糕点切片

目 录

一．设计任务及要求··3

二．设计方案··3

三. 机构运动简图··6

四. 机构工作原理说明··7

五．有关参数的相关计算··7

六、设计心得··12

七：主要参考资料··12

一、设计任务及要求

1.设计任务：

设计一机构实现糕点的切片，切片厚度可调整。 2.设计要求：

1）糕点规格。长20-80mm;宽<300mm;高10-20mm; 2）切片工作节拍：40次/分。

3）通过调整进给的距离，达到切出不同厚度糕点的需要。 切削速度较大时，切片刀口会整齐平滑。因此，切刀运动方案的选择很关键，切口机构应简单适用、运动灵活、运动空间尺寸紧凑等。

4）要确保进给机构与切片机构协调工作，全部送进运动应在切刀返回过程中完成，输送运动必须在切刀完全脱离切口后方能开始进行。

5）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，还是采用调距方案，或采用其它调节方案，应对方案进行定性分析比较。

二、设计方案

1.设计方案的构思

切刀的往复直线移动可采用连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条、组合机构等；糕点的直线间歇运动可选择连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构等。

方案一：

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如上图所示，为一直动导杆机构，可利用杆3的往复运动来实现切刀的上下往复运动。

方案二：

如上图所示，为一几何封闭凸轮机构。可利用构件1绕A点做偏心转动来实现切刀的往复运动。

方案三：

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如上图所示，为一偏执曲柄滑块机构，可利用它实现切刀的往复运动。

2.设计方案的选择

方案一：运动副均为低副，两运动副元素为面连接，压强较小，可承受较大的载荷，且几何形状简单，便于加工。而且连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线，气形状随着各构件相对长度的改变而改变，从而可以得到形式众多的连杆曲线，可以这些曲线来满足不同曲线的设计要求。

此机构虽有上下往复运动，但它并没有急回运动特性。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。

方案二：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，可承重较大，运动平稳。

但是凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损。且没有急回特性，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。

方案三：此机构有急回特性，结构简单，具有连杆机构的共同优点。可承受较大的载荷，运动副元素的几何形状简单，改变个机构件的相对长度来使从动件得到预期的运动规律。

此机构具有连杆机构的共同缺点，机械效率降低，这是连杆机构所不能避免的。

3.设计方案的改进：

1）开始构思方案时,考虑到在以后的生活和生产中,自动化是必然的趋势，因此设计的机构要尽量满足自动化的要求。此机构的运作是

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切糕点与送糕点，切的时候糕点不能动，没有切的时候，糕点要运动并前进一定的距离到达指定位置。为了实现切的动作，开始采用凸轮机构，来实现刀的往复运动。用凸轮可以很好的控制刀的运动，实现最优的运动轨迹。可是凸轮的设计和制造比较复杂，且不能传递较大的力，但切糕点也不需要那么高的精度。于是，考虑用曲柄滑块机构，曲柄滑块机构一样可以实现刀的往复运动，可传递较大的力，能满足需要。而且，其机构简单，加工制造方便，能减少生产成本，于是确定用曲柄滑块机构。

2）对于蛋糕的传送，既要满足间歇运动的要求，又能通过改变进给距离而切出不同厚度的糕点。刚开始试用了槽轮机构，但糕点切片机要求可以改变所切糕点的长度。如用槽轮机构的话，很难实现改变切片的长度。于是，想到用齿轮组减速器改变速度来实现。用许多齿轮来改变速度很复杂且不太方便操作，于是否定了这个方案。经过查资料后，选择了棘轮机构。用棘轮机构可以方便地实现改变切片的长度，且棘轮机构设计加工简单，改变切片的长度时操作方便。所以，机构的总体方案就这么大概的定下来了。

三、机构运动简图

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糕点切片机运动机构

四、机构工作原理说明

五、有关参数的相关计算

1．刀具运动参数

电动机 皮带传动

齿轮减速传动 棘轮传动 履带传动 皮带传动 刀具切割 切刀每分钟得完成40次的切割，所以连接曲柄的齿轮的转速为40次/min。切刀做竖直面内的往复直线运动，当其往下运动到与最低点相距约20mm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20mm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20mm时又开始切割糕点，此时糕点又静止，如此往复循环。下图是刀具的位移运动图（两个周期）：

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位移/mm刀具循环运动2002002.减速系统参数

380角 度/

减速皮带轮 减速齿轮 送料皮带轮

我们所需要的转速是40r/min，而考虑到现实生活中很难买到这么小功率的电机，且即使买到了，我们使用也很不方便，通过查询及考虑到我国居民用电的形式，我们选用Y系列电动机，下面是Y系列电机的一些参数： Y系列电机主要技术参数 额定 额定 功率 电 流 功率 电 流 序 型 号 转 速 序 型 号 转 速 roted current roted current 号 type rotating 号 type rotating power A power A KW KW 1 Y802-2 1.1 2825 2.5 29 Y200L-4 30 1470 56.8 2 Y90S-2 1.5 2840 3.4 30 Y225S-4 37 1480 70.4 3 Y90L-2 2.2 2840 4.7 31 Y225M-4 45 1480 84.2 4 Y112M-2 4.0 2890 8.2 33 Y90L-6 1.0 910 3.2 5 Y132S1-2 5.5 2900 11.1 34 Y100L-6 1.5 910 4.0 6 Y132S2-2 7.5 2900 15 35 Y112M-6 2.2 940 5.6 7 Y160M1-2 11 2930 21.8 36 Y132S-6 3.0 960 7.2 7

8 Y160M2-2 15 9 Y160L-2 18.5 10 Y180M-2 22 11 Y200L1-2 30 12 Y200L2-2 37 13 Y225M-2 45 14 Y801-4 0.55 15 Y802-4 0.75 16 Y90S-4 1.1 19 Y90L-4 1.5 20 Y100L1-4 2.2 2930 2930 2940 2950 2950 2970 1390 1390 1400 1400 1420 29.4 35.5 42.2 56.9 69.8 83.9 1.5 2.0 2.7 3.7 5.0 37 Y132M1-6 4.0 38 Y132M2-6 5.5 39 Y160M-6 7.5 40 Y160L-6 11 41 Y180L-6 15 42 Y200L1-6 18.5 43 Y200L2-6 22 44 Y225M-6 30 45 Y132S-8 2.2 46 Y132M-8 3.0 47 Y160M1-8 4.0 960 960 970 970 970 970 970 980 710 710 720 9.4 12.6 17.0 24.6 31.6 37.7 44.6 59.5 5.8 7.7 9.9 我们通过认真考虑，选用：

14 15 Y801-4 Y802-4 0.55 0.75 1390 1390 1.5 2.0 功率0.55kw或0.75kw 转数都是1390转/分。而我们实际需要的是40转/分，所以要减速。对于减速装置，我们采用皮带加齿轮的方法。第一级降速是用皮带减速，减为240r/min。第二级是用齿轮，减为40r/min。两传动机构设计分析如下：

1）皮带设计参数：

皮带传动设计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，由r1*v1=r2*v2；1390*r1=240*r2；r1 /r2=24/139。

由此可见算出电机上皮带轮直径大小r1=36mm；另一端皮带轮半径大小r2=220mm。

传动比i=139/24. 2）齿轮系设计参数:

经皮带减速后的转速为240r/min,而我们所要的转速40r/min。因此还需要的传动比为6/1,选用的齿轮为标准齿轮。

标准直齿轮参数表 名称 齿数 模数 分度圆 8

齿轮z1 齿轮z2 齿轮z2＇ 齿轮z3 传动比i=6/1。 3.执行系统参数

25 50 25 75 4mm 4mm 4mm 4mm 100mm 200mm 100mm 300mm 执行机构分两个，第一个为曲柄滑块机构，第二个为棘轮机构。现分别介绍如下:

曲柄滑块机构 棘轮机构转角的调节 （带切刀） 1） 曲柄滑块机构

此机构主要是执行切刀的上下往复运动。由于所切糕点的厚度最大为20mm，所以切刀在20mm之上运动时，糕点才能运动。为了给糕点足够的传送时间，设计刀的行程为60mm（即曲柄长30mm），刀的高度设为37mm。考虑到卫生问题，刀不能缩到滑块的轨道里去，所以设计滑块的长度为65mm，又设计连接杆的长度为60mm。这样

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曲柄滑块机构的高度比较高，所以采用皮带传动。又切刀应能刚好切断糕点，综合曲柄滑块和棘轮机构的尺寸，我们得出曲柄滑块机构和棘轮机构轴心距为269mm。

所以曲柄滑块机构的尺寸为:曲柄长30mm，连接杆长60mm，滑块长65mm，刀片高37mm，皮带长1.63m。曲柄滑块机构和棘轮机构轴心距为269mm。

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，设棘轮每转动一定角度，糕点运动20mm。设棘轮共有24个齿，即每齿代表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，棘爪推动棘轮旋转，棘轮上再固定一个皮带轮用以带动皮带旋转。由运动距离可以得出皮带轮的直径为153mm，这样棘轮机构就设计完了。

其尺寸为:曲柄摇杆机构，曲柄长50mm，连杆长210mm，摇杆长200mm，棘轮半径86mm，棘轮齿数24个，皮带轮直径153mm，皮带长1.5m。

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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,因此需要详细计算。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k=1；又工作周期为1.5秒，则摇杆推程时间为0.75秒，回程时间为0.75秒。因此，切刀在0.75秒的时间内不能接触糕点（最大厚度为20mm）,而在0.75秒的时间里切刀应完成切糕点的动作并离开糕点表面。即切刀在糕点外运动的时间应大于0.75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为1秒，满足设计要求。

六、设计心得

经过几天的努力，机械原理课程设计终于结束了。通过课程创新设计，我对课本知识的理解也加深了许多。此设计是在完成大学两年本科教育之后的首次尝试,发现一个设计联系学到的多门专业课程。在参考了大量图书以及网络资源后,结合当前遇到的问题进行思考整理设计出蛋糕切片机装置。由于本人水平有限以及时间仓促,本装置尽管完成了任务书上所规定的内容,但还存在着一些弊端。但是，随着专业知识的一步步丰富，相信在设计方面的技术会日趋完善。

通过这次课程设计，我明白自己对课本知识掌握并不十分牢固，很多地方还需要更深一层的理解。而且，学习知识要注意联系实际，如果一味地按部就班，将来只能是纸上谈兵。在与同伴讨论的过程中，我意识到团队精神的重要性：一根筷子轻轻被折断，十根筷子牢牢抱成团，只有综合大家的思想，才能做出出色的成绩。课程设计不仅使我学到了很多实际中的问题，也让我感受到很多做人的道理。我相信，这会对大四毕业设计提供很多帮助，也会使我的工作生涯得到更好的发展！

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七：主要参考资料

[1]孙桓，《机械原理》第七版，高等教育出版社，2006 [2]邹慧君，《机械原理课程设计手册》，高等教育出版社，1998 [3]刘鸿文，《材料力学》第5版，高等教育出版社，2010 [4]朱龙根，《简明机械零件设计手册》第2版，机械工业出版社，2005

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