糕点切片机设计
一 设计任务
1．工作原理及工艺过程
糕点先成型（如长方体、圆柱体等）经切片后烘干。糕点切片机要求实现两个执行动作：糕点的直线间歇运动和切刀的往复运动。通过两者的运动配合进行切片。改变直线间歇移动速度或每次间隔的输送距离，以获得不同厚度的糕点切片。 2．原始数据及设计要求 （1）、 糕点厚度10---20mm； （2）、 糕点切片厚度范围5---80mm； （3）、 切刀切片时最大位移量30mm； （4）、 切刀工作节拍40次/min； （5）、 生产阻力很小。要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠； （6）、 电动机可选用0.55kW(0.75kW)、1390r/min。 3．设计方案提示 （1）、 切削速度较大时刀口会整齐平滑，因此切刀的运动方案选择很关键，切口机构应力求简单适用、运动灵活和空间尺寸紧凑等； （2）、 直线间歇运动机构如何满足切片厚度的变化要求，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，均应对方案进行定性分析比较； （3）、 间歇机构必须与切刀运动机构协调工作，即糕点送进运动与切刀运动不发生干涉。需要注意的是，切口有一定的深度，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进程有一级重叠，以利提高生产率，在设计机器工作循环图时，就应该按上述要求来选取间歇运动机构的设计参数。 4．设计任务 （1）、 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图； （2）、 进行间歇运动机构和切刀机构的选型，实现上述动作要求； （3）、 机械运动方案的评定和选择； （4）、 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案； （5）、 画出机械运动简图； （6）、 对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算。
二 最初方案（附图2）
方案一
该方案以不完全齿轮1和与其固连的凸轮3为原动件，不完全齿轮1与完全齿轮2的啮合传动通过杆机构实现切刀的间歇式上下往复运动；通过凸轮3和弹簧5实现导杆的往复运动，通过有弹簧6作用的棘爪与棘条机构4实现糕点的间歇式送进运动。该方案的运动过程为：凸轮推程时（即糕点送进时）切刀停止在最顶端，凸轮回程时（即糕点停止送进时）切刀进行一次切削运动并返回。
该方案的缺点是 a.机械效率较低，首先表现在凸轮的使用上，其次在糕点进送过程
中切刀静止不动，降低了效率。
b.能量损失和材料磨损较大，特别是在齿轮啮合处、棘爪棘条接触处、
棘条与机架接触处，而且1、2的啮合处由于刚性冲击也容易产生噪音。
方案二
该方案通过槽轮机构的间歇运动带动皮带轮实现糕点的间歇式送进运动，通过圆柱凸轮和导杆机构实现切刀的上下往复运动，通过锥齿轮实现槽轮与凸轮的传动。该方案的运动过程为在槽轮带动皮带轮运动时过程中，导杆接触于凸轮的近休止点，当皮带轮不运动时，凸轮完成一次推程和一次回程，切刀往复运动一次。
该方案的缺点同样是效率低，因为切刀有一段时间的静止不动；同时槽轮机构又容易产生冲击，发出噪音；槽轮、锥齿轮和圆柱凸轮又加大了制造和维护的成本；调速装置也比较复杂，较难实现。
方案三（下页图）
该方案有两个完全相同的导槽，齿条用两个滚子安置在导槽中，通过主动杆与滚子使齿条沿导槽曲线运动，从而与齿轮的间歇性啮合，带动皮带轮间歇性送进糕点；通过凸轮与摆杆和弹簧实现切刀的上下往复运动；通过双摇杆机构协调凸轮与主动杆的相对运动，从而实现切刀运动和糕点送进运动的协调工作。
该方案的缺点是机架机构过于复杂，体积大，耗材多，齿轮齿条的间歇性传动容易产生冲击，发出噪音，机构易磨损；齿轮啮合调速装置较复杂；而且由于主动杆受力较大，对它的要求比较高。
三
经过讨论和实际观察，一致认为利用棘轮机构比较容易实现间歇性送进运动同时又比较容易实现送进量的调节，类似于牛头刨床的进给调节机构，在棘齿上面置一盖板，通过调节每次推程时棘爪推过的齿数来调节糕点的送进量；具体的糕点送进用皮带轮和皮带实现，皮带轮与棘轮固连；利用曲柄滑块机构实现切刀的上下往复运动，机构简单，相关参数计算方便，而且能够实现急回特性传动
（1） 曲柄滑块机构设计
题目要求切刀最大位移量为30mm，给定滑块轨道偏距e=15mm、滑块行程速比系数k=1.24。由k值得曲柄滑块的极位夹角为
θ=(1.24-1)/(1.24+1)*180°=19°通过做下图可得出曲柄长度L1=13.7 mm 连杆长度L2=39.6mm。
如图，A为固定在机架上的铰链，AB为曲柄，C端为滑块。
（2） 曲柄摇杆机构的设计
题目要求糕点的厚度为10—20mm，为了最大限度提高效率，将切刀的往复运动与糕点的间歇送进运动之间的协调关系设计为：当切刀向上运动到距离最低点20mm时，摇杆开始推动棘轮转动，皮带轮开始送进糕点；当切刀运动过了最高点又向下运动到距离最低点20mm时，皮带轮停止送进，棘轮停止转动，摇杆开始回摆。利用上图所示，当曲柄转到AB1的位置时，滑块C距离最低点20mm，棘轮开始转动，当曲柄由AB1逆时针转到AB2位置时，滑块C又距离最低点20mm，棘轮停止转动，切刀开始工作。因此，当曲柄分别位于AB1、AB2时，摇杆处于两个极限位置处，从而由图可知曲柄摇杆的极位夹角为θ=53°
给定摇杆的摆角φ=40°，摇杆长度为115mm，作图如下可得曲柄摇杆其余尺寸。
（3） 棘轮的设计
题目要求糕点切片的厚度要在5—80mm之间可调，已经给定摇杆摆角40°，现在将糕点送进的每次最小调节量定为5mm，由于80/5=16，则在棘轮摆角40°的范围内，必须有16个齿才能满足要求，这样才能实现棘轮转过一齿的角度，蛋糕送进5mm，棘轮最大转过16齿，此时糕点最大送进80mm。由此计算得棘轮齿数n=144，棘轮半径给定为91.2mm。
（4） 皮带轮参数的确定
由于棘轮转过40°时，糕点通过皮带送进80mm，则皮带轮半径 R=80*(360°/40°)/2л=114.6mm
四．运动分析
此方案由于对糕点送进运动的要求比较低，而对切刀的运动要求相对较高，运动分析只要分析曲柄滑块机构的曲柄运动到不同位置时滑块的位移，速度，加速度即可。
在曲柄运动一个周期内，自滑块运动到最低点开始，选取9个等分点，其中第5点是滑块位置几乎于最高点重合，因此选取最高点作为第5点，如图
5
C
4738212
我分析前3点
B点作匀速圆周运动，所以B点加速度只有aBn
μV=0.001(m/s)/mm μa=0.01(m/s2)/mm
对于第1点
VC= VB+ VCB aC= aBn+ aCBn+ aCBt
大小 ？ ωLAB ？ ？ ωLAB VCB/LBC ？ 方向 铅垂 ┴AB ┴CB 铅垂 B→A C→B ┴BC
由图解法得VC =0 m/s aC =0.194m/s2
2
2
对于第2点
VC= VB+ VCB aC= aBn+ aCBn+ aCBt
大小 ？ ωLAB ？ ？ ωLAB VCB/LBC ？ 方向 铅垂 ┴AB ┴CB 铅垂 B→A C→B ┴BC
由图解法得VC =0.0407 m/s aC =0.2811m/s2
2
2
对于第3点
VC= VB+ VCB aC= aBn+ aCBn+ aCBt
大小 ？ ωLAB ？ ？ ω2LAB VCB2/LBC ？ 方向 铅垂 ┴AB ┴CB 铅垂 B→A C→B ┴BC
由图解法得VC =0.0752 m/s aC =0.0630m/s2
三点的速度加速度多变形因为要按1：1的尺寸，所以用CAD制图后放在下一页
五.总结