#糕点切片机说明书(2013机械原理课程设计)

机械原理课程设计说明书设计题目：糕点切片机

专业：机械设计制造及其自动化

班级：机制11-1班

成员（学号）：刘芳（１１０１０１１１５）

张诗莹（１１０１０１１１４）

刘思瑶（１１０１０１３２６）

杨洋（１１０１０１１３４）指导教师：赵建琴

2013年7月3日

目录

一 . 机构简介 (1)

二 . 工作原理和工艺动作分解 (2)

三 . 方案设计 (3)

四 . 机构尺寸设计 (4)

五 . 机构运动简图 (12)

六 . 运动分析 (15)

七 . 最终确定方案示意图 (16)

八 . 总结 (16)

糕点切片机设计说明书

一、机构简介

（一）设计题目：糕点切片机

（二）工作原理及工艺动作简介：

糕点切片机的切刀运动机构是由电动机驱动的，经减速后切刀运动机构需实现切片功能需要的某种往复运动。糕点铺在传送带上，简写间歇进行输送，通过改变传送带的输送速度或每次间隔的输送距离，以满足糕点不同切片规格尺寸的需要。糕点先成型，经切片后再烘干。

（三）设计要求

1、糕点厚度：10～20mm

2、糕点切片长度范围：5～80mm

3、切刀切片时最大作用距离：300mm

4、切刀工作节拍：40次/min

5、电动机参考规格：0.8kw、730r/min

6、工作阻力甚小，要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。（四）设计提示

1、切片时阻力很小，但在切刀运动方案的选择上是本机设计的难点。通

常，切削速度较大时，切片刀口会整齐一些。选择机构类型时，重点应放在简单使用、运动灵活和运动空间尺寸紧凑等方面。

2、间歇输送机构如何满足切片长度尺寸规格的变化要求，也是本机设计

的难点。调整机构必须简单可靠，操作方便。是采用调速方案，还是采用调距离方案，或者采用其他调整方案，均应对方案进行定性的分析比较。

3、间歇输送机构必须与切刀运动机构工作协调，即全部输送运动应在切

刀返回过程中完成。需要注意的是，切口有一定的厚度，输送运动必

须在切刀完全脱离切口后方能开始进行，但输送机构的返回运动则可

与切刀的工作行程在时间上有一段重叠，以利提高生产率。在惊醒工

作循环图设计时，应注意上述特点并适当选取输送机构的设计参数。

二、工作原理和工艺动作分解

（一）糕点切片机要求实现两个执行动作：

1、糕点的直线间歇移动

2、切刀的往复运动

（二）通过两者的动作配合进行切片

1、糕点的直线间歇移动

糕点的直线间歇移动，是为了保证切刀在切糕点时，糕点是静止的，这样切出的糕点才符合要求。另外，糕点的直线间歇移动的快慢，决

定了被切出的糕点的厚度大小。糕点在停歇后，如果移动的快，糕点

的厚度就相对大一些；否则，反之。

2、切刀的往复运动

切刀的往复运动，这是切刀所必须的运动，如果只有一次运动，这样

就只能切一次。同时，切刀的往复运动的时间和高度都必须控制。切

刀切下和收起的总时间必须小于糕点的间歇时间；切刀的最低高度必

须高于糕点的最大高度。

三、方案设计

1、电动机的减速机构

采用皮带轮—齿轮机构

2、糕点直线间歇移动机构

采用棘轮—皮带轮机构

工作原理：主动摆杆摆动，带动棘轮间歇转动，皮带轮随棘轮转动而转动，皮带轮水平移动。

选用理由：通过对比多个可实现间歇移动的机构，如：不完全齿轮机构、槽轮机构、凸轮机构和棘轮机构，最终确定采用棘轮

机构。理由是棘轮机构简单、制造容易、步进量易于调整。

棘轮摆杆可与其他杆件机构连接，使摆件的摆动容易生

成。皮带轮传动能缓和载荷冲击；皮带轮传动运行平稳、

低噪音、低振动；皮带轮的制造和安装精度不像齿轮啮合

传动严格。

3、切刀往复直线运动机构

可采用曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构和凸轮机构

因此，我们选取的三个方案为：

方案一：电动机的减速机构采用皮带轮—齿轮机构，糕点直线间歇移动机构采用棘轮—皮带轮机构，切刀往复直线运动机构采用

曲柄滑块机构。

方案二：电动机的减速机构采用皮带轮—齿轮机构，糕点直线间歇移动机构采用棘轮—皮带轮机构，切刀往复直线运动机构采用

曲柄摇杆机构。

方案三：电动机的减速机构采用皮带轮—齿轮机构，糕点直线间歇移动

机构采用棘轮—皮带轮机构，切刀往复直线运动机构采用凸

轮机构。

四、机构尺寸设计

（一）电动机减速机构的尺寸设计（皮带轮与齿轮组合机构）

由于电动机转速过高需要减速，我们采用皮带轮和齿轮组合机构进行减速。

已知电动机转速为720r/min，根据切刀工作节拍要求减速后转速应为400r/min，故传动比应为i = n1/n2= 73/4 。

将皮带轮主动轮1直径定为d1=32mm ，皮带轮从动轮2转速定为160r/min 。

由730 x d1 = 160 x d2 ,求得从动轮直径d2 =146mm ，皮带轮转动比i1 = 73/16 ，故齿轮传动还需再次降速为i1的1/4 。

主动齿轮2’与从动皮带轮2同轴，取齿轮2’与从动齿轮3模数均为4，齿轮2’分度圆直径定为d2’=40mm 。由传动比i2 = 1/4 ，z2’=10 ，求得齿轮3的齿数，z3 = 40 ，分度圆直径为d3 = 160mm 。（二）糕点直线间歇移动机构的尺寸设计（棘轮与皮带轮组合机构）

1、棘轮与运输糕点的皮带轮的尺寸设计

为了可以加工出不同厚度的糕点，皮带轮间歇移动的距离应有变化，所以摆杆带动与棘轮齿接触时转动的角度也应有变化。查资料得，可以在棘轮外加装一个棘轮罩，通过改变及轮罩的位置来改变遮盖摆杆摆角范围内棘轮上的齿数的多少。这样，当摆杆逆时针摆动时，棘爪现在罩上滑动，然后才嵌入棘轮的齿槽中推动其转动。被罩遮住的齿数越多则棘轮每次转

动的角度就越小。

糕点直线间歇机构示意图如下所示

设计要求糕点的厚度范围为：10～20mm ，由于加工两块厚度只差1mm 的糕点无现实意义，故我们在设计时取糕点间距为2mm ，即加工厚度为：10mm 、12mm 、14mm 、16mm 、18mm 、20mm 的糕点。 设计时我们取棘轮有32个齿，所以当棘爪波动一个齿所占据的角度使棘轮转动时，棘轮转动rad 16

322ππα==的角度。此时传输糕点的皮带轮转过相同的角度，皮带移动距离为r *αχ=（r 为传输糕点的皮带轮的半径）。为了使设计简单，取mm r π32

=。这是，棘爪一次每多转一个α角度，

糕点间歇移动距离增加2mm （mm r 2*=α）。

由于糕点的最大厚度为20mm ，所以棘爪与齿接触时转过的最大角度为?===5.11216

1010rad παβ，即棘轮外罩要去除?5.112的弧。糕点厚 度与棘轮外罩位置的关系如下表所示：

2、皮带轮、连杆及棘轮摆杆的尺寸设计

糕点的最大厚度要求棘爪与齿接触旋转的最大角度为?5.112，所以棘轮摆杆的摆动角度为?5.112。

连杆长度为a ，连杆与皮带轮铰接的点到皮带轮圆心距离为b ，设计时取摆杆长度L = 50mm ，a – b = 25mm 。由余弦公式)(25.112cos )()(2

22b a L L b a L b a L -+-+=?+-+可得出a + b = 105mm ，所以

连杆长度a = 65mm ，连杆与皮带轮铰接的点到皮带轮圆心距离 b=40mm 。

（三）切刀往复直线机构的尺寸设计

1、曲柄滑块机构

设计滑块行程s = 90mm ，行程速比系数k = 1.4 ，偏距e = 60mm 。 选取比例系数μ = 2，作图如下：

绘图步骤如下：

（1）按选取比例系数μ和给定的滑块行程s 作出滑块的两个极限位

置C1和C2，如图所示。

（2）根据公式1

k 1-k 180+?=θ算出极位夹角θ。 （3）连接C1和C2，并作C1M ⊥C1C2。

（4）作∠C1C2N = 90° - θ ，得C2N 与C1M 相交于点P 。

（5）作△PC1C2的外接圆L ，再作一直线与C1C2平行，使其间的

距离为e/μ，则改直线与圆L 的交点即为固定铰链点A 的位置。

由图可知有两个解，这里我们取左边点。

（6）连接AC1和AC2，以A 为圆心，以曲柄a =（AC2 - AC1）/2

为半径作圆，交C1A 的延长线于点B1，交C2A 于B2，作图

即得AB1 = AB2 = 36mm ，B1C1 = B2C2 =110mm 。AB2C2

即为所求的偏置曲柄滑块机构。

2、曲柄摇杆机构

设计摇杆行程s = 90mm ，行程速比系k = 1.4 ，摇CD = 300mm ， 摆角ψ = 17°，选取比例系数μ = 2，作图如下：

绘图步骤如下：

（1）按选取比例系数μ和给定的摇杆行程s 作出摇杆的两个极限位

置C1和C2，如图所示。

（2）根据公式1

k 1-k 180+?=θ算出极位夹角θ=30°。 （3）连接C1和C2，并作C1M ⊥C1C2。

（4）作∠C1C2N = 90° - θ ，得C2N 与C1M 相交于点P 。

（5）作△PC1C2的外接圆L ，在此圆周上适当取一点A 作为曲柄AB

的固定铰链中心，连接AC1与AC2。

（6）以A为圆心，以曲柄a =（AC2 - AC1）/2为半径作圆，交C1A的延长线于点B1，交C2A于B2，作图即得AB1 = AB2 =

40mm，B1C1 = B2C2 =100mm。AB2C2D即为所求的曲柄

摇杆机构。

3、凸轮机构

设计凸轮基圆半径r = 60mm，切刀行程s = 90mm （要求大于糕点切片最大长度80mm），比例系数μ= 2 。

切刀运动曲线图：

凸轮轮廓图：

绘图步骤如下：

（1）根据比例系数μ= 2 取基圆半径r’= r/2 = 30mm。

（2）作以30mm为半径的圆为基圆。作OA0为起始位置。

（3）凸轮为顺时针旋转，所以以OA0为起始，按逆时针方向将基圆平均分为15份，即每份角度为24°。

（4）按照切刀运动曲线图所示数据在基圆外以逆时针方向依次截取并依次定为点A0、A1、A2、 (14)

（5）以圆滑曲线依次连接A0、A1、A2、……A14，所得即为凸轮轮廓线。

五、机构运动简图

（一）方案一：

减速机构为皮带轮与齿轮组合机构简图如下

比例系数μ= 2

比例系数μ= 1

比例系数μ= 2

（二）方案二:

减速机构为皮带轮与齿轮组合机构简图如下

糕点间歇直线移动机构为棘轮与皮带轮组合机构机构简图如下

切刀直线往复运动机构为曲柄摇杆机构简图如下

减速机构为皮带轮与齿轮组合机构简图如下

糕点间歇直线移动机构为棘轮与皮带轮组合机构机构简图如下

切刀直线往复运动机构为凸轮机构简图如下

六、运动分析

（一）方案一：此机构存在极位夹角，即k＞1，有急回特性，有利于提高效率。但相应的存在死点位置，会出现从动件转向不定或卡

死不动的现象。存在刚性和柔性冲击。

（二）方案二：与方案一类似，此机构存在极位夹角，即k＞1，有急回特性，有利于提高效率。但相应的存在死点位置，会出现从动

件转向不定或卡死不动的现象。存在刚性和柔性冲击。并且

机构所需空间过大。

（三）方案三：对于中、低速运动的凸轮机构应避免刚性冲击，从动件的位移曲线和速度曲线（包括起点和终点在内）必须连续，即要

求位移曲线和速度曲线在连接点处其值应分别相等。此凸轮

机构属于低速运动，其位移曲线连续，减小机构在运行时的

刚性冲击。

七、最终确定方案示意图

八、总结

我们生活中用到的机器方便、省力、快捷，然而当自己亲自设计时却发现不是那么简单，从最初的构思，假设，设计方案到选择最优方案和计算尺寸，每一步都要求极其的认真，不仅需要机械原理的扎实基础，还要有足够的创新能力，去把一个个构件拼装在一起组成自己想要的东西。

经过几天的努力，机械原理课程设计就要结束了。回顾这些天的劳动，感到收获很大，所完成的不仅仅是一个课程设计，对课本知识的理解也加深了许多。

刚开始，我们认为这个课程设计题目很简单，就只有发动机减速机构、切刀直线往复机构、糕点间歇直线机构，设计起来应该很简单。可开头的减

速机构就给我们上了一课，我们所学的减速机构最容易想到的就是齿轮传

动，但要达到所要求的传动比，齿轮不好选择。后来查资料发现先利用皮带轮机构灵活降速，再使用标准齿轮达到要求即可。

糕点的直线间歇机构也遇到了困难。本来认为传动只负责把糕点从一端传到另一端就好了，可在我们讨论的时候才发现错了，这个不仅要考虑糕点的传动，还要考虑切刀完成切割的动作，因此我们把间歇移动仔细进行了研究。在其中，又发现我们课程中所学的知识无法满足机器设计要求（切出不同厚度糕点），后经过查找资料了解可以使用棘轮机构外加棘轮套解决问题。另外，也学到了其他课本上没有涉及到的许多知识。

最后我们切刀直线往复运动时，感到自己所学知识远远不够。小组成员的思维和想法都很灵活、丰富，但到实际设计过程中却遇到了各种各样的困难！查找资料苦思冥想后依旧解决不了问题，不得已又要重新考虑其他方案，最终在若干个方案中仅有一、两个可以设计运用。

通过这次的课程设计，我们懂得了许多。首先，课本知识掌握的不牢靠，还要更深层的理解。其次，学习知识的同时，要注意知识与实际相结合，切忌学死知识，否则所学知识实属无用。再则，要注重团队精神。一个人的能力和精力毕竟有限，只有团结更多的人，才能做出更出色的成绩来。最后，这次实践课提高了我们的思维和创新能力，锻炼了我们的耐力和意志力。

我们觉得课程设计的目的不在于这几张纸，而是在设计的过程中，无论我们最后的方案是否完美，成绩是否优异，只要我们认真参与其中，充分发挥我们的想象力和创造力，充分运用我们所学知识，将一个方案从无到有的设计出来，这就足够了。在这期中的收获是受益匪浅的。

参考文献

《机械原理（第二版）》华中科技大学出版社作者：魏兵等《机械原理课程设计（第二版）》华中科技大学出版社作者：刘毅