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目录1执行机构的选型与评价 .02机械传动系统的速比和变速机构 .33系统流程分析 .44机构运动示意图 .55对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算 .65.1电动机的选型 .65.2同步带的选择 .75.3对渐开线标准直齿圆柱齿轮3、 4 的设计. 85.4直齿锥齿轮 5、6、7、8 的设计 .105.5对渐开线标准直齿圆柱齿轮8、 9 的设计. 125.6对刀长的设计 .135.7对槽轮机构的设计和计算 .14总结 .15参考文献 .17

2、1 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：两者通过齿轮连接凸轮切刀主动齿轮传送带不完全齿轮齿轮图 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

3、刀向下运动时，不完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。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，在带动刀的锥齿轮

4、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。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。要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。6）电机可选用，功率0.55KW （或

5、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/n2 10；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，第二级齿轮传动比=6.952=2.5则第三级中锥齿轮的传动比3=i总 /i12=4，直齿轮的传动比4 3ii/ii =i =4。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

6、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电动机连续旋糕点的直线间歇糕点停止输送，切刀转运动切割切割完毕，进入下一循环图 3.1系统流程循环图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 4.15 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1390r/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，

7、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额定功率满载转速堵转转距最大转距质量号/kw（r/min ）额定转距额定转距/kgY801-40.5513902.42.317（a）（b）图 5.1 Y801-4安装形式机座级A表 5.2DEGHKABACADHDBBL号数BC8041251005019+0.0094015.5901016516515017013

8、0285表 5.2 Y801-4尺寸参数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

9、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=K A *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同步带相关数据齿根齿齿节顶模数节距齿形角齿高根顶齿顶厚带宽m/mm Pb/mm2/ °厚st/mm距hf/mm圆圆bs/mms/mm角半径 /mm1.54.712402.160.90.151.50.375203、由机械设计手册 机械传

10、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= d1n1vmax，v=2.18m/s ，由 vmax=4050m/s，得 v 满足条件。60x10006、传动比 i=n1/n2 10，其中 n2 为大带轮转速， r/min ，定传动比为 6.95。则大带轮齿数 z21，其节圆直径22=iz=139d =mz =1.5x139=208.5mm。7、初定中心距 a ，0.7（d +d ）<a <2(d +d ),即 166.95<a <477, 选定中心距为01201

11、20a0=300mm。8、初定带的节线长度 L0p 及其齿数 zb，由 Lop2a0+/2 （ d1 +d2）+ ( d2 d1) 2 =1001mm，选取较接近的值则节线长度 Lp =980.18mm，则齿数 zb=208。4a0LpLo p=290mm。9 、实际中心距 a，中心距可调整 aa0+210 、带宽 bsPd103 =25.82 ， Fc=mbv 2 ，其中小带轮啮合齿数系数K z (FaFc ) vKz=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-3.-1. -1长度的质量 mb=1.8 10 Kg mm m 。11 、作用在轴上

12、的力 Fr=Pd/v 10-3 =378.44N。根据上表 5.3 数据可以查得应该选用 m× z×b ( 模数×齿数×带宽 )=1.5 × 208bs× 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* / sin2=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

13、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=(z+z )m/2，得齿数 z =18.57,z =46.434382取整后取 z34=18,z =45则实际标准安装中心距为a=(z+z )m/2=63mm34则齿轮 1、 2 的实际传动比 i1224 3=45/18=2.5

14、=u = z /z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： m34=m =2mm啮合角： =20°齿顶高： ha3*m=2mma4 a=h =h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=33.83mmdb4=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/

15、2=3.14mm标准中心距： a=m(z3+z4)/2=63mmr3=mz3/2=18mmr4=mz4/2=45mm*ra3=r3+ha m=20mm*ra4=r4+ha m=47mma3=arc cos(r3cos a3/r)=arccos(18cos20/20)=32°.25°a4=arc cos(r4cos a4/r)=arccos(45cos20/47)=25°.88°故两齿轮的重合度： =z3(tana3-tan )+ z4(tana4-tan )/2=18(tan32.25 -tan20° )+°45(tan25.88 -

16、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。56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*×cos/sin2a，通常小齿轮的齿数为 z=1630，在此，根据结构a=2h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

17、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/z6)=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=36mmd6=m6z6=144mm齿顶圆直径： da5=d5+2hacos 5=39.88mmda6=d6+2hacos 6=144.97mm齿根圆直径： df5=d5-2hfcos 5=31.15mmd

18、f6=d6-2hfcos6=142.79mm锥距： R=d1/2sin1=74.22mm齿根脚： tan f=hf /R=0.0337顶锥角： a5=5+f=15.93°°a6=6+f=77.93°根锥角： a5=5-f=12.07a6=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=18.55zv6 =z6/cos6=297.62齿宽： BR/3=24=31.98°va5=arccos zv5 coszv52ha *va6zv6cos° =arccos2ha

19、*=21.03zv6端面重合度： =zv5va5v6va6)/2=1.54>1(tan-tan)+ z(tan-tan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： 77 8°°°， 87=arctan(z /z )=45=90 -=45齿顶高： ha*a=h m=4mm齿根高： hf=(ha* +c* )m

20、=5mm分度圆直径： d7=m7z7=100mmd8=m8z8=100mm齿顶圆直径： da7= da8=d7+2hacos 7=101.414mm齿根圆直径： da7= da8=d7-2hfcos 7=98.23mm锥距： R=d22/2sin =70.71mm齿根脚： tan ff=h /R=0.07071mm顶锥角： a7a87 f°= =+=49.045a7a87 f°根锥角： = =-=40.96顶隙： c=c* m=1 mm分度圆齿厚： s=m/2=6.28mm当量齿数： zv7v877= z=z /cos=35.36齿宽： BR/3=23mm，va7va8&#

21、176;zv7 cos= =arccos=25.08z v72ha *端面重合度： =zv7va7v8va8 =1.17>1(tan -tan )+ z(tan-tan )/2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* / sin2=17 和传动比 i89=i 总/i 1=10 要求，

22、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=140mmb、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。齿轮 9、11 的传动比 i=u 1=z11/z9=4则由中心距公式a=(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

23、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=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

24、=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(tana11-tan)/2=18(tan32.25°-tan20°)+ 72(tan23.89°-t

25、an20°)/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L 156.77mm，糕点的最大宽度为 300mm，刀切割过的角度为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图 5.5切

26、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=3602=90从动轮轴心到槽口长度：O2A=Lcos =91.92mm主动曲柄长度： R1 =O1A=Lsin =91.92mm滚子半径： r3R1/6=91.92/6=15.32mm,取 15mm锁止弧半径： RH O1A-r 3-h=91.92-15-

27、（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： L S=O2A-(L-O 1A)+r 3+=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/Z)T=T/4=02.75s从动轮停歇时间： tj =T-td=2.25s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。本次课题