机械原理糕点切片机

1、机械原理课程设计 题目名称糕点切片机专业班级15机制（专升本）学生姓名切克闹学 号66666666666666指导教师何华机械与车辆工程系二一六年 六月 十五日1目 录1 执行机构的选型与评价12 机械传动系统的速比和变速机构43 系统流程分析54 机构运动示意图65 对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算75.1 电动机的选型75.2 同步带的选择85.3 对渐开线标准直齿圆柱齿轮3、4的设计95.4 直齿锥齿轮5、6、7、8的设计115.5 对渐开线标准直齿圆柱齿轮8、9的设计135.6 对刀长的设计145.7 对槽轮机构的设计和计算15总 结16参考文献18第一章 执行机构的选型与评价1

2、执行机构的选型与评价图1.1 运动循环图注：该机构采用两把切刀可提高工作效率181糕点切片机设计方案：切刀连续运动：凸轮连杆机构糕点间歇运动：不完全齿轮机构 注：两者通过齿轮连接 图1.2 执行机构运动方案切刀的往复运动用凸轮连杆机构实现，刀装在滑块上，利用杠杆定理，当推杆行程增大时，刀具切割糕点，当推杆到达最高点时刀具到达最低点，当推杆行程减小时刀具上升。另外，采用图1.2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。糕点的间歇运动采用不完全齿轮实现。当滑块向上运动即刀向上运动时，不完全齿轮进入啮合区，带动糕点的移动，当滑块向下运动即刀向下运动时，不完

3、全齿轮进入非啮合区即糕点静止，进行切割。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， 同时该方案整体尺寸较大，工作效率较低，结构不紧凑，可调试性较低。第一章 执行机构的选型与评价方案：切刀往复运动：齿轮机构糕点间歇运动：槽轮机构图1.3 执行机构运动方案 对于此结构选刀的运动为连续旋转，而且采用两把刀的情况，这样的话系统的效率将会得到很大的提高，并且由于无论糕点的高低，其放置位置总是与刀切入时刀刃所在的直线存在一定夹角，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，同时整个系统机构设计简单，易于制造。 采用槽轮机构完成糕点的间歇运动，

4、在带动刀的锥齿轮旋转一周的过程中，拨盘旋转四周，完成糕点的切割动作。对于糕点的厚度，因槽轮的运动确定，采用改变摩擦轮的直径来改变糕点的输送距离达到改变糕点切片的厚度。槽轮机构的结构简单，外形尺寸较小，其机械效率高，并能较平稳地、间歇地进行转位。 综合比较两个方案的优劣，方案为我们所选的最终方案。第三章 系统流程分析第二章 机械传动系统的速比和变速机构2 机械传动系统的速比和变速机构通过原始数据：1）糕点厚度：1020mm。2）糕点切片长度（亦即切片高）范围：580mm。3）切刀切片时最大作用距离（亦即切片宽度方向）：300mm。4）切刀工作节拍：40次/min。5）工作阻力很小。要求选用的机构

5、简单、轻便、运动灵活可靠。6）电机可选用，功率0.55KW（或0.75KW）、1390r/min。可以得出： 机构总传动比为：i总=1390/20=69.5，周期：T=60/20=3s，故需采用三级减速，选带传动减速和齿轮减速。 传动比的分配：带传动的传动比为i=n1/n210；锥齿轮传动的传动比为115;直齿轮的传动比为110，故选择带传动的传动比为i1=6.95，第二级齿轮传动比i2=2.5则第三级中锥齿轮的传动比i3=i总/i1/i2 =4，直齿轮的传动比i4=i3=4。第三章 系统流程分析3 系统流程分析 首先，电动机连续转动带动同步带转动，通过采用槽轮机构完成糕点的直线间歇运动，在带

6、动刀的锥齿轮旋转一周的过程中，拨盘旋转四周，其次，切刀的旋转运动，完成糕点的切割动作，最后，糕点切割完毕，进入下一个循环。故如下图所示切刀的旋转运动糕点的直线间歇运动糕点停止输送，切刀切割电动机连续旋转切割完毕，进入下一循环图3.1 系统流程循环图第四章 机构运动示意图4 机构运动示意图图4.1 机构运动示意图序号名称1电动机2同步带3直齿轮4直齿轮5锥齿轮6锥齿轮7锥齿轮8锥齿轮9直齿轮10主动拨盘11直齿轮12从动槽轮13切刀14摩擦轮表4.1第五章 对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算5 对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算5.1 电动机的选型 题目已知电动机功率0.55KW、转速为13

7、90r/min，查机械设计手册机械传动可以得到电动机的型号为Y801-4。电动机可放在机架的左侧或下侧。选用Y系列异步电动机，该电动机一般用与全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘、铁屑或其他杂质物侵入电动机内部之特点，B级绝缘，工作环境温度不超过+40，相对湿度不超过95%，海拔高度不超过1000m，额定电压380v, 频率50Hz。适用于无特殊要求的机械上。表5.1 电动机型号参数电动机型号额定功率/kw满载转速（r/min）堵转转距最大转距质量/kg额定转距额定转距Y801-40.5513902.42.317 （a） （b）图5.1 Y801-4安装形式机座号级数ABCDEGHK

8、ABACADHDBBL8041251005019+0.0094015.59010165165150170130285 表5.2 表5.2 Y801-4尺寸参数糕点切片机设计5.2 同步带的选择 一级减速采用同步带传动。其优点为缓冲减振，传动比精确，传动轻巧。同步带传动具有带传动、链传动和齿轮传动的优点。同步带传动由于带与带轮是靠啮合传递运动和动力，故带与带轮间无相对滑动，能保证准确的传动比。传动时的线速度可达50m/s，传动比可达10，效率可达98。传动噪音比带传动、链传动和齿轮传动小，耐磨性好，不需油润滑，寿命比摩擦带长。其主要缺点是制造和安装精度要求较高，中心距要求较严格。所以同步带广泛应

9、用于要求传动比准确的中、小功率传动中。 所选电动机为Y系列三相异步电动机（普通转矩鼠笼式），功率为P=0.55KW。 1、由机械设计手册机械传动表12-1-67得工况系数KA=1.5。传动功率P=0.55KW，得同步带的设计功率Pd=KA*Pd=1.5x0.55KW=0.825KW。 2、小带轮转速n1=1390r/min。初选同步带为模数制，因带轮转速较高，故同步带模数应选较小值，初定模数m=1.5。由机械设计手册机械传动表12-1-51表5.3 同步带相关数据模数m/mm节距Pb/mm齿形角2/°齿根厚s/mm齿高hf/mm齿根圆齿顶圆齿顶厚st/mm节顶距/mm带宽bs/mm角

10、半径1.54.712402.160.90.151.50.37520 3、由机械设计手册机械传动表12-1-68得小带轮最少齿数zmin=12，初定小带轮的齿数为z1=20。 4、小带轮节圆直径d1=mz1=1.5x20=30mm。 5、带速v=vmax，v=2.18m/s，由vmax=4050m/s，得v满足条件。 6、传动比i=n1/n210，其中n2为大带轮转速，r/min，定传动比为6.95。则大带轮齿数z2=iz1=139，其节圆直径d2=mz2=1.5x139=208.5mm。 7、初定中心距a0，0.7（d1+d2）<a0<2(d1+d2),即166.95<a0&

11、lt;477,选定中心距为a0=300mm。 8、初定带的节线长度L0p及其齿数zb，由Lop2a0+/2（d1+d2）第五章 对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算+=1001mm，选取较接近的值则节线长度Lp=980.18mm，则齿数zb=208。 9、实际中心距a，中心距可调整aa0+=290mm。 10、带宽bs=25.82，Fc=mbv 2，其中小带轮啮合齿数系数Kz=1.00，由表12-1-67查得代为带宽的许用拉力Fa=5N/mm，带的单位宽度、单位长度的质量mb=1.810-3Kg. mm-1.m-1 。 11、作用在轴上的力Fr=Pd/v10-3=378.44N。 根据上表5.

12、3数据可以查得应该选用m×zb×bs(模数×齿数×带宽)=1.5×208×30（mm），其节线长Lp=980.18mm的同步带。图5.2 同步带尺寸参数5.3 对渐开线标准直齿圆柱齿轮3、4的设计 用标准齿轮传动设计简单，使用方便，互换性好。 参照机械设计手册机械传动得渐开线圆柱齿轮传动的参数选择。根据其不发生根切的最小齿数zmin=2ha*/=17和传动比i34=i2=2.5要求，拟定直齿轮3、4的参数。 a、初选中心距：取初始标准安装中心距a=65mm 。 b、模数、传动比及中心距确定：(数据和公式来源：机械原理第十章齿轮糕点切片

13、机设计机构及其设计表10-1、10-2)。由机械设计手册机械传动第一章表13-1-3查得：在一般动力传动中，模数m不应小于2mm。根据机械原理第十章表10-1中取第一系列模数m=2mm。齿轮8、9的传动比i34=u1=z4/z3=2.5则由中心距公式a=(z4+z3)m/2，得齿数z8=18.57,z2=46.43取整后取z3=18,z4=45则实际标准安装中心距为a=(z3+z4)m/2=63mm则齿轮1、2的实际传动比 i12=u2= z4/z3=45/18=2.5可得标准支持圆柱齿轮3、4的参数结果如下：ha*=1 c*=0.25模数：m3=m4=2mm啮合角：=20°齿顶高：

14、ha3=ha4=ha*m=2mm齿根高：hf3=hf4=(ha*+c*)m=2.5mm齿顶圆直径：da3=(z3+2ha*)m=40mm，da4=94mm齿根圆直径：df3=(z3-2ha*-2c*)m=31mm ，df4=85mm基圆直径：db3=d3cos=33.83mm db4=84.57mm齿距：p=m=6.28mm基圆齿距：pb=pcos=5.90mm齿厚：s=m/2=3.14mm齿槽宽：e=m/2=3.14mm标准中心距：a=m(z3+z4)/2=63mmr3=mz3/2=18mmr4=mz4/2=45mmra3=r3+ha*m=20mmra4=r4+ha*m=47mma3=arc

15、 cos(r3cos/ra3)=arccos(18cos20°/20)=32.25°a4=arc cos(r4cos/ra4)=arccos(45cos20°/47)=25.88°故两齿轮的重合度：第五章 对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算=z3(tana3-tan)+ z4(tana4-tan)/2=18(tan32.25°-tan20°)+ 45(tan25.88°-tan20°)/2=1.63>1,故所选齿轮满足要求。5.4 直齿锥齿轮5、6、7、8的设计 本设计采用直齿锥齿轮传动，一方面起到了换向的

16、作用，另一方面，锥齿轮传动具有以下主要特点：1、齿形简单，制造容易，成本较低。2、承载能力较低。3、轴向力较小，且方向离开锥顶。图5.3 锥形齿尺寸参数 对于锥齿轮5和6的传动，其传动比为i56=4，对于锥齿轮，其不发生根切的最少齿数为zmin=2ha*×cos/sin2a，通常小齿轮的齿数为z=1630，在此，根据结构强度的要求：初选锥齿轮5的分度圆直径为36，按照模数第一系列标准选取m=2，则可得 锥齿轮5的齿数z5=36/2=18，则锥齿轮6的齿数为z6= i56×z5=72。则其他相关参数计算如下：齿顶高系数：ha*=c*=0.25分锥角：5=arctan(z5/z

17、6)=14° 6=90°-5=76°齿顶高：ha=ha*m=2mm齿根高：hf=(ha*+c*)m=2.5mm分度圆直径：d5=m5z5=36mm 糕点切片机设计 d6=m6z6=144mm齿顶圆直径：da5=d5+2hacos5=39.88mm da6=d6+2hacos6=144.97mm齿根圆直径：df5=d5-2hfcos5=31.15mm df6=d6-2hfcos6=142.79mm锥距：R=d1/2sin1=74.22mm齿根脚：tanf=hf/R=0.0337顶锥角：a5=5+f=15.93° a6=6+f=77.93°根锥角：

18、a5=5-f=12.07° a6=6-f=74.07°顶隙：c=c*m=0.25 分度圆齿厚：s=m/2=3.14当量齿数：zv5=z5/cos5=18.55 zv6=z6/cos6=297.62齿宽：BR/3=24 va5=arccos=31.98° va6=arccos=21.03°端面重合度：=zv5(tanva5-tan)+ zv6(tanva6-tan)/2=1.54>1故直齿锥齿轮5、6满足传动要求。 对于锥齿轮7和8，我们以上面同样的方法可以得到其相关数据。初选直齿锥齿轮7的分度圆直径为100mm，7、8的传动比为i=1，按照第一系列

19、标准选择直齿锥齿轮7和8的模数均为4，z7=100/4=25，z8=z5×i=25。分锥角：7=arctan(z7/z8)=45°，8=90°-7=45°齿顶高：ha=ha*m=4mm齿根高：hf=(ha*+c*)m=5mm分度圆直径：d7=m7z7=100mm d8=m8z8=100mm齿顶圆直径：da7= da8=d7+2hacos7=101.414mm 第五章 对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算齿根圆直径：da7= da8=d7-2hfcos7=98.23mm锥距：R=d2/2sin2=70.71mm齿根脚：tanf=hf/R=0.07071mm

20、顶锥角：a7=a8=7+f=49.045° 根锥角：a7=a8=7-f=40.96° 顶隙：c=c*m=1 mm分度圆齿厚：s=m/2=6.28mm当量齿数：zv7= zv8=z7/cos7=35.36 齿宽：BR/3=23mm，va7=va8=arccos=25.08°端面重合度：=zv7(tanva7-tan)+ zv8(tanva8-tan)/2=1.17>1故所选直齿锥齿轮5、6满足传动要求。表5.4 各锥齿轮模数和齿数序号模数m齿数z锥齿轮5218锥齿轮6272锥齿轮7425锥齿轮84255.5 对渐开线标准直齿圆柱齿轮8、9的设计 用标准齿轮传动

21、设计简单，使用方便，互换性好。 1、参照机械设计手册机械传动得渐开线圆柱齿轮传动的参数选择。根据其不发生根切的最小齿数zmin=2ha*/=17和传动比i89=i总/i1=10要求，拟定直齿轮8、9的参数。 a、初选中心距：取初始标准安装中心距a=140mm b、模数、传动比及中心距确定：(数据和公式来源：机械原理第十章齿轮机构及其设计表10-1、10-2)按经验公式，m=(0.0160.0315)a=(0.0160.0315)×140=2.244.41根据机械原理第十章表10-1中取第一系列模数m=3mm。糕点切片机设计齿轮9、11的传动比i=u1=z11/z9=4则由中心距公式a

22、=(z11+z9)m/2，得齿数z9=18.67,z11=74.67经取整后取z9=18,z11=72则实际标准安装中心距为a=(z9+z11)m/2=135mm可得标准直齿圆柱齿轮8、9的参数结果如下模数：m9=m11=3mm。啮合角：=20°齿顶高：ha9=ha11=ha*m=3mm齿根高：hf9=hf11=(ha*+c*)m=3.75mm齿顶圆直径：da9=(z9+2ha*)m=60mm ，da11=222mm齿根圆直径：df9=(z9-2ha*-2c*)m=46.5mm ，df11=208.5mm基圆直径：db9=d9cos=50.74mm ，db9=202.97mm齿距：p

23、=m=9.42mm基圆齿距：pb=pcos=8.85mm齿厚：s=m/2=4.71mm齿槽宽：e=m/2=4.71mm标准中心距：a=m(z11+z9)/2=135mmr9=mz9/2=27mmr11=mz11/2=108mmra9=r9+ha*m=30mmra11=r11+ha*m=111mma9=arc cos(r9cos/ra9)=arccos(27cos20°/30)=32.25°a11=arc cos(r11cos/ra11)=arccos(108cos20°/111)=23.89°故两齿轮的重合度：=z9(tana9-tan)+ z11(ta

24、na11-tan)/2 =18(tan32.25°-tan20°)+ 72(tan23.89°-tan20°)/2 =1.67>1故所选齿轮满足要求。5.6 对刀长的设计 由已知条件糕点切片长度（亦即切片高）范围：580mm及切刀切片时最大作第五章 对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算用距离（亦即切片宽度方向）：300mm得知：根据运动循环图作得刀切割的示意图，得输送带与锥齿轮8之间的距离为92mm>80mm,不至蛋糕与锥齿轮8发生干涉，由于刀是做圆周运动，通过CAD作图可以得到：刀长L156.77mm，糕点的最大宽度为300mm，刀切割过的

25、角度为135°。 故拟定刀的长度L=160mm156.77mm,满足使用条件。5.7 对槽轮机构的设计和计算图5.4 槽轮机构结构和尺寸 糕点切片机设计图5.5 切刀结构和尺寸 由机械传动系统图4.1所示，我们根据前面的齿轮设计得到槽轮的相关数据：槽数：Z=4根据图4.1及各构件尺寸得槽轮中心距，并将摩擦轮尺寸考虑进去得：L>18+40+100+92-135=115mm 取L=130mm从动轮运动角：2=360°/Z=90°主动轮运动角：2=360°2=90°从动轮轴心到槽口长度：O2A=Lcos=91.92mm主动曲柄长度：R1=O1A

26、=Lsin=91.92mm滚子半径：r3R1/6=91.92/6=15.32mm,取15mm锁止弧半径：RHO1A-r3-h=91.92-15-（0.60.8）×15 =64.92mm67.92mm，取65mm主动轮上锁止弧所占角度，以O1A为起始线两边各角中无锁止弧。槽轮上槽口至槽底深：LS=O2A-(L-O1A)+r3+ =91.92-（130-91.92）+15+ =（68.84+）mm 式中是预留的间隙。周期：T=3s从动轮运动时间：td=×T/=(1/2-1/Z)T=T/4=0.75s从动轮停歇时间：tj=T-td=2.25s总结总 结在设计过程中，遇到了很多问题，比如传动机构、执行机构的知识，而我所学也只不过是沧海一粟罢了，需要老师的指导和自己在图书馆或是网上查阅资料。在设计过程中一些必要的公式和内容，更是无从下手，其中的一些内容不只是靠书本的知识就可以掌握完成的，我在设计的时候往往只注意到局部的设计而没有全面的考虑整体的设计。 在本次机械设计过程之中，对于机构整体的设计花费了很多精力，让我修改了很多遍。如在进行传动机构设计中，我查找了很多资料，每一步设计都是要进行分析，而且都是相互联系的。在设计中，自知自己的专业知识不够硬，没能够把切糕机的模型图完整的画出来，这是设计中最不足的地方。