多功能切片機(jī)切口機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與仿真

摘要：本文研究的是一款多功能糕點(diǎn)切片機(jī)的切口機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及刀片速度計(jì)測，通過對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)及曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的分析，確定設(shè)計(jì)思路，并用ADAMS軟件仿真及速度檢測。

關(guān)鍵詞：切口機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 仿真 測量

隨著科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)生活和生產(chǎn)邁向自動(dòng)化是必然的趨勢，把人類從手工重復(fù)勞動(dòng)中解放出來，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，于是機(jī)械化作業(yè)代替了傳統(tǒng)手工作業(yè)，本文研究的是一款多功能糕點(diǎn)切片機(jī)的切口機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及刀片速度計(jì)測。

多功能切片機(jī)切口機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)有：糕點(diǎn)厚度10～20mm；糕點(diǎn)切片長度（亦即切片的高）范圍5～80mm；切刀切片時(shí)最大作用距離（亦即切片的寬度方向）300mm；切刀工作節(jié)拍40次/min；糕點(diǎn)在切片之前是先成型（如長方體、圓柱體等），切片后再烘焙，生產(chǎn)過程阻力很小，要求機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、輕便、運(yùn)動(dòng)靈活可靠、運(yùn)動(dòng)空間尺寸緊湊。

切口機(jī)構(gòu)是切刀作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，需要滿足切刀工作節(jié)拍40次/min，也就是經(jīng)電動(dòng)機(jī)、帶傳動(dòng)和減速器減速后，切口機(jī)構(gòu)的輸入轉(zhuǎn)速達(dá)到40轉(zhuǎn)/分，即角速度為4.187rad/s，減速器輸出帶動(dòng)曲柄滑塊（滑塊上裝切刀）運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)糕點(diǎn)的切片，當(dāng)切口切削速度較大時(shí)，切刀兩面、糕點(diǎn)兩面切口會(huì)很光整、平滑。因此切口機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)方案很關(guān)鍵，它可以選擇凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)等，考慮到生產(chǎn)過程阻力很小，要求機(jī)構(gòu)簡單、輕便、運(yùn)動(dòng)靈活可靠，成本低，本文選擇對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，它只對(duì)高度方向有空間要求，正好滿足結(jié)

構(gòu)緊湊。切口機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算思路及過

程：

①根據(jù)糕點(diǎn)切片要求，可以確定刀片寬度*高度=300*130mm，130mm中有30mm用來與滑塊連接，90mm是滑塊的行程（因?yàn)楦恻c(diǎn)最高80mm），10mm為行程余量。

②根據(jù)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的性質(zhì)，曲柄的長度即為行程的一半，所以曲柄LAB=45mm。

③連桿的長度則要考慮對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角必須大于45°的要求，即連桿的長度越長，最小傳動(dòng)角就越大，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能就越好。

首先對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角γ出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架垂直的位置，如圖1所示，通過幾何計(jì)算LBC*cosγ=45，γ角越大，LBC越大，取傳動(dòng)角的最小值γmin=45°，所以LBC≥63.65；其次考慮刀片高度130mm、刀片行程90mm，即LBC+45>130，LBC>85mm；第三考慮到空間運(yùn)動(dòng)位置及結(jié)構(gòu)緊湊要求，連桿的長度就要受到限制，所以本文取LBC=115mm。

④因切刀工作節(jié)拍40次/min，換算成轉(zhuǎn)速為40r/min，換算成角速度為4.187rad/s，換算成時(shí)間周期為1.5秒/次，也就是刀片上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)一次（包括上下動(dòng)作）的時(shí)間為1.5秒。

綜上分析得到切口機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算值，然后通過ADAMS軟件進(jìn)行切口機(jī)構(gòu)建模、仿真、測量，得到刀片的位移、速度、加速度及最小傳動(dòng)角值。切口機(jī)構(gòu)建模、仿真（仿真時(shí)間設(shè)為1.5秒）如圖2所示；刀片零件質(zhì)心位置如圖3所示，圖中紅圈為刀片質(zhì)心，顯示機(jī)構(gòu)最低位置處質(zhì)心坐標(biāo)為（0，-205，0）；刀片位移測量曲線（以刀片質(zhì)心為測量點(diǎn)）如圖4所示；刀片速度測量曲線（以刀片質(zhì)心為測量點(diǎn)）如圖5所示；刀片加速度測量曲線（以刀片質(zhì)心為測量點(diǎn)）如圖6所示；切口機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角測量曲線如圖7所示。

從圖4位移測量曲線讀出，刀片質(zhì)心最低位置為-205mm，最高位置為-115mm，行程為90mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

從圖5速度測量曲線讀出，切片速度在-225～225 mm/s之間變化，在刀片行程最高、最低轉(zhuǎn)向位置處速度為0mm/s，在t=0.3s及t=1.2s位置處出現(xiàn)速度峰值202.5mm/s。

從圖7最小傳動(dòng)角測量曲線讀出，機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角為1.37rad，換算成角度為78.5°，滿足對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角要求。

作者簡介：

鄭紅，女，（1968-），江西南昌人，副教授、高級(jí)工程師，研究方向與教學(xué)方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)。