1、二 设计任务（一） 设计题目：自动切菜机（二） 工作设计及工艺的动作过程 电动机经皮带和齿轮系减速后，达到30转/分。再用棘轮机构连接一皮带组成菜品的进给机构，并满足间歇运动的要求。同时通过另外一组皮带轮带动曲柄滑块机构运动（滑块上带切刀），实现菜品的切割。间歇运动机构与切刀运动机构工作协调。由于每一次切的过程都一样,从而使每一片菜品的大小都一样。而通过改变进给的距离，可调整切片的厚度。（三）机构的一些尺寸1）菜品厚度：1020mm。如上图所示，可利用最短杆的圆周运动来实现切刀的上下往复运动。 此连杆机构的优点：1.运动副为低副，低副的两运动副位面接触，压强较小，可以承受较大的载荷，并且有利于
2、润滑，运动副的集合形状比较简单，便于加工制造。2.当原动件运动规律不变时，可以改变各构件的长度从而使从动件得到不同的运动规律。3.连杆上各点的轨迹是不同形状的曲线，其形状还随着各构件相对长度的改变而改变，从而得到形式众多的连杆曲线，我们可以利用这些曲线来满足不同曲线的设计要求。 吃连杆结构的缺点：1.连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，传递路程较长，易产生较大的误差累计，使机械效率较低。2.此机构虽然有上下往复运动，但它没有急回运动特性。不能够实现切刀下切速度慢而收回速度快的特性，也不能够很好的缩短空程的时间，影响效率。故放弃。方案二：如下图所示，该机构为封闭的凸轮机构。可利用凸轮的转动来
3、实现切刀的往复运动。 此几何凸轮机构的优点：1.只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。2.凸轮机构可承重较大，运动平稳。此机构的缺点：1.图轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损。2.没有急回运动特性，不能够实现切刀下切速度快二上提速度快的特性。不能够很好的缩短空程的时间，影响效率，因此舍弃该方案。方案三如下图所示，该机构为偏执曲柄滑块机构，可以利用它实现切刀的往复运动。此曲柄滑块机构的优点：1.由于偏执滑块机构具有偏心距，所以该机构具有很好的急回运动特性。2.该机构较为简单，可根据已经给定的尺寸要求设计出机构各连杆的长度。3.此机构为连杆机构，可
4、以承受较大的载荷，并且有利于润滑，运动副几何结构比较简单，便于加工制造。改变各构件的相对长度来使从动件得到预期的运动规律。综上所述，选择方案三是一个比较不错的选择。 令该偏执滑块机构的偏距e=10mm。此机构主要是执行切刀的上下往复运动。由于所切的菜品厚度最大为30mm，所以切刀在30mm之上运动时，菜品才能运动。为了给菜品足够的传送时间，设计切刀的行程为2倍菜品的最大厚度，即为C1C2长度等于60mm。设刀片高为40mm，刀片不能回缩到滑块轨道上，所以滑块长度应大于C1C2，取滑块长度为65mm。可以令曲柄AB长度为25mm，BC长度为60mm。极为夹角为：cos a=（BC-AB）+（AB
5、+BC）-C1C2/2（BC-AB）*（AB+BC）=0.815a=arc cos0.815=35.4综上：曲柄长25mm；连杆长60mm；偏距10mm；刀片高40mm；刀片所在滑块长65mm；极位夹角a=35.4；2.实现菜品直线间歇运动的机构方案一：如下图所示，为一连杆步进输送机构，可实现直线间歇移动。此连杆机构的优点：1.此机构能够完全实现直线间歇移动。2.如果连杆的尺寸角度设计得当，此机构具有传递平稳，运动精确的优点。此连杆机构的缺点：1.连杆BCD运动的轨迹是一个完全不规则的曲线,再设计连杆机构ABCDE时，要想使连杆和挂钩接触的部分的运动曲线近似为直线，机构中每个连杆的长度的定位都
6、比较困难。不容易计算得出最终的尺寸和方位。舍弃该方案。如下图，该方案采用槽轮机构此机构的优点：1.对于菜品的传送，槽轮机构能够完全实现直线间歇运动。2.槽轮机构也比较实用，容易计算，运动也比较精确。该槽轮机构的缺点： 如果使用槽轮机构的话，则很难改变被切菜品的厚度，如果中间搭配齿轮减速器来改变速度的话又显得复杂。故舍弃该方案。方案三：如下图，选择棘轮机构： 该棘轮机构的优点有： 棘轮机构的结构简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较为平稳地，间歇地进行转位，能实现菜品厚度的调节，故采用此机构。棘轮机构主要是执行菜品的进给运动,每一次的运动距离就是所切菜品的长度。为了更好的控制和改变这个长度,设棘
7、轮每转动一定角度,菜品运动20mm,设棘轮共有24个齿,既每齿代表15度。于是一共有四档,即20,40,60,80mm,也就是说棘轮转动15,30,45,60度。对于棘轮的转动,设计一个曲柄摇杆机构推动棘轮旋转。于是棘轮的旋转角度就可以转化为摇杆的摆角。即15,30,45,60度。在棘轮外加装一个棘轮罩，用以遮盖摇杆摆角范围内棘轮上的一部分齿。这样，当摇杆顺时针摇动时，棘爪先在罩上滑动，然后才嵌入棘轮的齿槽中推动其转动。被罩遮住的齿越多，则棘轮每次转动的角度就越小。棘轮罩设置四个转角分别为15，30，45，60度。设有槽的圆盘直径为150mm,棘轮半径为100mm,在摇杆上装一个棘爪, 棘爪推
8、动棘轮旋转,棘轮上再固定一个皮带轮用以带动皮带旋转。其尺寸为:棘轮半径100mm;棘轮齿数24个; 设曲柄和摇杆与地面两定点的距离为175mm，摇杆的最大摆角为75。摇杆长度为200。设曲柄长为x，连杆长为y。可得方程：cosA= 175+100-（x+y）/2*175*100；cosB= 175-（y-x）B=75解得：x=50；y=210；所以有曲柄摇杆机构尺寸:曲柄长50mm;连杆长210mm;摇杆长200mm;依据零件尺寸，作图计算得出：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2秒，则摇杆推程时间为：1秒，回程时间为：1秒。因此，切刀在1秒的时间内不能接触菜品（最大
9、厚度为20mm）,而在1秒的时间里切刀应完成切菜品的动作并离开菜品表面。即切刀在菜品外运动的时间应大于1秒据此验证切刀的曲柄滑块机构的尺寸。计算得切刀在20mm以上的高度运动时间大于1秒，所以满足设计要求。四 减速系统设计该切菜机机构原动件为一高速电机，其转速为150r/min，但是我们需要的转速为30r/min，所以需要减速装置。因机器对主轴转速精度要求不高。第一级用皮带传动，第二级用齿轮传动。皮带传动有良好的挠性和弹性；能吸震和缓冲，传动平稳噪声小；有过载保护功能，当过载时轮缘打滑，防止其它的机件损坏；且成本较低。齿轮传动精确、传动效率高,且减速比不是很大，考虑减速装置的重量和体积则第二级
10、减速采用单级圆柱齿轮减速比较适宜。第一级降速用皮带轮减为50r/min。第二级是用齿轮减速到30r/min。两减速传动机构设计分析如下：1皮带轮设计：皮带轮传动主要是采用两个半径不相同的皮带轮实现。由于皮带上线速度相等可知：r1*w1=r2*w2；r1*n1=r2*n2；150*r1=50*r2；r1/r2=50/150可以使电机上皮带轮的半径大小为r1=30mm；另一端皮带轮半径大小为r2=90mm。传动比i=150/50=3。皮带轮的选择：皮带轮，属于盘毂类零件，一般相对尺寸比较大，制造工艺上一般以铸造、锻造为主。一般尺寸较大的设计为用铸造的方法，材料一般都是铸铁，很少用铸钢；一般尺寸较小
11、的，可以设计为锻造，材料为钢。因为该切菜机的功率不高，需要皮带轮传动的力矩不大。结构：承载层为绳芯或胶帘布，楔角为40，相对高度近似为0.7梯形截面环形带有包布式和切边式两种。特点：当量摩擦系数大，工作面与轮槽粘附性好，允许包角小、传动比大、预紧力小、绳芯结构带体较柔软，曲挠疲劳性好。应用：速度2530m/s、功率700kW、传动比10轴间距小的传动。承载层为绳芯，楔角为40，相对高度近似为0.9梯形截面环形带有包布式和切边式两种。除具有普通V带的特点外，能承受较大的预紧力，允许速度的曲挠次数高，传动功率大，耐热性好。大功率结构紧凑的传动。最后我们决定选择普通V带轮。2齿轮系的设计：经皮带轮减
12、速后的转速为50r/min，而我们需要的转速是30r/min。因此还需要齿轮降速。选择齿轮参数如下：名称z1z2齿数1830模数5mm分度圆90mm150mmi=z2/z1=5/3齿距 p1=m=5=15.7mm=p2齿厚 s1=m/2=2.5=7.85mm=s2齿槽宽e1=m/2=2.5=7.85mm=e2基圆 db1=d1*cos=d1*cos20=90*cos20=84.6 mm db2=d2*cos=d2*cos20=150*cos20=140.1mm齿顶高ha1=（ha* ） *m=5mm=ha2 顶隙 C1=（c*）*m=1.25mm=C2 齿根高hf1=ha1+c1=5.25mm
13、=hf2齿顶圆da1=d1+2ha=100mm da2=d2+2ha=160mm齿根圆df1=d1-2hf =84.75mm df2=d2-2hf =144.75mm全齿高h1=ha+hf1=10.25mm h2=ha+hf2=10.25mm中心距 a=（d1+d2）/2=m/2（Z1+Z2）=240mm五 传动系统演示电动机皮带传齿轮减速棘送履刀具六 三维视图七 执行机构的仿真分析切刀的位移函数图象：切刀的速度函数图象：切刀的加速度函数图象：八 心得体会机械设计课程设计结束了，在这次的切菜机设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我对问题的把握能力，对问题的处理能力。在设计过程中，和同学们相
14、互探讨，相互学习。自己不仅在理论知识上取得了提高，也懂得了如何将理论知识运用到实践当中。这次机械设计课程设计是我们大学以来第二次课程设计，这是对我们以往知识的一次总结提高。通过这次课程设计，我在很多方面都有所提高。不仅巩固与扩充了机械设计课程上所学的内容，还提高了计算能力，cad绘图能力，运用proe软件和adams软件对实物进行仿真的能力。熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在此感谢我们的温亚莲老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我们学习中的榜样。在这次机械设计课程设计中得到了温老师的很多帮助，给我们了很多启发，帮助我们能够很顺利的完成了这次课程设计。同时也感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学之间的友谊。同时也因为我的专业素质的不足，在设计过程中难免出现一些错误，恳请温老师多多指教。
