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目錄
一． 設(shè)計要求和設(shè)計條件…………………………..2
二． 原始數(shù)據(jù)………………………………………..2
三． 設(shè)計方案………………………………………..3
四． 機構(gòu)方案設(shè)計的確定…………………………..7
五． 設(shè)計機構(gòu)中典型運動分析………………………9
六． 機構(gòu)尺寸設(shè)計…………………………………..10
七． 切削機構(gòu)的運動分析…………………………..13
八． 力學(xué)分析…………………………………………15
九.自我評價及感想………………………………….15
十一.參考文獻……………………………………….16
一． 設(shè)計要求和設(shè)計條件
糕點切片機要求實現(xiàn)兩個執(zhí)行動作：糕點的直線間歇運動和切刀的往復(fù)運動，通過兩者的運動配合進行切片。改變每次間隔的輸送距離，以獲得不同厚度的糕點切片，要求生產(chǎn)阻力小，要求選用的機構(gòu)簡單、輕便、運動靈活可靠。
二.原始數(shù)據(jù)
1. 糕點厚度10～20mm
2. 糕點切片厚度范圍5～80mm
3. 切刀切片時最大位移30mm
4. 切刀工作節(jié)拍40次/min
5. 電動機可選用0.55kw（0.75kw）、1390r/min
三． 設(shè)計方案
1. 糕點直線間歇運動
方案一.棘輪式曲柄滑塊機構(gòu)
圖（1）
機構(gòu)運動說明：棘爪的連續(xù)往復(fù)擺動，帶動棘輪間歇性的單向轉(zhuǎn)動，從而帶動與其相連的圓盤1間歇轉(zhuǎn)動，通過連桿3使滑塊4（即送糕點平板）完成往復(fù)間歇平動。
方案二.端面凸輪頂桿機構(gòu)
圖（2）
機構(gòu)運動說明：電動機帶動輪1勻速轉(zhuǎn)動，從而帶動與輪1相連接的端面凸輪勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)端面內(nèi)導(dǎo)槽設(shè)計為一定形狀曲線時，其推動頂桿（連一送料板）3間歇性的向前運動，由于彈簧4的作用使頂桿返回，從而在一個周期內(nèi)完成往復(fù)間歇直線運動。另外，當(dāng)端面凸輪為一標準橢圓端面時，可選擇在輪1處加一間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)，最終達到間歇往復(fù)直線運動之目的。
方案三.棘輪式皮帶輪機構(gòu)
圖（3）
機構(gòu)運動說明：棘爪連接往復(fù)擺動，帶動棘輪間歇性地單向轉(zhuǎn)動，從而帶動與其相連的皮帶輪1同角速度地間歇性轉(zhuǎn)動，進而與另一皮帶輪4相配合使皮帶3作間歇性地直線運動，故皮帶上的糕點隨皮帶一起完成間歇直線運動。
方案四.凹槽圓柱凸輪機構(gòu)
圖（4）
機構(gòu)運動說明：皮帶輪（原動機）帶動凹槽凸輪以一定轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，槽內(nèi)的活動銷帶動擺桿2擺動，當(dāng)凹槽線性設(shè)計為可使圓柱銷有間歇運動的形狀時，擺桿2可帶動導(dǎo)桿3作往復(fù)間歇直線運動，進而使處于導(dǎo)桿3上的糕點作往復(fù)間歇直線運動。另外，也可以在一般凹槽設(shè)計的為普通橢圓流線型的基礎(chǔ)上，在對凹槽凸輪自身設(shè)計間歇運動機構(gòu)，從而達到設(shè)計運動要求。
2. 切刀直線切削運動
方案一.凸輪頂桿機構(gòu)
圖（5）
機構(gòu)運動說明：當(dāng)盤形凸輪1以一定角速度勻速轉(zhuǎn)動時，滾子與凸輪接觸，并推動頂桿以一定周期規(guī)律垂直運動，從而帶動滑塊（即切刀）完成一定范圍內(nèi)的豎直切削運動，彈簧3有減震作用。
方案二.擺動導(dǎo)桿——搖桿滑塊機構(gòu)
圖（6）
機構(gòu)運動說明：帶銷圓盤以一定角速度勻速運轉(zhuǎn)時，通過滑塊帶動搖桿2進行一定角度的擺動，進而帶動連桿3有一定規(guī)律的運動，最終推動滑塊4（即刀片）進行豎直切削運動。
方案三.六連桿機構(gòu)
圖（七）
機構(gòu)運動說明：曲柄1以一定角速度勻速運轉(zhuǎn)，帶動連桿2以一定形式運動，通過三角架帶動連桿3以一定規(guī)律運動，最終帶動滑塊4（即切刀）進行豎直切削運動。
四． 機構(gòu)方案設(shè)計的確定
糕點直線間歇運動
在四種方案中：
方案一的棘輪曲柄滑塊機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，運動形式明確，對心機構(gòu)無急回特性，在工作行程中，棘輪可較精確控制送料間歇距離；但在回程階段，仍按工作時進行運轉(zhuǎn)，使總體效率變低，故不應(yīng)作為最佳方案。
方案二的端面凸輪頂桿機構(gòu)，雖可采用棘輪、不完全齒輪等間歇運動機構(gòu)使其滿足間歇運動要求，但由于糕點尺寸較大，對端面凸輪的設(shè)計有一定困難，而且頂桿與端面接觸時壓力角很大，影響傳動效果，也對端面帶來一定磨損，此方案也不宜采用。
方案三是棘輪式皮帶輪機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單、輕便，運轉(zhuǎn)靈活，棘輪的設(shè)計也便于間歇性調(diào)速與調(diào)距，運動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，運轉(zhuǎn)時連續(xù)性好，由于糕點屬于輕載，故皮帶在傳輸時運動形式明確、穩(wěn)定；綜合各方面考慮，此方案合理、可行。
方案四是帶凹槽的圓柱凸輪機構(gòu)，雖然結(jié)構(gòu)簡單，在一定程度上可達到預(yù)期目的，但擺桿運動情況仍不甚明確，尤其在帶動導(dǎo)桿3作往復(fù)間歇直線運動時，運行不十分平穩(wěn)，流暢，而且凹槽壁與擺桿之間壓力角大，對傳動有不利影響，同端面凸輪一樣，長期工作會對凹槽有一定程度磨損，此方案也不宜采用。
綜合各方面考慮，選用方案三棘輪式皮帶輪機構(gòu)作為此執(zhí)行運動的最佳方案。
切刀豎直切削運動
在所設(shè)計的三種方案中：
方案一的滾子直動從動件盤形凸輪機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，具有一定的急回特性，但同時也具有一定程度的剛性沖擊，當(dāng)切刀（即滑塊）滿足所需要的工作行程時，對主動件凸輪的尺寸要求也較高，同時此機構(gòu)壓力角大，高副的受力較差，長期工作會造成一定程度的磨損，因而此方案不宜采用。
方案二是擺動導(dǎo)桿——搖桿機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，運動形式明確，且擺桿受力條件好，適當(dāng)選擇導(dǎo)路位置，可使工作段壓力角小，在某種程度上，其執(zhí)行運動形式更易實現(xiàn)。
方案三是六連桿機構(gòu)，其運動形式平穩(wěn)，而且由于三角構(gòu)件的存在，可以較容易實現(xiàn)預(yù)期工作行程，但由于整體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，各構(gòu)件運動形式不易計算，故對其不易進行精確設(shè)計，此方案不易采用。
綜合各方面因素考慮，選擇方案二擺動導(dǎo)桿——搖桿滑塊機構(gòu)作為切刀豎直切削運動的執(zhí)行運動最佳方案。
因此，兩個執(zhí)行運動的最佳設(shè)計方案確定為：
1. 糕點直線間歇運動：棘輪式皮帶輪送料機構(gòu)
2. 切刀豎直切削運動：擺桿導(dǎo)桿——搖桿滑塊機構(gòu)
五.設(shè)計機構(gòu)中典型運動分析
棘輪的間歇轉(zhuǎn)動
圖(8)
齒輪的傳動1、2，帶動曲柄搖桿機構(gòu)2、3、4運動，搖桿4的擺動使棘爪5擺動，進而帶動棘輪機構(gòu)4、5、6、7運動，棘爪5在非工作狀態(tài)時，從棘輪齒背上滑過，此時棘輪不轉(zhuǎn)動；在工作狀態(tài)時，棘爪5插入棘輪6齒槽，驅(qū)動棘輪順時針轉(zhuǎn)動。改變曲柄長度o2A，來調(diào)節(jié)棘輪每次轉(zhuǎn)過角度，最終達到預(yù)期間歇轉(zhuǎn)動。
六.機構(gòu)尺寸設(shè)計
1.間歇直線運動送料機構(gòu)
a.棘輪設(shè)計
設(shè)烘干后整大塊糕點總長2000mm，切削后小塊寬100mm，則每一個工作循環(huán)需在行程中間歇20次，切削20次。
選擇周長為1000mm的皮帶輪，兩圈運轉(zhuǎn)完成主運動，由此計算皮帶輪直徑Da=1000＼π=318.3mm 符合機構(gòu)整體尺寸。
由于蛋糕為輕載，齒數(shù)≤250
設(shè)計Z=40，每次轉(zhuǎn)過4齒
直徑da=160mm（頂圓直徑）
模數(shù)m=da＼Z=4mm
齒高h=3.0mm齒槽夾角ψ=60°
棘爪
齒根角半徑r=1.0mm，工作面邊長h1=6mm
非工作面邊長a1=3mm，爪尖圓角半徑r1=1.5mm
齒形角ψ1=60°
b.曲柄搖桿機構(gòu)尺寸
圖(9)
按比例尺μ=5mm＼mm作圖，設(shè)搖桿在棘輪機構(gòu)中尺寸比為1：2，量得每次棘輪轉(zhuǎn)角36°，設(shè)棘架中心線偏離y軸15°，則有連桿長度L，曲柄長度r=o2A，中心距a= o1o2
實際尺寸：L=A1B2×μL=540mm
r=O2A1×μL=45mm
a=o2o3×μL=460mm
c.齒輪機構(gòu)尺寸
根據(jù)始末機構(gòu)傳動比i=n1＼n2=1390＼40=34.75，配置一個與電動機相聯(lián)的皮帶輪機構(gòu)，與一雙聯(lián)齒輪。
圖（10）
設(shè)計
Z0=Z3=25 Z1=Z2=75 選擇m=2mm 則d2=150mm
皮帶輪d=100mm D=386mm
3. 直線切削運動機構(gòu)
a. 擺動導(dǎo)桿——搖桿滑塊機構(gòu)
根據(jù)設(shè)計要求，滑塊（即切刀）最大行程300mm，為使其有最小壓力角，達到最大傳動功效，設(shè)計尺寸如下μL =10mm＼mm：
圖（11）
實際尺寸：曲柄o2C=270mm，中心距o1o2=550mm
擺桿左端長o1A=270mm，連桿AB=320mm
極為夾角∠A1O1A2=60°，行程比系數(shù)K=2
具有一定急回特性，可以提高工效，符合設(shè)計要求
b. 齒輪機構(gòu)
由于此執(zhí)行機構(gòu)與送料執(zhí)行機構(gòu)配合工作，故其設(shè)計方案尺寸可選擇與以上送料機構(gòu)中的齒輪機構(gòu)尺寸相同，以滿足整體尺寸布局及設(shè)計要求。
七.切削機構(gòu)的運動分析
此為擺動導(dǎo)桿——搖桿滑塊機構(gòu)，為使其有較好的傳動效果，使其最大壓力角盡可能小，且具備一定極為位夾角。根據(jù)描點法和圖解法作出執(zhí)行構(gòu)件滑塊（即切刀）的運動線圖，如圖
圖（12）
圖（13）
圖（12）是切刀運動的位移線圖，圖（13）是切刀的運動速度線圖，由圖（13）可以看出，切刀在工作階段加速度大，切削蛋糕時較快，從合滿足實際要求，使被切蛋糕具有特定垂直切削面。同時，切刀也不可避免地帶來了一定沖擊，這對整體機構(gòu)是有害的，如何權(quán)衡兩者之間利與弊，還需要通過實驗及理論計算來獲得最合理的方案。
八.力學(xué)分析
糕點切片機是由糕點的間歇直線運動與切刀的往復(fù)豎直切削運動相互配合而構(gòu)成的，兩者都屬于輕載低速運動，因而他們對各構(gòu)件之間力的相互作用要求并不太高。比如在間歇直線運動機構(gòu)中包括齒輪機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)、皮帶輪機構(gòu)和棘輪機構(gòu)，起主要作用的棘輪機構(gòu)使皮帶間歇性的傳動，當(dāng)棘輪、棘爪按一定配合尺寸設(shè)計時，他們之間相互作用力是均勻的，從而使其運動按一定規(guī)律運行平穩(wěn)。在曲柄搖桿機構(gòu)中，最大影響受力因素是壓力角的大小，這與設(shè)計時尺寸設(shè)計有密切關(guān)系，在低速運動中，盡可能減小壓力角，增大傳動角，保證各構(gòu)件受力合理，運動平穩(wěn)，從而提高運動效率。
在機構(gòu)選擇及尺寸設(shè)計時，要充分考慮力的平穩(wěn)性，從而在保證整體機構(gòu)在平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的同時，節(jié)省原材料，減少占用空間，提高機構(gòu)整體壽命。最終達到機構(gòu)經(jīng)濟實用耐用的真正目的。
九．自我評價及感想
生活中可以用到各種各樣的機器，方便、省力，快捷，然而當(dāng)自己親自設(shè)計時卻發(fā)現(xiàn)不是那么簡單，從最初的構(gòu)思，假設(shè)，設(shè)計方案到選擇最優(yōu)方案和計算尺寸，每一步都要求極其的認真，不僅需要機械原理的扎實基礎(chǔ)，還要有足夠的創(chuàng)新能力，去把一個個構(gòu)件拼裝在一起組成自己想要的東西。在這里同時還需要發(fā)揚團結(jié)協(xié)作，互相幫助的精神，某個問題上出了問題，就要及時與同學(xué)，老師討論解決問題。通過這次糕點切片機的設(shè)計，讓我增強了動手能力，創(chuàng)新能力，鍛煉了我的耐力和意志力，從中我還更深刻的理解了這樣一個道理，沒有做不到的只有想不到的，我想課程設(shè)計的目的不在于這幾張紙，而是在于設(shè)計方案這個過程當(dāng)中，無論你最后的方案是否合格，是否得高分這都無所謂，只要你真正的參與其中，充分發(fā)揮你的大腦細胞，發(fā)散思維，把一個方案從無到有的做出來這就足夠了，在這其中的收獲是受益匪淺的！本次設(shè)計過程中不僅鍛煉了創(chuàng)新能力鞏固了基礎(chǔ)知識，而且進一步提高了CAD繪圖水平，對與參加了一屆機械創(chuàng)新大賽的我理解更是深刻，在去年僅僅止步于校級答辯階段，我想通過這次的鍛煉，在下一次一定會走的更遠，最后由衷的感謝老師耐心的指導(dǎo).
十．參考文獻
1.《機械原理》2006年2月 機械工業(yè)出版社
2.《機械原理課程學(xué)習(xí)指南》2002年8月 西北大學(xué)出版社
3.《機械原理》（第七版）2005年12月 高等教育出版社
4.《機械設(shè)計》（第七版）2005年11月 高等教育出版社
機械原理課程設(shè)計
設(shè)計說明書
設(shè)計題目
系 專業(yè)
班級
設(shè) 計 者：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
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