多功能切片機切口機構的設計與仿真

摘要：本文研究的是一款多功能糕點切片機的切口機構設計及刀片速度計測，通過對設計技術參數及曲柄滑塊機構的分析，確定設計思路，并用ADAMS軟件仿真及速度檢測。

關鍵詞：切口機構 設計 仿真 測量

隨著科學技術、經濟的發展，社會生活和生產邁向自動化是必然的趨勢，把人類從手工重復勞動中解放出來，提高勞動生產率，于是機械化作業代替了傳統手工作業，本文研究的是一款多功能糕點切片機的切口機構設計及刀片速度計測。

多功能切片機切口機構設計技術參數有：糕點厚度10～20mm；糕點切片長度（亦即切片的高）范圍5～80mm；切刀切片時最大作用距離（亦即切片的寬度方向）300mm；切刀工作節拍40次/min；糕點在切片之前是先成型（如長方體、圓柱體等），切片后再烘焙，生產過程阻力很小，要求機構設計簡單、輕便、運動靈活可靠、運動空間尺寸緊湊。

切口機構是切刀作往復直線運動，需要滿足切刀工作節拍40次/min，也就是經電動機、帶傳動和減速器減速后，切口機構的輸入轉速達到40轉/分，即角速度為4.187rad/s，減速器輸出帶動曲柄滑塊（滑塊上裝切刀）運動，實現糕點的切片，當切口切削速度較大時，切刀兩面、糕點兩面切口會很光整、平滑。因此切口機構的機械傳動方案很關鍵，它可以選擇凸輪機構、齒輪機構、曲柄連桿機構等，考慮到生產過程阻力很小，要求機構簡單、輕便、運動靈活可靠，成本低，本文選擇對心曲柄滑塊機構，它只對高度方向有空間要求，正好滿足結

構緊湊。切口機構設計計算思路及過

程：

①根據糕點切片要求，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（因為糕點最高80mm），10mm為行程余量。

②根據對心曲柄滑塊機構的性質，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心曲柄滑塊機構的最小傳動角必須大于45°的要求，即連桿的長度越長，最小傳動角就越大，機構的傳動性能就越好。

首先對心曲柄滑塊機構的最小傳動角γ出現在曲柄與機架垂直的位置，如圖1所示，通過幾何計算LBC*cosγ=45，γ角越大，LBC越大，取傳動角的最小值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；第三考慮到空間運動位置及結構緊湊要求，連桿的長度就要受到限制，所以本文取LBC=115mm。

④因切刀工作節拍40次/min，換算成轉速為40r/min，換算成角速度為4.187rad/s，換算成時間周期為1.5秒/次，也就是刀片上下往復直線運動一次（包括上下動作）的時間為1.5秒。

綜上分析得到切口機構設計計算值，然后通過ADAMS軟件進行切口機構建模、仿真、測量，得到刀片的位移、速度、加速度及最小傳動角值。切口機構建模、仿真（仿真時間設為1.5秒）如圖2所示；刀片零件質心位置如圖3所示，圖中紅圈為刀片質心，顯示機構最低位置處質心坐標為（0，-205，0）；刀片位移測量曲線（以刀片質心為測量點）如圖4所示；刀片速度測量曲線（以刀片質心為測量點）如圖5所示；刀片加速度測量曲線（以刀片質心為測量點）如圖6所示；切口機構最小傳動角測量曲線如圖7所示。

從圖4位移測量曲線讀出，刀片質心最低位置為-205mm，最高位置為-115mm，行程為90mm，滿足設計要求。

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、最低轉向位置處速度為0mm/s，在t=0.3s及t=1.2s位置處出現速度峰值202.5mm/s。

從圖7最小傳動角測量曲線讀出，機構最小傳動角為1.37rad，換算成角度為78.5°，滿足對心曲柄滑塊機構最小傳動角要求。

作者簡介：

鄭紅，女，（1968-），江西南昌人，副教授、高級工程師，研究方向與教學方向為機械設計。