自动切菜机课程设计说明书

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1、课程名称：机械设计设计题目：自动切菜机设计院系：机械工程系专业：机制一班年级：2010 级姓名：刘元是指导教师：温亚莲西南交通大学峨眉校区2013年5月25日设计简介随着自动化技术的发展，自动化技术已经广泛用于家庭生活的各个方 面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能， 极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。 自动 切菜机就能把人们从繁重的家务活动中解脱出来， 给予人们更多地休 息时间。让生活更美好。二设计任务（一）设计题目：自动切菜机（二）工作设计及工艺的动作过程电动机经皮带和齿轮系减速后，达到

2、30转/分。再用棘轮机 构连接一皮带组成菜品的进给机构，并满足间歇运动的要求。同 时通过另外一组皮带轮带动曲柄滑块机构运动（滑块上带切刀），实现菜品的切割。间歇运动机构与切刀运动机构工作协调。由于 每一次切的过程都一样，从而使每一片菜品的大小都一样。而通过 改变进给的距离，可调整切片的厚度。（三）机构的一些尺寸1）菜品厚度：1020mm2）菜品切片长度（即切片高）范围：520mm。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：30次/min。主要设计要求是：（1）通过调整进给的距离，达到切出不同厚度菜品的需要。（2）要确保进给机构与切片机构协调工作，全部送进运动

3、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。（四）电机的选择在我国，电源频率为50赫，ns=60f/P （旋转磁场的转速=交流频率/ 定子的极数）。所以三相交流电机中一对极电机的同步转速为 3000 转/分，三相交流电机中两对极电机的同步转速为 1500转/分，余类推。 异步电机转子转速与旋转磁场转速之差（称为转差）通常在10%以内。 由于我们要求的电机的转速为150r/mi n。故不能选择交流异步电机。最后我们决定选用转速为150r/min，功率0.55KW的它励式直流电机。三 机械系统运动方案选择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

4、；菜品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。1、实现切刀往复运动的机构方案一：如上图所示，可利用最短杆的圆周运动来实现切刀的上下往复运动。 此连杆机构的优点：1. 运动副为低副，低副的两运动副位面接触，压强较小，可以承受 较大的载荷，并且有利于润滑，运动副的集合形状比较简单，便 于加工制造。2. 当原动件运动规律不变时，可以改变各构件的长度从而使从动件 得到不同的运动规律。3. 连杆上各点的轨迹是不同形状的曲线，其形状还随着各构件相对 长度的改变而改变，从而得到形式众多的连杆曲线，我们可以利 用这些曲线来满足不同曲线的设计要求。吃连杆结构的缺点：1. 连杆机

5、构的运动必须经过中间构件进行传递， 传递路程较长，易产生较大的误差累计，使机械效率较低。2此机构虽然有上下往复运动，但它没有急回运动特性。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。故放弃。方案二：可利用凸轮的转动来实如下图所示，该机构为封闭的凸轮机构现切刀的往复运动。此几何凸轮机构的优点:1. 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。2. 凸轮机构可承重较大，运动平稳。此机构的缺点：1. 图轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损。2. 没有急回运动特性，不能够实现切刀下切速度快二上提速度 快的特性。不能够很好

6、的缩短空程的时间，影响效率，因此 舍弃该方案。方案三如下图所示，该机构为偏执曲柄滑块机构，可以利用它实现切刀的往 复运动。此曲柄滑块机构的优点:1.由于偏执滑块机构具有偏心距，所以该机构具有很好的急回运动特性。2该机构较为简单，可根据已经给定的尺寸要求设计出机构各连杆 的长度。3此机构为连杆机构，可以承受较大的载荷，并且有利于润滑，运 动副几何结构比较简单，便于加工制造。改变各构件的相对长度 来使从动件得到预期的运动规律。综上所述，选择方案三是一个比较不错的选择令该偏执滑块机构的偏距e=10mm此机构主要是执行切刀的上下往复运动。由于所切的菜品厚度最大为30mn,所以切刀在30mn之上运动时，

7、菜品才能运动。为了给菜品足够的传送时间，设计切刀的行 程为2倍菜品的最大厚度，即为 C1C2长度等于60mm设刀片高为 40mn，刀片不能回缩到滑块轨道上，所以滑块长度应大于C1C2取滑块长度为65mm可以令曲柄 AB长度为25mm BC长度为60mm极为夹角为：cos a= ( BC-AB 2 +(AB+BC2-C1C22/2(BC-AB)*(AB+BC)=0.815a=arc cos0.815=35.4 o综上：曲柄长25mrp连杆长60mrp偏距10mm刀片高40mm刀片所在滑块长65mm极位夹角a=35.4o;2. 实现菜品直线间歇运动的机构方案一：如下图所示，为一连杆步进输送机构，可

8、实现直线间歇移动此连杆机构的优点：1此机构能够完全实现直线间歇移动。2. 如果连杆的尺寸角度设计得当，此机构具有传递平稳，运动精 确的优点。此连杆机构的缺点：1.连杆BCD运动的轨迹是一个完全不规则的曲线，再设计连杆机 构ABCDE寸，要想使连杆和挂钩接触的部分的运动曲线近似为 直线，机构中每个连杆的长度的定位都比较困难。不容易计算 得出最终的尺寸和方位。舍弃该方案。方案二：如下图，该方案采用槽轮机构此机构的优点：1.对于菜品的传送，槽轮机构能够完全实现直线间歇运动。2槽轮机构也比较实用，容易计算，运动也比较精确。该槽轮机构的缺点：如果使用槽轮机构的话，则很难改变被切菜品的厚度，如果中间搭 配

9、齿轮减速器来改变速度的话又显得复杂。故舍弃该方案。方案三：如下图，选择棘轮机构：该棘轮机构的优点有：棘轮机构的结构简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较为平稳地，间歇地进行转位，能实现菜品厚度的调节，故采用此机构。棘轮机构主要是执行菜品的进给运动，每一次的运动距离就是所切菜 品的长度。为了更好的控制和改变这个长度，设棘轮每转动一定角度 菜品运动20mm,设棘轮共有24个齿，既每齿代表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

10、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。其尺寸为：棘轮半径100mm;棘轮齿数24个；设曲柄和摇杆与地面两定点的距离为175m m，摇杆的最大摆角为75。摇杆长度为200。设曲柄长为X，连杆长为y。可得方程：cosA二1752+1002-（ x+y ）2/2

11、*175*100 ；cosB二1752+1002-（ y-x ）2/2*175*100 ；B=75 ；解得：x=50； y=210；所以有曲柄摇杆机构尺寸：曲柄长50mm;连杆长210mm;摇杆长200mm;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为：k=1;又工作周期为2 秒，则摇杆推程时间为：1秒，回程时间为：1秒。因此，切刀在1秒的时间内不能接触菜品（最大厚度为 20mm ,而 在1秒的时间里切刀应完成切菜品的动作并离开菜品表面。即切刀在菜 品外运动的时间应大于1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大于1秒，所以满足设计要

12、求。四减速系统设计该切菜机机构原动件为一高速电机，其转速为150r/min，但是我们需要的转速为30r/min，所以需要减速装置。因机器对主轴转速精度 要求不高。第一级用皮带传动，第二级用齿轮传动。皮带传动有良好 的挠性和弹性；能吸震和缓冲，传动平稳噪声小；有过载保护功能， 当过载时轮缘打滑，防止其它的机件损坏；且成本较低。齿轮传动精确、传动效率高，且减速比不是很大，考虑减速装置的重量和体积则 第二级减速采用单级圆柱齿轮减速比较适宜。第一级降速用皮带轮减为50r/min。第二级是用齿轮减速到 30r/min。两减速传动机构设计 分析如下：1皮带轮设计:皮带轮传动主要是采用两个半径不相同的皮带轮

13、实现。由于皮带上线速度相等可知：r1*w1=r2*w2 ；r1*n1二r2*n2 ；150*r1=50*r2 ；r1/r2=50/150可以使电机上皮带轮的半径大小为r仁30mm另一端皮带轮半径大小为 r2=90mm。传动比 i=150/50=3。皮带轮的选择：皮带轮，属于盘毂类零件，一般相对尺寸比较大，制造工艺上一般以 铸造、锻造为主。一般尺寸较大的设计为用铸造的方法，材料一般都 是铸铁，很少用铸钢；一般尺寸较小的，可以设计为锻造，材料为钢 因为该切菜机的功率不高，需要皮带轮传动的力矩不大。SiSv 带结构：承载层为绳芯或胶帘布，楔角为40相对高度近似为0.7梯形截面环形带有包布式和切边式两

14、种。特点：当量摩擦系数大，工作面与轮槽粘附性好，允许包角小、传动 比大、预紧力小、绳芯结构带体较柔软，曲挠疲劳性好。应用：速度2530m/s、功率700kW、传动比w 1（轴间距小的传动。结构：承载层为绳芯，楔角为 40相对高度近似为0.9梯形截面环 形带有包布式和切边式两种。特点：除具有普通 V带的特点外，能承受较大的预紧力，允许速度 的曲挠次数高，传动功率大，耐热性好。应用：大功率结构紧凑的传动。最后我们决定选择普通V带轮2齿轮系的设计：30r/min。因经皮带轮减速后的转速为50r/mi n,而我们需要的转速是此还需要齿轮降速。选择齿轮参数如下:i=z2/z 1=5/3名称z1z2齿数1

15、830模数5mm5mm分度圆90mm150mm齿距 p1=mn=5 =15.7mm=p2齿厚 s仁mn /2=2.5 n=7.85mm=s2齿槽宽 e仁mn /2=2.5 n=7.85mm=e2基圆 db仁d1*cos a =t*cos20 90*cos20 84.6 mmdb2=d2*cos a =2*cos20 =150*cos20=140.1mm齿顶高 ha仁(ha* ) *m=5mm=ha2顶隙 8= (c*)*m=1.25mm=C2齿根高 hf1=ha1+c仁5.25mm=hf2齿顶圆 da仁d1+2ha=100mm da2=d2+2ha=160mm齿根圆 df1=d1-2hf =84.75mm df2=d2-2hf =144.75mm全齿高 h仁ha+hf1=10.25mmh2=ha+hf2=10