构：

上齿轮中心到带轮中心的距离为EA的垂直距离为297mm；设定EA的水平距离为150mm，于是EA既是刀架距离就可以算出来：

EA=

≈333mm

设AB=200mm由于摇杆AB的摆角是75度,通过做图知：

B₁E=414mm，B₂E=171mm：

=

+

=

-

EC长为121.5m，BC长为292.5mm

设定连杆BC长是250mm，由四杆机构曲柄摇杆存在条件知EC要满足

最长+最短≤其余两杆之和

EC+EA≤BC+AB

满足条件。