《创新设计饼干切片机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《创新设计饼干切片机（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、饼干切片机的搭接汽车系 汽 13班：卢居霄，邓政来，李腾一、 一、 工程背景介绍通过一些机构在连续运动中实现一定的间歇，在工程实际中有着广泛的应用。比如轻工 业中的送料机构，如糖果包装机，轧钢机等。在整个送料过程中，运动的过程是快速而且连 续的， 要求在送料的时候，运动速度比较快，但是在将料送到工作台以后，要求又一段时 间的停歇，以利用材料的加工。这种停歇应该是从动件运动中自然的一部分，否则，如果使 用棘轮、棘爪等机构，在这种连续不断而且是快速的运动中是会造成很大的冲击，严重降低 机械的使用寿命。这次实验，我们就是以实际中的一个机构为例，来讨论通过什么样的机构来实现上面的 停歇运动。我们所选的
2、机构在工程中的背景是在生产饼干的食品加工厂中的饼干切片机。其功能是 将已经切成条状的饼干切成大小均匀的小块。具体工作过程如下：图中的元件如下A：推板B：送料器C：切刀整个工作过程为：(1) 送料器将已经在上一道工序中加工成条状的饼干推到切刀前面；(2) 推板A推动饼干向前运动，然后与切刀共同作用，将饼干切为块状，块状饼干进 入下一工序；( 3)推板 A 回到起始位置；(4)推板A在起始位置停歇，等待下一批饼干送到；可将工作过程做成工作过程流程图如下：从饼干切片机的整个工作过程中，我们可以总结出完成这一工程背景所用的机构要满足 以下要求：( 1)运动形式要求 整个机构的原动件时电机的转动，所以首
3、先必须将电机的转动转化为推板 A 的直线运 动。( 2)运动规律要求在这个过程中，主要的运动是推板A的循环往复的直线运动和推片机构B的间歇直线 给料运动。当A返回到一定位置的时候，B送料，这时A要等B完全把饼干送入工作区才 可以回程切片。可以看出，这一运动的重点是推板A的间歇运动，即满足A在最左端的停 滞时间必须恰到好处，可以使送货机有足够的时间将饼干送到推板前面而不发生运动干涉， 又不会浪费时间。所以设法将 A 的间歇运动中的间歇时间调整到刚好与送货机不发生干涉 使这一机构的最重要的一点。（3）运动冲程要求在批量生产中，一次能够切好的饼干的数量直接影响到经济效益，所以要求推板A有 足够大的冲
4、程，使得一次加工的饼干足够多。（4）机构空间要求由于这是一种轻工业机械，所以要求整个机构在保证工作质量的基础上，所占空间尽量 减小。二原始机构（I）机构设计【设计说明】前提假设：假设一整块饼干的长度为40mm,则推板A的推饼干的路程为60mm,使饼干向前推送 的充分；此外，再加20mm的路程，作为工作的富余路程，推板A后撤得充分，以免和其 他机构的运动干涉。这样，推板A的整体行程为80mm。假设饼干由B装入工作台的时间 要 1。 5 秒左右。切割饼干的时间为 0。 7 秒左右。这要求推板 A 走完 60mm 的位移用 0。 7 秒，走完剩下的 20mm 的位移用也用 0。 7 秒（1。 5 秒
5、的一半）。可以假设原动件转速为 20rad/s。 整个工作过程如下：机构简图图1设计思路：将推板A的运动变为滑块在轴上的运动。通过D的特殊运动轨迹来实现E的运动规律。通过让D经过一段类似以E为圆心圆弧，使E点基本不动，控制这段圆弧的长度，从而控 制E点停留的时间。【机构说明】图中曲柄1为原动件，滑块E为从动件，E和饼干切片机中的机构A固联，在一根轴上滑 动。那么，E的运动规律就是所要求的饼干机中A的运动规律。本机构由右边的曲柄滑块机构和左边的RRP双杆组组合而成。曲柄滑块机构其中取AB = 40mm在节点D的运动轨迹中，图示的DD部分近似为以E点的右极限位置为圆心，以DE 的长度为半径的圆弧，
6、当D点在该近似圆弧上运动时，滑块5几乎静止不动。【理论计算】使用MATLAB对上面的机构进行计算和仿真。 首先，看D点的运动轨迹是否是满足我们的要求:190S时间变化曲线-200210-220-250-260230D3-240面图像中我们可以看出：在_dD这一段，滑块只在很小的范围内运动，基本可以认III-从上为是静止20rad/s时，这段时间大约为1。5秒，可以看出，与我们的假设符合得很好。錮在间歇以后，推片进入工作，开始向前推饼干。从位移曲线上可以看出，在整个运动周不动的，这一段时间可以理解为推板A运动中的间歇时间。当原动件角速度为L!I期里，如果以D-D线为界，其上为富余路程，其下为工作
7、冲程的话，间歇式很明显的。即 整个运动过程周期为3。 14秒，间歇占了大约1。 5秒，运动了大约1。 6秒。这很好的满足 了工程背景中的要求。推板的进退平均速度都是比较块的，且停留间歇时间足够长。让送料 器有足够的时间将下一批饼干送到工作台上。面是从动件的速度图像：V时间变化曲线600400200-200饼干本身比较脆，所影响产品 0在工作冲程的后半程，滑块A的速度不宜过大以免与前面的切刀相撞，发 t丿页量。生事故。从滑块的速度时间图像中，可以看出，当滑块处于间歇时间时，其速度很小，在零附近 波动。而且在整个周期中，滑块的速度变化比较平稳，没有很大的跳动，这会使其工作起来 比较顺畅。另外，在间
8、歇后，当滑块开始工作，即开始将饼干推向切刀时，其速度开始增大，这也 满足了在工作冲程前一半时速度要求较大的条件。而在冲程的后半程，速度开始减小，这一 点正符合在冲程后半程速度要求。仃I）机构搭接【搭接装置】机构组合创新实验台，工具箱【搭接步骤】11 根据设计方案，选择各种构件；22 对机构进行搭接；3 3 在确保所搭接的机构不会发生干涉（用手带动机构做整周运动，保证不发生干涉）和摩擦后，将所有的螺栓固定好，并检查所有的联接是否正确、稳固；4 4 加入电机带动机构运转【构件说明】图中的1， 2， 3， 4， 5分别对应于结构简图中的1， 2， 3， 4， 5。【机构运动状态】右极限位置实现间歇运
9、动，只是单侧停歇。 下图为执行件从右向左运动。左极限位置：三替代机构(I)替代机构的设计思路首先，实现所要求运动特性的机构从大的方面主要有两类：闭式链，开式链。开式链就 是用机械手实现运动特性，而闭式链则又包括简单机构中的连杆机构，凸轮机构，组合机构 中的凸轮连杆式组合和齿轮连杆式组合，还有一些有运动特色的机构例如，间歇机构，挠性 传动机构，摩擦传动机构和液压，气动机构。其次，饼干机的工作特性要求其推板在去程和回程之间要有一定的间歇时间，因此转化 为机构的运动特性要求所设计的机构要有单侧停歇的运动特性。我们的第一个方案即前面提 到的，是利用右边的曲柄滑块机构连杆上的一个合适的固结点的右侧的曲率
10、比较大的圆弧， 通过左侧的连杆滑块的连接间接实现左侧滑块的右侧间歇运动特性。从实现间歇运动的闭式链机构主要有两种，直接间歇运动机构和间接间歇运动机构。直 接间歇机构主要包括：棘轮机构，槽轮机构，凸轮间歇机构，不完全齿间歇机构。而间接间 歇运动机构主要有：连杆机构，导槽机构，组合机构例如四杆机构，凸轮连杆机构，齿轮连 杆机构。我们可以利用这些机构上某些固结点的运动特性，再连接一些执行机构，从而实现 间歇运动。由于棘轮机构和槽轮机构的间歇运动特点是双向停歇，而且有的是只有去程没有回程， 把旋转间歇运动转化为直线间歇运动比较困难，因此虽然理论上可以设计出来，但是由于所 学有限，没有考虑。考虑替代机构
11、可以为以下几种：凸轮机构利用移动凸 轮的轮廓线 实现单侧间 歇利用转动凸 轮的轮廓线 实现单侧停 歇11111111连杆机构连杆BC上的E点实现特定轨迹间接实现间歇运动A凸轮连杆 机构C点实现特定轨迹间接实现间歇后乂一齿轮连杆 机构A点实现特定轨迹间接实现间歇运动七A6. 6.导槽机构其机构还可以变 种为CD导槽做 成特定形状，使 M导杆实现单侧 间歇直线运动。导槽机构的实质 其实就是凸轮机 构，只是形式不 同。最后，考虑到搭接机构能否在实验台上实现，我们采取了以下几种替代机构，其中有 2 种是 可以用电机带动正常运行的，由于实验台条件和时间所限，其他两种机构只是搭接出来，但 是并不能实现预定
12、运动，只起示意作用。(II)替代机构一【机构简图】【机构说明】有四杆机构和RRP杆组构成四杆机构2ILSIRRP双杆组5【设计思路】使用四杆机构，实现和原方案中DD相似的运动曲线，从而实现从动件同样的运动规律。 而本题中实现四杆机构的特殊运动规律用的是“连杆曲线图谱法”也就是通过查图谱，找 到类似的曲线，然后按照一定的比例，将相应的四杆机构放大。机构中各个参数如图所示。机构实现】机构的具体运动情况见附件。【机构运动分析】用计算机对上述机构进行计算仿真得到 D 点的运动曲线如下所示：得到 E 点的位移曲线如下所示：可以看出，D的图像也是有一段近似为圆弧（由于坐标轴选择的原因，和原方案的方位 正好
13、相反）。从E的位移图像中可以看出，这一段圆弧使滑块在极限位置处只有小幅的波动, 基本实现了间歇运动。而且，EE的宽度以及冲程的长短可以根据实际的需要在进行调整。 这个机构的急回特征还是比较明显的。返回的行程时间明显短于工作行程的时间，有利于提 高生产效率。下面是 E 点的速度图像：从速度图像中可以看出，速度有较大的波动，这导致机械之间的碰撞较多，这个系统的 效率降低。这个机构的机械性能并不好。分析速度变化比较大的地方是因为在停歇处推板不 是完全的静止，而是用一个很小的去程和回程来代替，由于尺寸的选择不是很理想，比原机 构的波动要大一些，肉眼可以观察得到，因此在实际工程应用中，由于各个构件之间的
14、装配 不是理想状态，会有一定的间隙，这样不但会对装配水平的要求提高，而且工作过程不能太 快以免加剧本身波动带来的一些弊端如：噪声，机械速度波动等。日时间变化曲线度的变化还是比较平缓的而且其值不大，因此不会在切削饼干的时侯，出现饼干断裂的情况，有利于提高饼干的切削质量。【和原设计方案的比较】这两种机构从原理上说，都是通过实现特殊的运动曲线，进而实现特殊的运动规律。但 是原来的机构有两个滑块，也就是两个从动件，这样那个没有用到的滑块就多占用了空间同 时消耗了大量的能量，这造成了整个系统的效率低下。现在的机构只有一个从动件，在一定 程度上避免了原方案的缺点。而且，原方案中的机构都在一条水平线附近运动，使得整个系 统长度增大，不利于实际中的布置。而现在的方案在水平和垂直方向上都有布置，比较匀称， 也利于现实中的安装。（血替代机构二【机
