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摘 要 I 摘 要 糕 點(diǎn) 在 日 常 生 活 是 一 種 常 見 的 食 品 ， 營(yíng) 養(yǎng) 豐 富 ， 種 類 繁 多 。 因 此 深 受 人 們 喜 歡 。 在 人 們 的 日 常 生 活 中 具 有 很 重 要 作 用 ， 所 以 人 們 開 始 自 己 制 作 個(gè) 性 化 糕 點(diǎn) 。 因 此 小 型 家 庭 式 糕 點(diǎn) 切 片 機(jī) 應(yīng) 運(yùn) 而 生 。 本 文 對(duì) 糕 點(diǎn) 切 片 機(jī) 的 研 究 的 最 新 狀 況 做 了 簡(jiǎn) 要 介 紹 。 深 入 了 解 了 市 場(chǎng) 上 大 部 分 糕 點(diǎn) 切 片 機(jī) 的 優(yōu) 缺 點(diǎn) ， 設(shè) 計(jì) 了 一 款 新 型 的 糕 點(diǎn) 切 片 機(jī) 。 該 切 片 機(jī) 用 了 槽 輪 機(jī) 構(gòu) 作 為 間 歇 進(jìn) 料 機(jī) 構(gòu) ， 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 旋 轉(zhuǎn) 角 度 準(zhǔn) 確 ， 能 夠 平 穩(wěn) 安 全 運(yùn) 行 。 切 片 往 復(fù) 裝 置 采 用 了 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) ， 易 于 制 造 ， 成 本 低 廉 ， 承 載 能 力 大 。 而 且 具 有 急 回 特 性 ， 效 率 高 。 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 作 為 整 個(gè) 設(shè) 計(jì) 最 核 心 的 機(jī) 構(gòu) ， 采 用 了 皮 帶 傳 動(dòng) 的 方 法 。 可 以 緩 沖 減 震 ， 傳 動(dòng) 比 準(zhǔn) 確 。 同 步 帶 傳 動(dòng) 同 時(shí) 具 有 帶 傳 動(dòng) 、 鏈 傳 動(dòng) 和 齒 輪 傳 動(dòng) 的 優(yōu) 點(diǎn) 。 帶 與 帶 輪 間 無 相 對(duì) 滑 動(dòng) ， 能 保 證 精 確 的 傳 動(dòng) 比 。 耐 磨 性 好 ， 不 需 潤(rùn) 滑 油 ， 壽 命 長(zhǎng) 。 應(yīng) 用 這 些 機(jī) 構(gòu) 可 以 最 大 程 度 實(shí) 現(xiàn) 總 體 材 料 和 結(jié) 構(gòu) 空 間 的 最 小 優(yōu) 化 。 并 且 設(shè) 計(jì) 的 切 片 機(jī) 構(gòu) 成 相 對(duì) 簡(jiǎn) 單 ， 這 就 保 證 了 操 作 的 簡(jiǎn) 便 性 。 適 用 于 家 庭 式 的 小 作 坊 使 用 。 而 且 研 究 制 造 成 本 也 比 較 低 。 在 家 庭 ， 小 型 車 間 場(chǎng) 合 制 作 蛋 糕 中 被 廣 泛 應(yīng) 用 。 關(guān) 鍵 詞 :糕 點(diǎn) ； 切 片 機(jī) ； 槽 輪 間 歇 推 料 ； 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 目 錄 II 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................I 第 1 章 緒 論 .............................................................................................................1 1.1 研究目的和意義 ............................................................................................1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................1 第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì) .........................................................................................3 2.1 糕點(diǎn)切片機(jī)設(shè)計(jì)的要求 ................................................................................3 2.2 糕點(diǎn)間歇進(jìn)料機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì) ................................................................3 2.3 切片機(jī)往復(fù)切片裝置方案的確定 ................................................................6 第 3 章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì) .................................................................................8 3.1 電機(jī)的選型 ....................................................................................................8 3.2 減速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................................................................................8 第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ...........................................................................................18 4.1 計(jì)算傳動(dòng)裝置各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) ......................................................18 4.2 切片軸的設(shè)計(jì) ..............................................................................................19 4.3 推料軸的設(shè)計(jì) ..............................................................................................21 第 5 章 糕點(diǎn)切片機(jī)推料裝置的設(shè)計(jì) .......................................................................26 第 6 章 糕點(diǎn)切片機(jī)切片裝置的設(shè)計(jì) .......................................................................27 6.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ..................................................................................27 6.2 刀具的設(shè)計(jì) ..................................................................................................27 第 7 章 機(jī)架的設(shè)計(jì) ...................................................................................................29 第 8 章 結(jié) 論 ...........................................................................................................30 致 謝 .........................................................................................................................31 參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................32 第 1 章 緒 論 - 1 - 第 1 章 緒 論 1.1 研究目的和意義 糕點(diǎn)作為一種深受人們歡迎的美食,以面粉為主要原料，加入一定比例的 蛋，乳品等，結(jié)合人們口味加入各種輔料，調(diào)味品，然后經(jīng)過蒸，烤，炒，炒 等工序制作 [1]。在如今各種各樣的糕點(diǎn)被生產(chǎn)，大約有 3000 種花式。蛋糕， 月餅均屬于糕點(diǎn)。作為數(shù)千年歷史的傳統(tǒng)食物，它具有悠久的傳統(tǒng)。遍布全國(guó) 各地，任何人無論在何時(shí)何地都可以享受到。在古代無論皇宮還是普通百姓都 可以享受 [2]。是一種非常受歡迎的美味。由于形狀和品類繁多，有很多方法可 以實(shí)現(xiàn)。蛋糕在不同的地方有不同的口味。 改革開放以來，中外食品的在隨著經(jīng)濟(jì)和文化交流中也受到影響，其中就 有糕點(diǎn)食品的交流。外國(guó)風(fēng)味和造型都是與國(guó)內(nèi)糕點(diǎn)非常不同。因此國(guó)內(nèi)外蛋 糕融合之后口味品種更多，尤其受到人們的喜愛 [3]，每有新品上市后都被追捧。 作為一種受歡迎的食物，有時(shí)被用作作為三餐來食用，特別是在一些高級(jí)蛋糕 中。即使少量對(duì)身體有益的藥添加到蛋糕中，也不會(huì)影響到蛋糕本身的味道 [4]。 在經(jīng)濟(jì)水平快速飛升的今天，人們更喜歡自己購買原料的方式來制作糕點(diǎn) 食品。糕點(diǎn)切片機(jī)已開發(fā)多年，而且已達(dá)到一定的發(fā)展階段。糕點(diǎn)切片機(jī)越來 越小，越來越以家庭為導(dǎo)向。從用戶的可操作性和價(jià)格方面出發(fā)。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在人民物質(zhì)水平急速提高的今天，人們對(duì)所購買蛋糕的品種及口味不滿意， 樂意根據(jù)自己的口味來做糕點(diǎn)，也就是所謂的 DIY。由于原材料和成分的購買 都非常方便，也可以依靠自己的喜好自己做蛋糕。隨著蛋糕類型的增加，蛋糕 味道越來越多樣化，人工生產(chǎn)越來越麻煩，切割的糕點(diǎn)外觀也不如用機(jī)器切割 出來的好看。因此小型家用糕點(diǎn)切片機(jī)變得非常受歡迎。因此，小家庭切片機(jī) 變得非常受歡迎。但是，在這個(gè)階段，國(guó)內(nèi)沒有一款簡(jiǎn)單，使用方便，蛋糕切 片機(jī)便宜的蛋糕切片機(jī)。這個(gè)龐大的市場(chǎng)還沒有完全發(fā)展。 1.3 研究的主要內(nèi)容 - 2 - 研究在糕點(diǎn)制作過程中切片工作原理及結(jié)構(gòu)形式，在自己 DIY 的糕點(diǎn)成型 后利用槽輪機(jī)功能實(shí)現(xiàn)分時(shí)輸送，糕點(diǎn)的切片與蛋糕分離動(dòng)作由曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)，最大程度的實(shí)現(xiàn)了總體材料及結(jié)構(gòu)空間的最小化。 由于所制作的糕點(diǎn)品種不一，我們通過優(yōu)化所需傳動(dòng)與工作部件的結(jié)構(gòu)， 使其設(shè)計(jì)參數(shù)最優(yōu)化，從而達(dá)到最優(yōu)效果。 1.4 研究的主要目標(biāo) 本設(shè)計(jì)選取的研究對(duì)象為小型家用的糕點(diǎn)切片機(jī)，滿足家庭需求，適用于 小批量生產(chǎn)，本文通過對(duì)糕點(diǎn)制作過程中的相應(yīng)流程分析，對(duì)切片裝置與糕點(diǎn) 的分離機(jī)理，切片來回運(yùn)動(dòng)中所受力的大小和方向及其來源，及其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)， 設(shè)計(jì)了最佳工作參數(shù)。對(duì)切片機(jī)構(gòu)進(jìn)行了最優(yōu)化啊設(shè)計(jì)，消耗得動(dòng)力被降低， 制造成本被大幅度降低 。 第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì) - 3 - 第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì) 2.1 糕點(diǎn)切片機(jī)設(shè)計(jì)的要求 根據(jù)糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)書上的設(shè)計(jì)要求可以知道，要求的糕點(diǎn)厚度為 10～20mm。糕點(diǎn)的切片長(zhǎng)度范圍，也就是切片高要求為 5～80mm。切片在制 作糕點(diǎn)師能夠作用的最大距離為，沿著切片的寬度方向 300mm。切刀正常工 作頻率為 40 次/min。由于本次設(shè)計(jì)要求機(jī)器工作強(qiáng)度不大，阻力小所以電機(jī) 功率為 0.55KW；轉(zhuǎn)速為 1390r/min。 2.2 糕點(diǎn)間歇進(jìn)料機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)初步選擇了三個(gè)可以實(shí)現(xiàn)糕點(diǎn)直線間歇移動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案。 方案一 如圖 1 是牛頭刨床，它可以用作往復(fù)式刨床，，因滑枕前端的刀架根據(jù)牛 頭設(shè)計(jì)而成，所以被稱作牛頭刨床?？梢詫?shí)現(xiàn)間歇移動(dòng)。 - 4 - 刨床的優(yōu)點(diǎn)是快速返回運(yùn)動(dòng)特性?？梢栽O(shè)計(jì)每個(gè)桿尺寸的極限角度來設(shè)計(jì) 各個(gè)桿的長(zhǎng)度 [5]。缺點(diǎn)是它不僅具有良好的間歇特性，只有急回特性所以不可 以很好的實(shí)現(xiàn)直線間歇移動(dòng)，所以不能滿足設(shè)計(jì)要求。所以舍棄。 圖 2-1.牛頭刨床運(yùn)動(dòng)示意圖 方案二 如圖 2 所示，為為棘輪機(jī)構(gòu)，本主要由搖臂，制動(dòng)器和外部棘輪組成，當(dāng) 搖桿連續(xù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪沿一個(gè)方向和間歇地旋轉(zhuǎn)。 圖 2-2.棘輪機(jī)構(gòu)示意圖 第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì) - 5 - 棘輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，操作方便，可以順利實(shí)現(xiàn)間歇旋轉(zhuǎn)，而且還 可以調(diào)節(jié)切割厚度，缺點(diǎn)傳動(dòng)精度相對(duì)較差，而噪聲大，在工作時(shí)，齒尖容易 磨損，因此不適合高速旋轉(zhuǎn)。提供蛋糕切割調(diào)節(jié)有級(jí)別。故舍棄。 方案三如圖 3 所示，是槽輪機(jī)構(gòu)，它是一種單向間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由槽輪和 圓柱銷為其主要部件。經(jīng)常被用來將主動(dòng)件的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)件的帶有停 歇的單向周期性轉(zhuǎn)動(dòng)。故而可以很好的實(shí)現(xiàn)間歇移動(dòng)。 圖 圖 2-3 槽輪機(jī)構(gòu) 該裝置具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)角度準(zhǔn)確，運(yùn)行安全可靠程度較高，制作效 率高等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)用新型強(qiáng)，具有的缺點(diǎn)為，槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)加速度相對(duì)較 大，對(duì)工件有沖擊，所以不適合高速場(chǎng)合應(yīng)用。但是設(shè)計(jì)要求的工作速度不高， 這個(gè)缺點(diǎn)可以忽略不計(jì)。綜合考慮以上三個(gè)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)之后決定采用槽輪機(jī) 構(gòu)比較合理。 - 6 - 2.3 切片機(jī)往復(fù)切片裝置方案的確定 本次設(shè)計(jì)初步選用了三個(gè)方案來實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。 2.3.1 凸輪機(jī)構(gòu) 將從動(dòng)盤的運(yùn)動(dòng)速度等速轉(zhuǎn)化為相應(yīng)部件的速度的部件，其來回運(yùn)動(dòng)的位 移,路程速度變化率與凸輪的外廓曲線有關(guān)。凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)， 其他的裝置與其相比而言有一定缺陷 （1）簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)過程，良好的適應(yīng)過程。 （2）整體結(jié)構(gòu)空間緊湊，控制效果準(zhǔn)確，可操作性好。 （3）穩(wěn)定性能好，出現(xiàn)故障的機(jī)率大，保養(yǎng)比較方便。 缺點(diǎn)：凸輪和跟隨器接觸高，易磨損，調(diào)節(jié)性差。另外，由于凸輪輪廓曲 線通常很復(fù)雜，所以很難處理 [6]。 2.3.2 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)緊湊，沖擊小，驅(qū)動(dòng)精確，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，主動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)的 優(yōu)點(diǎn)。 2.3.3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 一般情況下，使用曲柄以恒定速度旋轉(zhuǎn)，滑塊用于往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，其往復(fù) 運(yùn)動(dòng)可均勻，或不均勻。作為直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的等速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為從動(dòng) 件的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，其移動(dòng)的位移,速度，加速度與凸輪的輪廓曲線有關(guān)。具 有回速快，效率高的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： （1）其結(jié)構(gòu)主體部件與其先對(duì)應(yīng)的輔助機(jī)構(gòu)組成，構(gòu)成部件較少，制造 難度低，成本低廉的特點(diǎn)。 （2）部件的力傳遞是通過對(duì)影得輔助機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，在較小的單位面積承 載能力大。 （3）通過合理設(shè)計(jì)每根桿的大小，聯(lián)動(dòng)機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的多樣化。 （4）當(dāng)連桿和機(jī)架較長(zhǎng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力的傳遞與轉(zhuǎn)化。 缺點(diǎn)是該連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率較低，是連桿機(jī)構(gòu)不能避免的，但該考慮到 成本及使用的場(chǎng)合，還是采用該機(jī)構(gòu)。槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)加速度相對(duì)較大， 第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì) - 7 - 對(duì)工件有沖擊，所以不適合高速場(chǎng)合應(yīng)用。但是設(shè)計(jì)要求的工作速度不高，這 個(gè)缺點(diǎn)可以忽略不計(jì)。綜合考慮以上三個(gè)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)之后決定采用槽輪機(jī)構(gòu) 比較合理。 圖 2-4 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 通過上述比較，考慮到下一階段的發(fā)展，最終必然發(fā)展到自動(dòng)化程度，因 此設(shè)自動(dòng)化所要求的指標(biāo)必須被考慮。此機(jī)構(gòu)的運(yùn)作是把糕點(diǎn)切開和把切開的 糕點(diǎn)送完傳輸裝置，不剪切糕點(diǎn)時(shí)，蛋糕前進(jìn)一定距離達(dá)到規(guī)定的位置。為了 實(shí)現(xiàn)切片操作，開始采用凸輪機(jī)構(gòu)，切刀的來回運(yùn)動(dòng)被控制，運(yùn)動(dòng)控制特性好， 最優(yōu)化了軌跡參數(shù)，但由于其設(shè)計(jì)制造過程復(fù)雜，較大的力不能夠被傳遞，而 切糕點(diǎn)所需的精度相對(duì)較低。所以我們考慮使用滑塊曲柄機(jī)構(gòu)，滑塊曲柄機(jī)構(gòu) 可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)刀，傳遞較大力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，可以降低生產(chǎn)成本， 滿足小型投資的需要，所以用這種設(shè)計(jì)由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)構(gòu)成的切片機(jī)器是最好 的選擇 [7]。 - 8 - 第 3 章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì) 圖 3-1.傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖 3.1 電機(jī)的選型 根據(jù)要求，切片的頻率為 30 次/min。選擇型號(hào)為 Y801-4 的 Y 系列異步 電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)功率 0.55KW、轉(zhuǎn)速為 1390r/min。切刀切片時(shí)最大作用距離， 切片的寬度方向是 300mm。切刀的工作節(jié)拍要求每分鐘 40 次：40 次/min。由 于本次設(shè)計(jì)要求機(jī)器工作強(qiáng)度不大，阻力小所以電機(jī)功率為 0.55KW；轉(zhuǎn)速為 1390r/min。 3.2 減速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本機(jī)構(gòu)為一高速電機(jī),其轉(zhuǎn)速為 1390 r/min,但傳動(dòng)所需要的轉(zhuǎn)速是 30r/min,所 以要減速。對(duì)于減速裝置采用帶傳動(dòng)加齒輪的方法 [8]。第一級(jí)降速是用皮帶減 速,減為 240r/min。齒輪在第二級(jí)中減為每分鐘 30 轉(zhuǎn)。 3.2.1 皮帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)： 皮帶驅(qū)動(dòng)具有增大沖量，阻尼，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，便于控制的優(yōu)點(diǎn)。同步皮帶 傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是帶驅(qū)動(dòng)，鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。同步帶傳動(dòng)由于帶與帶輪是靠嚙合 傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，所以皮帶與皮帶輪之間沒有相對(duì)的滑動(dòng)，從而確保傳動(dòng)線路 第 3 章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì) - 9 - 的傳動(dòng)比準(zhǔn)確。傳動(dòng)速度可達(dá) 50 米每秒，傳輸速率可達(dá)滿級(jí)，高達(dá)百分之九 十八。鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，耐磨性好，無潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)于摩擦。主要缺 點(diǎn)是制造和安裝要求較高，中心距離要求嚴(yán)格。 因此，同步帶廣泛應(yīng)用于中 小傳動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確 [9]。 (1) 皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)主要是兩個(gè)大小不同的皮帶輪來完成。由于皮帶上線速 度相等，由 (3-1)24/139= /r，r×0 v 由此可見算出在電機(jī)上用于皮帶傳動(dòng)的皮帶輪直徑大小 r1=36mm；另一 端皮帶輪 r2=220mm。傳動(dòng)比 i=139/24. (2)工況系數(shù) KA=1.5[10]。傳動(dòng)功率 P=0.55KW，得同步帶的設(shè)計(jì)功率 Pd=KaxPd=0.55x1.5KW=0.825KW[11]。小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=1390r/min。初選同步帶 為模數(shù)制，因帶輪轉(zhuǎn)速較高，故同步帶模數(shù)應(yīng)選較小值，初定模數(shù) m=1.5。 (3)帶速 v= vmax， v=2.62m/s，由 vmax=40~50m/s，得 v 滿足條件。?10 x6 ndπ (4)初定中心距 a0，0.7（ d1+d2）
1, 故所選齒輪滿足要求。 推料軸和切片軸間用傳動(dòng)比為 1：1 的齒輪傳動(dòng)。 第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 19 - 第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1 計(jì)算傳動(dòng)裝置各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 本設(shè)計(jì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)切片軸以及推料軸，高速軸和中間軸用示意圖表示。 （1）各軸轉(zhuǎn)速 在傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，速度最高的為高速軸， 依此為中間軸，切 片軸，推料軸。 高速軸 （4-1） min/2401390rinmⅠ??? 中間軸 i/51i 切片軸 in/3022rinⅠ??? 推料軸 mi/30r （2）各輸入軸功率 高速軸 （4-2）kWPddⅠ 528.096.5101 ?????? 中間軸 kⅠ0.7322 切片軸 Ⅰ 49..3?? 推料軸 kPPⅠ 63.804224 ????? 各輸出功率為： 高速軸 kW517.9.58.09.? 中間軸 PⅠ4202??? 切片軸 k6..47.. 推料軸 Ⅰ59863098 （3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩 - 20 - 電動(dòng)機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩 （4-3） mNnPTmdd ????78.31905.950 各輸入轉(zhuǎn)矩為： 高速軸 （4-4）iiddⅠ ??????? 01.26.87.31001? 中間軸 mNiTiTⅠ ??? 4.397..23112? 輸出軸 iiⅠ ???????? 8.1.0841.93223? 各軸輸出轉(zhuǎn)矩為： 高速軸 mNTⅠ??56.2.08. 中間軸 ???3891439 輸出軸 Ⅰ?... 各軸的輸出功率 高速軸 (4-5)kWPdd 528.096.50101 ?????? 中間軸 kⅠⅠ 0.7322 切片軸 49..3?? 推料軸 kPPⅠⅠ 63.804224 ????? 本設(shè)計(jì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)其切片軸和推料軸。 4.2 切片軸的設(shè)計(jì) 已知：輸出軸上的功率 ，轉(zhuǎn)速 ，轉(zhuǎn)矩kWPⅠ47.0?min/30rnⅠ? ，該軸上的齒輪分度圓直徑 d=200mm 和 d=160mm。mNTⅠ??85.14 則作用在軸上的力為： 第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 21 - (4-6) NdTPⅠ5.1482085.12??? 初步確定軸的最小直徑 經(jīng)過初步估算，軸的最小半徑被確定。選取軸的材料為 45 鋼 [15]。 取 ，于是得120?A (4-7) mnPdⅠ16.283047.1230min ??? 位于聯(lián)軸器軸位置處的直徑顯然是輸出軸的最小直徑。 為了使所選軸的 直徑適應(yīng)聯(lián)軸器的孔徑，必須同時(shí)選擇聯(lián)軸器的類型 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ，查表，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故?、馎caTK? ，則： 3.1?AK (4-8)mNTⅠAca ????1896051085.43.1 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查用戶說明指導(dǎo)書 [16]，ca 選用 HL1 型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為 160000N·mm。半聯(lián)軸器的孔徑 ，故取 ；半聯(lián)軸器總長(zhǎng) L=52mm 半聯(lián)軸器與軸配合md201?mdⅠ2?? 的轂孔長(zhǎng)度 L1=38mm。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)定位軸向的相關(guān)條件確定軸的直徑 （1）為了滿足半聯(lián)軸器與孔徑的對(duì)位要求，左端需制出一軸肩右端用軸 端擋圈定位。 保持環(huán)的半聯(lián)接直徑 D = 30mm。 并且 L1 = 38mm 的芯軸孔長(zhǎng) 度和長(zhǎng)度應(yīng)略低于 L1，以確保軸端環(huán)在半軸上受壓，最后壓軸。 （2）滾動(dòng)軸承的初步選擇。因?yàn)檩S承只承受徑向力，所以常用的滾動(dòng)軸 承 6005。齒輪節(jié)圓的最小直徑和參考軸為 ，B = 25mm×47mm * 12。它的大小 左端軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得 6005 型軸承的定位軸肩 高度 h=2.5mm，因此取 （3）在安裝齒輪軸直徑為 46mm 時(shí)，并將齒輪套筒安裝于右端和右側(cè)的軸 承寬度之間。 齒輪轂稱為 38mm。 為了使其可靠結(jié)束，擰緊齒輪軸應(yīng)略小于 車輪的寬度，因此長(zhǎng)度為 33mm。 左肩定位齒輪， H> 0.07d 肩高。 H = 6mm，直徑 60mm 大于 1.4h。環(huán)寬，長(zhǎng) 12mm。 - 22 - （4）軸承端蓋的總寬度為 20mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添 加潤(rùn)滑脂，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器左端面間的距離 l=30mm。 （5）軸的右端為連接切片裝置，根據(jù)切片切刀位置，確定軸右端的長(zhǎng)度 為 92mm。并在軸端設(shè)計(jì)兩個(gè)直徑為 4 的孔。與偏心輪連接。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 軸的示意圖如下 圖 4-1 切片軸示意圖 4.3 推料軸的設(shè)計(jì) 已知：推料軸上的功率為 0.463kw，轉(zhuǎn)速 ，轉(zhuǎn)矩min/30rnⅠ? ，該軸上的齒輪分度圓直徑 d=160mm。mNTⅠ??85.14 則作用在軸上的力為： (4-9) 初步確定軸的最小直徑 先按式 15-2 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 根據(jù)表 15-3， 取 ，于是得120?A (4-10) 第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 23 - 推料軸最小直徑為安裝軸承處，取最小直徑為 30mm。軸上安裝一個(gè)分度 圓直徑為 160mm 的齒輪，取安裝齒輪處的軸的直徑為 40mm；齒輪的右端與 右軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為 38mm，為了使套筒端面可 靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取其長(zhǎng)度 33mm。齒輪的左端采 用軸肩定位，軸肩高度 h>0.07d，取 h=6mm，則軸環(huán)處的直徑 60mm。軸環(huán)寬 度 b≥1.4h，取長(zhǎng)度為 12mm。 推料軸右端與槽輪機(jī)構(gòu)連接，在軸右端面設(shè)計(jì)一個(gè)直徑為 5mm 的孔。 推料軸的成型圖如下圖所示 因小齒輪分度圓較小，固此將齒輪和軸做成一體， 則軸的材料和齒輪一 樣，也為 鋼，調(diào)質(zhì)處理。經(jīng)過計(jì)算，高速軸和中間軸的各段長(zhǎng)度和直徑，rC40 畫出兩軸的示意圖分別如下： 圖 4-2 推料軸示意圖 計(jì)算軸的彎矩并畫出彎矩圖 水平面彎矩 MHB-Ft2L2+FH2(L2+L3)=0 (4-11) MHB=9482╳＋8321╳ (70+42)=-356260n·mm MHC+ FHL3=0 MHC=-8321╳47.4=-441013N·mm - 24 - 圖 4-3 高速軸示意圖 圖 4-4 中間軸示意圖 垂直面彎矩 -MVB-Fr2L2-Fv2(L2+L3)=0 MVB=3451╳74.2+2035(74.2+47.4)=4487n·mm MVC-FV2L3=0 MVC=-2035╳47.4=-107855n·mm 合成彎矩 = = =356288N·mm (4-12) = = =454010 N·mm E.畫扭矩圖，計(jì)算并畫當(dāng)量彎矩圖，轉(zhuǎn)矩按靜載荷計(jì)算，取 α=0.3 第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 25 - αT2=0.3╳474.09╳103=142227N·mm = = =383627 N·mm (4-13) = =454010 N·mm 根據(jù)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)畫出彎矩圖 圖 4-5 彎矩示意圖 軸的強(qiáng)度校核 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 - 26 - 軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為 （4-14） ????12???????WTMca 已知 ，T=0mND?9354 由表 15-4 可知 （4-15） ??dtb23??? 式中，d=30mm ，b=8mm，t=4mm 將數(shù)據(jù)代入公式得： (4-16) 由以上數(shù)據(jù)可得： (4-17) ??53.67.142922 ????WMTca?? 查表 15-1 可知 ??701? 則有， ， 符合強(qiáng)度要求??ca 第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 27 - 圖 4-6 機(jī)架圖 - 28 - 第 5 章 糕點(diǎn)切片機(jī)推料裝置的設(shè)計(jì) 圓槽的槽的數(shù)量 Z 和撥針編號(hào) K 是槽的輪式機(jī)構(gòu)的幾個(gè)重要的參數(shù)。根 據(jù)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)了單圓柱形缸針輪。如圖 3 所示，為了使這個(gè)輪開始和停 止的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為零，以避免剛性沖擊氣缸銷進(jìn)入徑向槽從徑向槽中脫出， 垂直于表盤中心的圓柱銷連接中心線槽的中心線。讓 Z 的徑向槽數(shù)均勻分布， 如圖 2.3 所示，A1 輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)槽的角度 a 時(shí)，表盤 1 的角度為 a2 為： a2 = π-a1 =π-2π/z （5-1） 有公式得：z=4.所以槽輪的槽數(shù)為 4. 在一次運(yùn)行期間里，槽輪 2 的移動(dòng)時(shí)間 t 和撥盤的移動(dòng)時(shí)間 t 撥號(hào)運(yùn)動(dòng)系 數(shù)的比值表示為比率稱為移動(dòng)系數(shù)。當(dāng) 1 個(gè)撥盤用恒速運(yùn)行時(shí)，也可以用來表 示旋轉(zhuǎn)角度。 對(duì)于只有一個(gè)針槽輪機(jī)構(gòu)，tm 和 t 是旋轉(zhuǎn)撥盤 1 的所用的時(shí)間 為 a2 和 a1。因此，槽輪設(shè)備的是移動(dòng)系數(shù) ： (2)kz??? （5-2） 由上式可知： 因運(yùn)動(dòng)系數(shù) 必須大于零（ 為零時(shí)表示槽輪始終保持不動(dòng)），故徑向槽 數(shù) z 應(yīng)大于或等于 3. 本設(shè)計(jì)槽輪機(jī)構(gòu)的槽數(shù)選 4. 切片機(jī)的送料用輸送帶傳送，輸送帶輪直徑為 100mm。 輸送帶型號(hào)為 1000 300 EP 5 1000N/mm 4+2 L 槽輪的零件圖如下 圖 5-1 槽輪零件示意圖 第 6 章 糕點(diǎn)切片機(jī)切片裝置的設(shè)計(jì) - 29 - 第 6 章 糕點(diǎn)切片機(jī)切片裝置的設(shè)計(jì) 6.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 我們使用安裝在切片機(jī)滑塊曲柄機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)切刀來回運(yùn)動(dòng)，滑塊上固定有刀 具，當(dāng)曲柄往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，圓周運(yùn)動(dòng)，放刀，考慮到刀具的快速返回特性，把滑 塊曲柄機(jī)構(gòu)偏移。該工具可以讓刀運(yùn)動(dòng)加速，平滑切口?？梢栽O(shè)計(jì)每個(gè)桿尺寸 的極限角度來設(shè)計(jì)各個(gè)桿的長(zhǎng)度。缺點(diǎn)是它不僅具有良好的間歇特性，只有急 回特性所以不可以很好的實(shí)現(xiàn)直線間歇移動(dòng)，所以不能滿足設(shè)計(jì)要求。所以舍 棄。 根據(jù)蛋糕切片厚度 10 到 20 毫米的要求，滑塊曲柄機(jī)構(gòu)分別設(shè)計(jì)為桿長(zhǎng) 80 毫米，30 毫米。 偏心距 E = 40mm，具有快速返回功能。另外，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)被裝 在該機(jī)構(gòu)上，具有較大的承受能力，潤(rùn)滑有利，裝配形狀配對(duì)元件進(jìn)行加工。 預(yù)計(jì)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的各個(gè)部件的長(zhǎng)度變化。 6.2 刀具的設(shè)計(jì) 該機(jī)構(gòu)執(zhí)行工具的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橛脩糇约盒枨蟮母恻c(diǎn)厚度為 20 毫米， 所以蛋糕切割機(jī)在運(yùn)動(dòng)中切割。為了給足夠的時(shí)間來切割蛋糕，該刀的設(shè)計(jì)路 徑長(zhǎng)度 70mm 設(shè)計(jì)，即曲柄長(zhǎng)度 30mm。從已知條件，糕點(diǎn)切片的長(zhǎng)度（即高 度）：最大距離 5-80mm，工具（即寬度方向）部分：260mm，即糕點(diǎn)的最大 寬度為 260mm。 圖 6-1 偏置曲柄滑塊示意圖 - 30 - 根據(jù)工具的要求可以減小到 260mm 的寬度，這是由于滑塊曲柄機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng) 移動(dòng)刀有自己向下的運(yùn)動(dòng)方向，考慮到刀寬設(shè)計(jì)工具，平滑增加 266mm，在 框架上有兩個(gè)平行的凹槽 的葉片在墻壁上，墻壁進(jìn)入葉片的端部可以平行移 動(dòng)切割器，并平穩(wěn)移動(dòng)。材料使用率大大提升，成本被極大降低，但可保證切 片機(jī)的質(zhì)量，下半部分設(shè)計(jì)成梯形切割刀。 切割 45 號(hào)鋼切割工具質(zhì)地柔軟的 蛋糕，再進(jìn)行淬火回火熱處理，淬火硬度達(dá)到 HRC 低于 55-58 葉片邊緣。 因 為連接曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，所以設(shè)計(jì)了一個(gè)連接塊，并且連接螺栓 M8 連接。刀具 成型圖如下 圖 6-2 切刀示意圖 切片裝置與間歇進(jìn)料裝置的配合 第三十分鐘，包括葉片向上運(yùn)動(dòng)，并完成糕點(diǎn)的切割，快速回歸。槽輪車 削時(shí)間為槽輪間歇控制機(jī)構(gòu)，滑塊曲柄機(jī)構(gòu)分別設(shè)計(jì)為桿長(zhǎng) 80mm，30mm。 偏心距 E = 40mm 的機(jī)構(gòu)，具有快速返回特性。另外，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，能 承受更大的負(fù)荷，潤(rùn)滑有利，裝配形狀配對(duì)元件進(jìn)行加工。預(yù)計(jì)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn) 動(dòng)規(guī)律的各個(gè)部件的長(zhǎng)度變化。圓柱銷為 2S，在圓周旋轉(zhuǎn)過程中停止時(shí)間為 1.5s，進(jìn)給時(shí)間為 0.5s，起始時(shí)間片為 1.5s，位置為 的刀片從最低點(diǎn)的時(shí)間餅 0.5s，切片時(shí)間為 1.5s，所以在開始循環(huán)之前的 0.5 秒內(nèi)，槽輪驅(qū)動(dòng)輸送帶， 從最低點(diǎn)到 1.5s 葉的位置 蛋糕，圓形皮帶切割機(jī)完成切割過程，暫停后返回 最低點(diǎn)。此時(shí)完成切片過程。 第 7 章 機(jī)架的設(shè)計(jì) - 31 - 第 7 章 機(jī)架的設(shè)計(jì) 通過組裝協(xié)調(diào)，已經(jīng)確定了所有部件和部件。通過 CAD 的草圖，獲取每 個(gè)部分和框架的形狀的大小空間位置。框架如下圖所示 ，為了方便維護(hù)和檢 查，框架由 10mm 45 號(hào)鋼板焊接。在框架的兩側(cè)是薄的軸承螺栓，安裝在框 架墻上，設(shè)計(jì)的尺寸如下圖所示： 圖 7-1 機(jī)架圖 - 32 - 第 8 章 結(jié) 論 該程序的設(shè)計(jì)是一個(gè)完整的整體。不能僅僅考慮一個(gè)或幾個(gè)的基本部分， 應(yīng)該考慮總體的概念。在課程設(shè)計(jì)中，結(jié)合了我以前三年所學(xué)過的知識(shí)，包括 機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程力學(xué)、以及 CAD 繪圖等等課程的學(xué)習(xí)。不同的設(shè) 計(jì)方案之間來回選擇也是很困難的。最后確定方案之后復(fù)雜的計(jì)算，到最終 CAD 繪圖。雖然完成了所有的設(shè)計(jì)內(nèi)容，但是也暴露了很多問題，很多知識(shí) 不能靈活應(yīng)用，對(duì)很多的知識(shí)也沒有很好的掌握，不能熟練的運(yùn)用一些知識(shí)。 通過這次的設(shè)計(jì)，可以讓我們?cè)俅伟盐覀兊闹R(shí)結(jié)合在一起，掌握那些不熟練 的知識(shí)。實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用的目的。還有助于我們進(jìn)一步深化對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的了解， 有助于讓我們認(rèn)清設(shè)計(jì)的基本步驟，了解熟悉設(shè)計(jì)的具體過程，提升我們的綜 合設(shè)計(jì)能力。 致 謝 - 33 - 致 謝 本次設(shè)計(jì)之所以能夠圓滿完成，離不開耿曙光老師的指導(dǎo)。本次設(shè)計(jì)從選 題到方案設(shè)計(jì)的選擇以及最后的設(shè)計(jì)都是在耿老師的悉心指導(dǎo)下完成的。值此 成文之際，謹(jǐn)向耿老師表達(dá)我深深的敬意和衷心的感謝！三年的學(xué)習(xí)和生活期 間始終得到學(xué)院各個(gè)老師和同學(xué)的無私幫助，在此深表感謝！最后衷心感謝所 有關(guān)心和幫助過我的人！謝謝你們！ - 34 - 參考文獻(xiàn) [1]高岳.糕點(diǎn)食品存在的問題及對(duì)策初探.食品安全導(dǎo)刊.2014，（21）：77- 78 [2]薛效賢.蛋糕加工技術(shù)及工藝配方[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社， 2000（10）：13-15 [3]陳玲.加入 WTO 對(duì)我國(guó)糕點(diǎn)食品業(yè)的影響及對(duì)策[J].商業(yè)研究， 2002（07）：42-65 [4]牛志新，孫成正.提高我國(guó)傳統(tǒng)糕點(diǎn)營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量的設(shè)想[J]. 食品科學(xué)， 1989（11）：20-40 [5]陳立德. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社， 2000 [6]濮良貴. 機(jī)械零件[M].北京：高等教育出版社， 1982 [7]鄒慧君.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理.北京：科學(xué)出版社，2002 [8]吳宗澤 羅圣國(guó). 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M ].北京：高等教育出版社， 1999 [9]王定國(guó) 周全光. 機(jī)械原理與機(jī)械零件[M].北京：高等教育出版社， 1993 [10]孟憲源. 現(xiàn)代機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1994 [11]孫桓，陳作模. 機(jī)械原理[M]. 北京：高等教育出版社， 2001 [12]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2016 [13]黃平，朱文堅(jiān).機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，2008 [14]張?jiān)平?，尚?零件設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2008 [15]申永勝. 機(jī)械原理教程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社， 1999 [16]周全光 欒學(xué)鋼. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社， 1999