自動烹飪機的送料部分設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u32自動烹飪機的送料部分設(shè)計案例 15631.1功能目的 1166121.2方案設(shè)計及分析 280641.3方案比較 2141661.3.1方案三的設(shè)計構(gòu)思 225061.3.2方案四的設(shè)計構(gòu)思 3260411.3.3確定送料機構(gòu)方案 5134301.4尺寸說明 5192791.4.1送料盒的尺寸說明 5157501.4.2齒條架的尺寸說明 6171001.5參數(shù)計算以及運動分析 7242381.5.1齒條架的水平運動 724571.5.2送料盒的旋轉(zhuǎn)運動 10184491.6外觀展示 111.1功能目的將不同的原材料放入不同的料盒，根據(jù)相對應(yīng)的炒菜步驟將原材料依次倒入鍋中，以便之后的對食材的加工處理。（1）設(shè)計目的①實現(xiàn)送料盒的在送料臺上的水平運動；②實現(xiàn)送料盒到達指定目的地后的定軸轉(zhuǎn)動，使得原材料倒入鍋中。設(shè)計提醒①送料盒的水平運動可以通過齒輪與齒條配合完成；②送料盒的水平運動和定軸轉(zhuǎn)動需要周期需要配合；③送料盒的水平運動也可以以間歇運動的方式實現(xiàn)；④在送料盒實現(xiàn)運動的過程中要保證不受干擾，可以采用在送料盒底座粘上磁鐵用磁力吸住的方法，或是使用止口。1.2方案設(shè)計及分析（1）方案一：采用多組不完全齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)不同送料盒的水平運動和定軸轉(zhuǎn)動。優(yōu)點：送料盒的兩種需要運動可以在一組機構(gòu)中同時完成，節(jié)約了自動烹飪機的操作空間，使得設(shè)計更為簡潔。缺點：機構(gòu)過于復(fù)雜，零件過多。（2）方案二：多個送料盒用一組不完全齒輪實現(xiàn)間歇運動以及定軸轉(zhuǎn)動。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡易，運動簡單；缺點：此設(shè)計要求不完全齒輪機構(gòu)菜旋轉(zhuǎn)的同時還要在傳動軸上有水平運動，可以采用螺旋軸，但難以實現(xiàn)，且運動不穩(wěn)定。（3）方案三：用一組不完全齒輪來實現(xiàn)間歇運動，再用一根桿來實現(xiàn)定軸轉(zhuǎn)動。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)清晰，運動簡單，易于實現(xiàn)；缺點：需要兩個電動機。（4）方案四：用一組齒輪和齒條配合實現(xiàn)送料盒的水平運動，再另行設(shè)計一個旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，使得送料盒里的原材料倒入鍋里。優(yōu)點：設(shè)計合理，操作性較強；缺點：需要兩個電動機。1.3方案比較在上述兩種方案中，由于方案三與方案四設(shè)計構(gòu)思相對合理，因此選用方案三與方案四進行方案比較。1.3.1方案三的設(shè)計構(gòu)思 （1）機構(gòu)運動說明圖1.3.1.1送料機構(gòu)方案三模型如圖1.3.1.1所示。不完全齒輪機構(gòu)，由不完全齒輪1和齒輪2組成，齒輪2帶動齒條3運動，齒條3與送料盒的側(cè)面均有縱向凹槽設(shè)計，此設(shè)計一是可以防止送料盒在運動到極限位置時脫落，二是便于送料盒能夠穩(wěn)定置于齒條上，桿4與送料盒通過凹槽配合在一起。工作時，由不完全齒輪1先帶動齒輪2實現(xiàn)間歇運動，齒輪2帶動齒條3實現(xiàn)水平運動，首先使第一個送料盒運動到桿4的位置并且與其通過凹槽連接好，之后電動機帶動桿4進行135°的定軸轉(zhuǎn)動，桿返回水平位置時，進入不完全齒輪1的下一個周期。（2）機構(gòu)的三維模型圖1.3.1.2送料機構(gòu)方案三三維模型（3）機構(gòu)的運動簡圖圖1.3.1.2送料機構(gòu)方案三運動簡圖自由度計算：不完全齒輪運動簡圖自由度F=3n-2Pl-Ph=3*3-2*3-2=11.3.2方案四的設(shè)計構(gòu)思（1）機構(gòu)組成說明圖1.3.2.1送料機構(gòu)方案四模型如圖1.3.2.1所示。機構(gòu)組成：1-軸承座支座2-電機底座3-步進電機4-齒輪5-軸承6-推桿支座7-旋轉(zhuǎn)推桿8-盛料盒9-軸承座10-細桿11-齒條12-小直齒齒輪13-齒條座（2）機構(gòu)運動說明步進電機驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，小直齒齒輪通過細桿與齒輪相連接當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動時小直齒齒輪同時轉(zhuǎn)動，從而帶動齒條的水平運動。盛料盒通過磁鐵吸附在齒條座上，當(dāng)特定盛料盒移動到指定位置時，旋轉(zhuǎn)推桿通過卡槽卡住盛料盒，在電機的帶動下旋轉(zhuǎn)推桿的旋轉(zhuǎn)手臂進行逆時針180°的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)菜品倒入鍋中后，盛料盒停留3s,之后旋轉(zhuǎn)推桿逆時針旋轉(zhuǎn)180°回到指定位置，磁鐵重新吸附住盛料盒，這便是送料機構(gòu)一個完整的流程。依次類推，緊接著下面烹飪步驟的進行。①齒條架與送料架之間設(shè)有卡槽機關(guān)，使得托著送料盒的齒條架可以在送料架上進行水平移動；②齒條架與送料盒之間設(shè)有配合的卡槽，除此之外，送料盒的底座與齒條架都附有磁鐵，這可以使三個送料盒在進行水平移動的同時不受干擾，可以穩(wěn)定運行。并且在其中一個料盒在進行翻轉(zhuǎn)運動時其他兩個送料盒不受影響，可以穩(wěn)定地放置于齒條架之上；③送料盒的水平運動通過齒輪與齒條的配合實現(xiàn)；④用步進電機驅(qū)動齒輪運動，用一組齒輪組通過傳動比將步進電機的電能轉(zhuǎn)化為齒輪的機械能，使得齒輪的轉(zhuǎn)動可以帶動齒條架上的送料盒進行水平運動。齒輪組用細桿和軸承進行固定；⑤送料盒的旋轉(zhuǎn)運動通過送料桿盒送料桿支架配合實現(xiàn)，將送料盒進行特殊處理，送料盒的凹槽與送料桿進行一個配合，使得送料桿可以卡在送料盒上，從而實現(xiàn)送料盒的旋轉(zhuǎn)運動，使得送料盒中的原材料可以倒入鍋中。（3）機構(gòu)的三維模型圖1.3.2.2送料機構(gòu)方案四三維模型1.3.3確定送料機構(gòu)方案（1）方案三、四比較①方案三使用不完全齒輪，限制了水平運動的距離，若是需要批量生產(chǎn)對送料盒的數(shù)量要求具有局限性，而且萬一不完全齒輪磨損還需找同類型的替換，實際操作并不方便，并且復(fù)雜且沒必要；方案四直接使用一組齒輪組將步進電機的電能轉(zhuǎn)化成機械能，直觀便捷且高效，生產(chǎn)起來較為方便，而且穩(wěn)定性更好；②方案三與方案四對于旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)思較為接近，都是采用了通過送料桿卡住送料盒的方式進行傳送。然而方案三的送料桿直接通過電機帶動，方案四加上了送料桿制作，使這一過程更為合理，機構(gòu)更為穩(wěn)定牢靠；③方案三構(gòu)思了送料盒需要通過工作臺的水平運動來帶動送料盒的運動，并沒有說明工作臺的水平運動該如何支撐。而在方案四中給出了這一過程的解決方案，便是增加一個固定的工作臺，固定工作臺與送料盒的工作臺通過卡槽配合，使得送料盒工作臺可以在固定的工作臺上實現(xiàn)穩(wěn)定的水平運動。綜上所述，確定方案四為最終的送料機構(gòu)的方案。1.4尺寸說明1.4.1送料盒的尺寸說明（1）送料盒的三維模型圖1.4.1送料盒三維模型（2）送料盒的具體參數(shù)材質(zhì)：四周不銹鋼304底部不銹鋼430材質(zhì)（鐵+12%以上的鉻可以吸住磁鐵）容量：3000mL（含）-3500mL（不含）形狀：長方形外形尺寸：188mm*132mm*150mm質(zhì)量：底部不銹鋼430（密度7.75g/cm3）約重18*12*0.1*7.75=170g周圍不銹鋼304（密度7.85g/cm3）約重750g整體質(zhì)量：約900g1.4.2齒條架的尺寸說明（1）齒條架的三維模型展示：圖1.4.2齒條架三維模型齒條架近似于一個724mm*210mm*40mm的長方體，齒條架下面是一個倒T型的凸起結(jié)構(gòu)，與送料架上的凹槽相配合，由此實現(xiàn)齒條架在送料架的水平運動；齒條架上面有三個帶有卡槽的長方體，并且每個長方形淺卡槽中心各有一個100mm*75mm的長方形磁鐵，這使得三個送料盒在做水平運動時可以穩(wěn)定地至于齒條架上，或是其中一個送料盒在做旋轉(zhuǎn)運動，剩余兩個送料盒靜止于齒條架上時可以不受其他因素干擾；齒條架后面是附有一條齒條，隨著齒條架的運動一起，通過與齒輪地嚙合帶動整個送料平臺的水平運動。置物臺使用304不銹鋼材質(zhì)，總體質(zhì)量約重（724*210*40+20*20*724）/1000*7.85/1000=50kg。因此，整個置物臺的重量約為50+0.9*3=53kg。1.5參數(shù)計算以及運動分析1.5.1齒條架的水平運動（1）電機的選擇①功能要求實現(xiàn)齒條架在工作臺上的水平運動，不需要高速運動，也沒有較高的精度要求。因此二相步進電機便可以很好地達到這一功能。②型號：86電機：1.5NM-4.5NM-6.0NM-8.5NM-12NM③名稱：86兩相步進電機④主要特點：低噪音、大力矩、高加速度（2）技術(shù)參數(shù)型號步距角（deg）靜力矩（N.m）額定電流（A）相電阻（ohms）相電感（mH）定位力矩（gcm）轉(zhuǎn)子慣量(g-cm2)絕緣等級引線數(shù)目重量(kg)長度(mm)86J1865-8281.81.52.80.241.7800950B826586J1880-8421.84.54.20.584.013001400B82.38086J18101-4501.85.05.00.584.216002300B41.2510186J18118-8241.88.54.20.561.025002700B81.811886J18156-8451.8124.50.825.240004000B85.4156表1.5.1.186二相步進電機參數(shù)圖1.5.1.1矩形特性圖（3）電機選擇此裝置由于整個齒條架的重量由送料架支撐，所以無需過多考慮靜力矩；因此考慮定位力矩。①齒輪受力分析：圖1.5.1.2裝置受力分析圖如圖1.5.1.2所示：齒條所需力矩：53/9.8=5.41N/m5.41*0.21/2=0.568N*m=55.664gcm由于實際操作過程中，送料盒里會裝有食材，但整個裝置最重的部分在于不銹鋼齒條架（約53kg）所以上述86二相步進電機均可（定位力矩最小800gcm>>55gcm）考慮到操作臺不需要高速運動，因此綜合各個方面考慮，選擇轉(zhuǎn)子慣量最小，質(zhì)量最輕的86J1865-828步進電機。②齒輪的選擇該裝置采用齒輪傳動，通過齒輪的傳動將電機的機械能轉(zhuǎn)化成齒條架的機械能。如圖1.5.1.3所示，齒輪傳統(tǒng)系統(tǒng)由齒輪1齒輪2齒輪3組成。圖1.5.1.3裝置受力分析圖設(shè)86J1865-828步進電機的輸出功率為1000w,齒輪1的轉(zhuǎn)速是80r/min。齒輪1與齒輪2完全相同，表1.5.1.2為三個齒輪的具體參數(shù)，三個齒輪均采用標準直齒齒輪。齒輪3與齒輪2的傳動比u=z3/z2=36/25=1.44。表1.5.1.2齒條架水平運動齒輪機構(gòu)參數(shù)齒數(shù)z模數(shù)m壓力角α分度圓直徑d/mm齒距P/mm材料齒輪125220°446.28345鋼（調(diào)質(zhì)）齒輪225220°446.28345鋼（調(diào)質(zhì)）齒輪336220°606.28345鋼（調(diào)質(zhì)）（3）軸承的選擇該機構(gòu)選用6001單列深溝球軸承，6001單列深溝球軸承參數(shù)數(shù)據(jù)詳見表1.5.1.3,6001單列深溝球軸承的二維圖紙詳見圖1.5.1.4。表1.5.1.36001單列深溝球軸承參數(shù)內(nèi)徑d/mm外徑D/mm寬度B/mm動態(tài)C/kN靜態(tài)C/kN疲勞負荷極限值Pu參照速度r/min限制速度r/min體積/kg型號122885.42.360.160000380000.0226001圖1.5.1.46001單列深溝球軸承零件圖（4）細桿的ansys有限元分析如圖1.5.1.5所示，細桿的兩端分別套有兩個齒輪，齒輪1與齒輪3。細桿中間用軸承座支撐，細桿三分位處分別由兩個6001軸承支撐固定其位置。齒輪1受到齒輪2的軸向力和徑向力，齒輪3受到來自送料盒裝置齒條的軸向力和徑向力。如圖1.5.1.6所示，將細桿左端進行固定（綠色箭頭），約束其x、y、z和轉(zhuǎn)矩x、y、z一共6個方向上的自由度；細桿右端施加來自軸向和徑向兩個方向的力（紫色箭頭）。將送料盒在齒條架上的運動看作是1kg的物體，在摩擦系數(shù)f=0.1的情況下做滑行運動。因此施加在細桿右端上的力矩為1*10N/kg*0.1=0.1N*m。經(jīng)計算，細桿的橫截面面積A為105.6cm^2,細桿設(shè)定為45鋼，其彈性模量為2.06*e^10,泊松比設(shè)為0.3。確定上述設(shè)定之后對細桿進行靜力學(xué)分析。分析結(jié)果見圖1.5.1.7。圖1.5.1.5細桿結(jié)構(gòu)的三維圖圖1.5.1.6細桿的ansys約束分析結(jié)果說明：如圖1.5.1.7為細桿結(jié)構(gòu)的應(yīng)力云圖不同顏色代表受應(yīng)力點大小。圖示右下角顯示屈服力為5.3*e^8，而軸受力最大為4.019*e^7，受力點位于靠近細桿左端，也就是靠近齒輪1位置的部分。由于軸最大受力4.019*e^7小于其屈服力為5.3*e^8，因此此機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。圖1.5.1.7細桿的ansys應(yīng)力云圖（5）機構(gòu)總體運動時間計算已知齒條架長度為300mm,設(shè)86J1865-828步進電機的輸出功率為1000w,齒輪1的轉(zhuǎn)速是80r/min。齒輪1與齒輪2完全相同，齒輪3與齒輪2的傳動比u=z3/z2=36/25=1.44。齒輪數(shù)據(jù)尺寸詳見表1.5.1.2。因此送料盒的水平運動最長時間計算結(jié)果如下：300/d3=5r5/80*60=1.75s1.5.2送料盒的旋轉(zhuǎn)運動送料盒的旋轉(zhuǎn)運動通過送料桿和送料桿支架配合實現(xiàn)，將送料盒進行特殊處理，送料盒的凹槽與送料桿進行一個配合，使得送料桿可以卡在送料盒上，從而實現(xiàn)送料盒的旋轉(zhuǎn)運動。（1）電機的選擇①功能要求：電機可以帶動送料桿進行繞著支架旋轉(zhuǎn)運動。送料盒旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)運動選用20步進電機。②電機的規(guī)格參數(shù)表1.5.220電機的規(guī)格參