糕点切片机设计说明书.doc

机械设计课程设计
设计说明书

设计题目糕点切片机

目录
一、 设计任务书········································3
二、 切刀往复运动方案的选择和评价······················4
三、 糕点直线间歇运动方案的选择与评价··················6
四、 执行机构的简图及运动循环图························8
五、 执行系统的设计····································10
六、 减速器的设计······································14
七、 参考文献··········································41

一、设计任务书
1、设计题目：糕点切片机
2、工作原理
糕点切片机需要完成两个执行动作：糕点的直线间歇移动和切刀的往复直线运动。通过两者动作的配合进行切片，通过改变直线间歇移动的距离，以满足糕点的不同切片宽度的要求。
3、原始数据
已知条件
方案
1
2
3
4
5
6
7
8
工作机输入功（KW）
2.5
2.3
2.2
2.1
2.0
1.9
1.8
1.7
生产率（片/min）
60
58
55
52
50
48
45
42
糕点尺寸：长度：200mm， 厚度：5～80mm， 宽度：10、20、30mm（可调）
工作条件：载荷有轻微冲击，一班制
使用期限：十年，大修期为三年
生产批量：小批量生产（少于十台）
动力来源：电力，三相交流（220V/380V）
转速允许误差：±5%
4、 设计任务
执行部分机构设计
（1） 分析切刀、输送机构的方案
（2） 拟定执行机构方案，画出总体机构方案示意图
（3） 画出执行机构运动循环图
（4） 执行机构尺寸设计，画出总体机构方案图，并标明主要尺寸
（5） 画出执行机构运动简图
（6） 对执行机构进行运动分析
传动装置设计
（7） 选择电动机
（8） 计算总传动比，并分配传动比
（9） 计算各轴的运动和动力参数
（10） 传动件的设计计算
（11） 选择联轴器
（12） 轴的结构设计
（13） 绘制减速器装配图
（14） 轴的强度校核
（15） 滚动轴承的选择、寿命计算和组合设计
（16） 键的选择和强度计算
（17） 绘制轴、齿轮零件图

二、切刀往复运动方案的选择与评价
实现切刀往复运动的机构：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。

方案一：凸轮机构

工作原理：由凸轮的转动带动切刀的上下往复运动，最大行程为凸轮的相对于转动点的最高点与最低点的差，通过增减凸轮的长度来增大或减小行程。
优点：只要设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的的运动规律，而且机构简单，结构紧凑，可承载较大的载荷，运动平稳。
缺点：凸轮轮廓与推杆之间为点、线接触，易磨损。而且没有急回特性，不能够实现切刀下切速度快使切口平滑，也不能很好的的缩短空程的时间，影响效率。所以该方案不能符合要求，故舍弃。
方案二：连杆机构

工作原理：通过轮盘的旋转带动连杆的转动，从而带动切刀的上下往复运动。可通过调节连杆的长度来增减行程。

优点：结构简单，容易实现，且具有连杆的共同优点。有快慢行程之分，提高工作效率。其运动副均为低副，两运动副连接为面接触，压强较小，可承载较大的载荷。切形状简单易于加工，而且连杆机构的运功轨迹是各种不同的曲线，其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，可以用这些曲线满足不同的曲线设计要求。

缺点：这种机构所占据的空间位置较大，传递的路线长。而针对这部分的设计可通过杆长的选择来解决。能符合我们设计的切刀往复运动的要求，故切刀的往复运动选择该机构。
方案三：正弦机构

工作原理：当曲柄以恒定角速度转动时，通过滑块使导杆上下移动，实现切刀的往复直线运动。其位移的行程即为曲柄的长度。
优点：能够使切刀做正弦形式的往复运动，可承载较大的载荷，只要适当的选取曲柄的长度就能设计出所需要的运动的距离，原理简单易行。
缺点：没有急回特性，不能达到切刀的预运动要求。且曲柄的与运动角度是受到限制的，摆角必须严格控制，这会增加机构设计的难度，故该方案舍弃。

三、糕点直线间歇运动方案的选择与评价
糕点的直线间歇运动机构： 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：利用棘轮的间歇传动特点达到目的

工作原理：曲柄转动一定的角度范围时带动连杆的运动，与连杆相连的棘爪插入齿轮内，带动从动棘轮转过一定的角度。当曲柄转过另一个角度，另一侧的棘爪阻止棘轮反向转动，与连杆相连的棘爪在棘轮齿上滑过。从而实现曲柄的连续转动带动棘轮的单向间歇运动。
优缺点：齿式棘轮机构结构简单，制造方便；动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构实现。该机构的缺点是动程只能作有级调节；噪音、冲击和磨损较大，故不宜用于高速。因为其噪声大，并且大多数人的设计基本选择该机构，因此经过讨论我们决定舍弃该机构。
方案二：运用非完整齿轮与完整齿轮间歇啮合传动来达到目的。

工作原理：主动齿轮作连续转动，当主动轮的吃齿进入啮合，从动轮转动；主动轮退出啮合时，由于两齿轮的的凸凹锁止弧的作用，从动轮保持可靠停歇，从而实现从动轮的间歇转动。
优缺点：不完全齿轮机构设计灵活、从动轮的运动角范围大，很容易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动。但加工复杂；在进入和退出啮合时速度有突变，引起刚性冲击，不宜用于高速转动；主、从动轮不能互换。并且不好控制进给的距离，所在此机构中不宜采用此构件。
方案三：

工作原理：摩擦轮实现单向间歇移动（凸轮主轴顺时针转动，轮上的突出圆弧廓线与工件接触时，使皮带滚筒与凸轮对滚，轮间的摩擦力使皮带移动进料。当凸轮的凸出廓线与皮带脱离接触后，皮带则静止。凸轮转动一周，工件完成一个周期的送进和停歇动作）。

优缺点：摩擦轮机构，这是步进式的单向送进机构，适合与板条形状工件输送，且机构设计简单，成本低，但很难实现改变切片的长度。而且为了可靠的送料，还需要加轴向的预紧力。故该方案舍弃。
方案四：连杆凸轮机构

工作原理：主动曲柄连续转动，通过连杆带动行星轮往复运动，与曲柄固联的凸轮，以其轮廓带动两齿轮弧往复运动，从而控制行星轮中的中心轮做间歇转动，达到间歇传动的要求。
优缺点：传动平稳、精确度好，通过改变曲柄的长度就可以改变中心轮的转角。容易控制所需的进给量，实物操作便捷。只是结构稍显复杂，不过综合考虑各方面的因素，其做为糕点的间歇移动是比较理想的选择。

四、执行机构的简图及运动循环图
1、执行机构的简图：

备注：这是我们设计的整体的机构的简图，由连杆凸轮机构带动糕点的间歇移动，用连杆机构实现切刀的往复运动。连杆的急回特性能使糕点的切口平滑、美观，整体的设计思路符合任务书所给的要求。且经过设计能够实现糕点间歇和刀具往复运动的协调性能。

2.运动循环图
刀具往复运动
切刀每分钟得完成切割55次的工作节拍。所以连接曲柄的齿轮的转速为55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5mm至80mm（这是糕点的厚度）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80mm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5mm至80mm（这是糕点的厚度）时又开始切割糕点，此时糕点又静止。如此往复循环。
1） 糕点切片机运动循环图（同心圆式）

2） 糕点切片机运动循环图（直角坐标式）

五、执行系统的设计
1、连杆凸轮的设计计算
1)摆角的计算 ·······①
········②
·······③
先跟据①式设计摆角的大小：根据实际情况送料带轮半径一般不小于60mm，得 9.55°，所以去第一个摆角 为10º，则第二个摆角为20°，第三个摆角为30°
2）四连杆曲柄和连杆长度的确定
·····④
1、根据④使可求行程系数，取1 =15°，摇杆 长400mm，则由作图法求曲柄 及连杆 的长度 及 机架 的长度

得 曲柄 连杆 机架
2、根据第一步所求得的摇杆及机架长求当摆角20º时的曲柄和连杆长
有作图法知

得曲柄 连杆 同时由作图法得急回夹角
为代入④式知
3)同理当摇杆摆角为30º时由作图法知

曲柄 连杆
可调节长度的曲柄和连杆的设计

等轴视图正视图
2、刀具往复运动的设计计算
刀具的往复运动要求有急回特性，因此用连杆来设计刀具的往复运动。如图为所设计的机构：

由图可得 ， 其中e为
偏距，a轮盘的半径，b为连杆的长度。即为极位夹角。根据切割时糕点的高度的要求C1C2的长度要大于80mm。即：
C1C2=C1D-C2D
根据切刀与皮带间歇运动的协调性要求取极位夹角θ=60º，由此可初步取：
a=50mm ，b=150mm ，e=100mm

六：减速器的设计
第一部分：运动和动力参数计算
计算
说明
结果
一：电机的选择

型号
额定功率
KW
满载

转速
r/min
效率%
功率因数
Y100L-6
3
1440
86.7
0.81

二：分配传动比

选
则
查参考文献三图12得

三、各轴转速、功率和转矩

轴名
功率
转矩
转速
I轴
2.34
31.07
720
II轴
2.23
121.08
175.6
III轴
2.12
402.84
50.17

该计算部分公式和有关数据皆引自参考文献三第12页到14页

总传动比
减速器高速级传动比
减速器低速级传动比

该部分公式及数据引自参考文献三第7页表一和第17页图12

主要参数

该部分公式引自参考文献三第19页到21页

选择电动机
型号：Y100L—6
同步转速

二：传动零件的设计计算
计算
说明
结果
一：带轮传动设计计算
1、选择V带型号

选择A型带
2、 确定带轮直径

圆整为
3、验算带速

在范围内带速合适
4、 确定和
得：
初定为
+
圆整

圆整为
5、 验算小带轮包角

包角合适
6、 确定带的根数

圆整取
7、确定初拉力

二、 齿轮传动的设计计算
高速级齿轮传动设计计算
1、 设计小齿轮直径
接触疲劳强度设计公式：

2、确定中心距

圆整为
3、 选定模数、齿数和螺旋角
一般，

查表圆整为

圆整为

取，

与相比误差为
可用

4、计算分度圆直径
小齿轮
大齿轮
5、按齿根接粗疲劳强度校核

代入得：

合适
2、 齿轮宽度

圆整为

高速级齿轮
齿数z
21
89
中心距a(mm)
140
模数m(mm)
2.5
传动比i
4.1
齿宽b(mm)
40
35
螺旋角
11.265
分度圆直径d(mm)
53.454.
226.546

低速级齿轮传动的设计
2、 设计小齿轮直径
接触疲劳强度设计公式初步设计：

2、确定中心距

圆整为
4、 选定模数、齿数和螺旋角
一般，

查表圆整为

圆整为

取，

与相比误差为
可用

4、计算分度圆直径
小齿轮
大齿轮
5、按齿根接粗疲劳强度校核

代入得：

合适
3、 齿轮宽度

圆整为 大齿轮宽度
小齿轮宽度

高速级齿轮
齿数z
21
633
中心距a(mm)
170
模数m(mm)
4
齿宽b(mm)
55
50
分度圆直径d(mm)
84.998
255.002

该部分公式和数据引自参考文献二242页到262页
计算功率工况系数，根据参考文献二第254页表11.3选择得：
带型号的选择：由查参考文献二第253页图11.11得选择A型带

根据参考文献二第254页选择
滑动率设为1%
的圆整是根据参考文献二第254页表11.4选择

为带轮中心距
为带轮基准直径
的圆整根据参考文献二第251页图11.10选取A型带的标准基准长度为

因，，
查参考文献二第256页表11.6得由参考文献第258页表11.8得普通v带时额定功率的增量，由参考文献二第259页表11.10查得包角修正系数，由参考文献二第259页表11.11查得带长修正系数

该部分公式及数据引自参考文献二186到212页、参考文献三32到35页以及参考文献四第97到98页
为齿面接触许用应力选择齿轮为软齿面材料为碳素调质刚热处理方式为调质、正火，由参考文献四第96页表7.11查得齿面硬度，取
由参考文献二第193页表9.11查得， 由参考文献二第193页图9.44查得
，根据查参考文献二第一95页表9.13得再查参考文献二第196页图9.46得到，由参考文献二第194页表9.12可以得到由参考文献二第由参考文献二第199页表9.14得

查参考文献二第166页表9.3的圆整

查参考文献二第195页表9.13得
查参考文献二第204页表9.15得 ，查参考文献二第206页图9.59、图9.60得
图9.58得
查参考文献二第200页图9.53得，第201页图9.56得

选A型带

带速合适

包角合适

带轮根数

按齿面接触强度计算得小齿轮直径：

中心距：

大小齿轮齿数;

螺旋角：

大小齿轮分度圆直径：

按齿根接触应力校核
合适

大小齿轮宽度

主要参数

三、轴的设计计算
计算及说明
结果
一：高速轴的计算
1、 选择轴的材料
45号调质钢、
由参考文献二第398页表19.1查取
2、 初步计算轴径
公式引自参考文献二第403页式
选取 考虑键槽的影响，轴径增加并圆整
3、 轴上零件的定位及轴的主要尺寸的确定
其中：轴承1宽度 安装尺寸
齿轮1直径 安装尺寸
4、 按弯扭合成校核轴的强度
1）轴空间受力简图

2）轴上受力分析
齿轮上的圆周力
齿轮上的径向力
齿轮上的轴向力

3）计算作用于轴上的支反力
水平面内的支反力

垂直面内的支反力

4）计算轴的弯矩并画弯矩图

5）校核轴的强度

二：中间轴的设计计算
1、 选择轴的材料
45号调质钢、
由参考文献二第398页表19.1查取
2、初步计算轴径

选取 考虑键槽的影响，轴径增加并圆整4、 按弯扭合成校核轴的强度

1） 轴空间受力简图

2）轴上受力分析
a)高速级大齿轮
高速级大齿轮为高速级的从动轮，因此受力与高速级小齿轮刚
好大小相等、方向相反，即与第一根轴齿轮受力大小相等方
向相反所以：
1齿轮上的圆周力
1齿轮上的径向力
1齿轮上的轴向力

B)低速级小齿轮
齿轮上的圆周力
齿轮上的径向力
齿轮上的轴向力

3） 轴上支反力计算

解得：

解得：

解得：

解得：
4） 计算轴的弯矩并画弯矩图

所以截面为危险截面
故安全
三、 低速轴的设计计算
1、选择轴的材料
45号调质钢、
由参考文献二第398页表19.1查取
2、初步计算轴径
公式引自参考文献二第403页式

选取 考虑键槽的影响，轴径增加并圆整
3、轴上零件的定位及轴的主要尺寸的确定
其中：轴承1宽度 安装尺寸
齿轮1直径 安装尺寸
4、 按弯扭合成校核轴的强度
1）轴受力简图

2）轴上受力分析
低速速级大齿轮为低速级的从动轮，因此受力与低速级小齿轮刚
好大小相等、方向相反，即与第二根轴低速级小齿轮受力大小相等、
向相反所以：
齿轮上的圆周力
齿轮上的径向力
齿轮上的轴向力
3）轴上支反力：
水平面内支反力

解得：

解得：
垂直面内支反力

解得：

解得：
4） 计算轴的弯矩并画弯矩图

5） 画弯矩图

6） 校核轴的强度
故 安全

危险截面弯矩：

合成弯矩最大值：

单位

安全

公式引自参考文献二第403页式

危险截面最大弯矩值：

合成弯矩最大值在D截面上：

危险截面合成弯矩最大值：

四 键连接的选择和计算
计算及说明
结果
一：高速级轴上键的选择及计算
1）选择

选择圆头普通平键：
其主要参数：
2） 校核
按挤压强度校核，轴传递扭矩

故安全
二：中间轴上键的选择及计算
1） 选择

选择圆头普通平键：键1
键2
其主要参数 键1： 键2：
2） 校核
按挤压强度校核，轴传递扭矩
键1：
键2：
故安全
三 低速级轴的校核
1） 选择

选择圆头普通平键：
其主要参数：
2） 校核
按挤压强度校核，轴传递扭矩

故安全

数据引自参考文献一第90页

引自参考文献二第328页表15.10
校核公式引自参考文献二第327页

五滚动轴承的选择和校核
计算及说明
结果
一、 高速轴上轴承的选择和校核
1） 选择
因为斜齿轮传动，所以选择角接触球轴承

选择角接触轴承型号为：
其基本尺寸
2） 校核
1、计算附加轴向力、

则可得轴承1、2的附加轴向力

2、简图

3、计算轴承所受轴向载荷
因为
所以轴承2被“压紧”轴承1被“放松”由此可得

4、计算当量动载荷
轴承1
利用插值法求得：

再次利用插值法可求得：、由此可得：

轴承2
利用插值法可求得：
再由用线性插值法可求得：
、 由此可得

5、轴承寿命校核
因，故按轴承2计算轴承寿命

故所选轴承合格

二、中间轴上轴承的选择和校核
1）选择
因为斜齿轮传动，所以选择角接触球轴承

选择角接触轴承型号为：
其基本尺寸
2）校核
1、计算附加轴向力、

则可得轴承1、2的附加轴向力

2、简图

3、计算轴承所受轴向载荷
因为
所以轴承1被“压紧”轴承2被“放松”由此可得

4、计算当量动载荷
轴承1
利用插值法求得：

再次利用插值法可求得：、由此可得：

轴承2
利用插值法可求得：
再由用线性插值法可求得：
、 由此可得

5、轴承寿命校核
因，故按轴承2计算轴承寿命

故所选轴承合格

三、 低速级轴上轴承的选择和校核
1）选择
因为斜齿轮传动，所以选择角接触球轴承

选择角接触轴承型号为：
其基本尺寸
2）校核
1、计算附加轴向力、

则可得轴承1、2的附加轴向力

2、简图

3、计算轴承所受轴向载荷
因为
所以轴承1被“压紧”轴承2被“放松”由此可得

4、计算当量动载荷
轴承1
利用插值法求得：

再次利用插值法可求得：、由此可得：

轴承2
利用插值法可求得：
再由用线性插值法可求得：
、 由此可得

5、轴承寿命校核
因，故按轴承2计算轴承寿命

故所选轴承合格

数据引自参考文献一第114页表9-5

公式引自参考文献二第368页表17.5

插值法所用数据引自参考文献二第370页表17.7

公式引自参考文献二第373页

减速器箱体的相关尺寸
减速器铸造箱体的结构尺寸
名称
公式
数值(mm)
箱座壁厚
δ=0.025a+1≥8
8
箱盖壁厚
=0.02a+1≥8
8
箱体凸缘厚度
箱座
b=1.5δ
12
箱盖
b1=1.5
12
箱座底
b2=2.5δ
20
加强肋厚
箱座
m≈0.85δ
6.8
箱盖
m1≈0.85
6.8
地脚螺钉直径和数目
df=0.036a+12
M20
n=4
轴承旁联接螺栓直径
d1=0.75 df
M16
箱盖和箱座联接螺栓直径
d2=0.6 df
M12
轴承盖螺钉直径和数目
高速轴
d3 =0.4~0.5 df
M10
n=6
中间轴
M10
低速轴
M10
轴承盖外径D2
高速轴
D2=D+5d3
102
中间轴
112
低速轴
135
观察孔盖螺钉直径
d4=0.4 df
M8
df、d1、d2
至箱外壁距离
df
C1
26
d1
22
d2
18
df、d1、d2
至凸缘边缘的距离
df
C2
24
d1
20
d2
16
大齿轮齿顶圆与内壁距离
Δ1>1.2δ
11.25
齿轮端面与内壁距离
Δ2>δ
8
外壁至轴承座端面的距离
l1=C2+C1+(8～12)
58

七、参考文献
参考文献二——机械设计 （第五版）吴克坚主编
参考文献一—机械零件手册 （第五版）周开勤主编
参考文献三——机械设计课程设计指导书 （第二版）龚桂义主编
参考文献四——机械设计 邱映辉主编