自動(dòng)烹飪機(jī)的的翻炒部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u23055自動(dòng)烹飪機(jī)的的翻炒部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例 1180391.1功能目的 1125461.2方案設(shè)計(jì)及分析 2325211.3方案比較 2218041.3.1方案二的設(shè)計(jì)構(gòu)思 257761.3.2方案三的設(shè)計(jì)構(gòu)思 4147641.3.3確定翻炒機(jī)構(gòu)的方案 6170041.4尺寸說(shuō)明 766871.5參數(shù)計(jì)算以及運(yùn)動(dòng)分析 793751.5.1鍋鏟的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 7230511.5.2鍋蓋的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 8240501.6外觀展示 91.1功能目的（1）功能目的原材料倒入鍋中后進(jìn)行翻炒，有別于傳統(tǒng)的烹飪機(jī)只有單一的立體加熱功能，這使得制作出來(lái)的菜品更加可口，以免菜品長(zhǎng)時(shí)間放置于鍋中加熱造成燒焦的情況。（2）設(shè)計(jì)目的①實(shí)現(xiàn)菜品的翻炒功能，翻炒過(guò)程不粘鍋；②鍋體與火源保持合理范圍內(nèi)的距離；③翻炒過(guò)程中食材不掉出鍋外。設(shè)計(jì)提醒①應(yīng)合理考慮翻炒機(jī)構(gòu)的耐用性，不應(yīng)使用過(guò)大的翻炒動(dòng)作使得機(jī)器本身具有造成損壞的危險(xiǎn)；②合理考慮翻炒運(yùn)動(dòng)的空間，不要干涉到其他機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。1.2方案設(shè)計(jì)及分析（1）方案一：只通過(guò)一組行星輪系來(lái)實(shí)現(xiàn)鍋體的自轉(zhuǎn)以及圓周運(yùn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易操作；缺點(diǎn)：鍋體豎直方向運(yùn)動(dòng)幅度過(guò)大，無(wú)法保證受熱。（2）方案二：鍋體采用煤氣加熱的形式，直接將鍋柄鏈接在齒輪上，通過(guò)齒輪的自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)鍋的運(yùn)動(dòng)；優(yōu)點(diǎn)：可以使鍋體的水平運(yùn)動(dòng)，豎直運(yùn)動(dòng)，自轉(zhuǎn)都控制在合理范圍內(nèi)；缺點(diǎn)：①在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中，與鍋柄相連接的齒輪所提供的軌跡只需使用到一小部分，材料利用效率不高；②支撐與鍋柄相連接的齒輪公轉(zhuǎn)的齒輪受力過(guò)大，而這一齒輪本身尺寸并不大，實(shí)際工作并不合理，容易造成損壞，從而使整個(gè)機(jī)器報(bào)廢。（3）方案三：放棄鍋體自身的運(yùn)動(dòng)，鍋體采用電磁爐加熱的形式，在鍋蓋上設(shè)計(jì)可以攪拌菜品的工具。優(yōu)點(diǎn)：①不會(huì)對(duì)機(jī)器本身造成過(guò)大的磨損，因?yàn)檎麄€(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不存在大幅度的運(yùn)動(dòng)；②在烹飪過(guò)程不會(huì)有太大的噪音，適用于家庭；③機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單不復(fù)雜，同時(shí)又兼顧了功能性，比較符合現(xiàn)代廚房的炒菜模式，成本低經(jīng)濟(jì)性好；缺點(diǎn)：攪拌工具需要拆卸清洗；1.3方案比較在上述兩種方案中，由于方案二與方案三設(shè)計(jì)構(gòu)思相對(duì)合理，因此選用方案二與方案三進(jìn)行方案比較。1.3.1方案二的設(shè)計(jì)構(gòu)思 （1）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說(shuō)明圖翻炒機(jī)構(gòu)方案二模型①如圖所示構(gòu)件組成說(shuō)明：1—傳動(dòng)軸2—齒輪3—齒條4—齒輪5—齒輪（與手柄連接）6—齒輪7—滑塊（軸承）②實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)：水平運(yùn)動(dòng)+齒輪5相對(duì)于齒輪4一定幅度的圓周運(yùn)動(dòng)+齒輪5一定角度的自轉(zhuǎn)。③運(yùn)動(dòng)說(shuō)明：傳動(dòng)軸1與齒輪2齒輪4相連，滑塊7起軸承作用支撐潤(rùn)滑傳動(dòng)軸；齒輪2與齒條3嚙合；齒輪4齒輪5齒輪6構(gòu)成一個(gè)行星輪系，齒輪4齒輪5外嚙合，齒輪5齒輪6內(nèi)嚙合；齒輪6用桿件與滑塊相連。工作時(shí)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸1，使得齒輪2在齒條3上旋轉(zhuǎn)并水平運(yùn)動(dòng)，從而又帶動(dòng)齒輪4的旋轉(zhuǎn)并水平運(yùn)動(dòng)；齒輪4、齒輪5、齒輪6一起構(gòu)成一個(gè)行星輪系，齒輪5連接手柄部分，使得齒輪5在繞著齒輪6公轉(zhuǎn)的同時(shí)還能進(jìn)行一定角度的自轉(zhuǎn)；齒輪6通過(guò)桿件與滑塊7相連，同時(shí)滑塊7又作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸承，使得齒輪2在水平運(yùn)動(dòng)的同時(shí)又帶動(dòng)滑塊和與滑塊相連接的齒輪6水平運(yùn)動(dòng)。（2）機(jī)構(gòu)的三維模型圖翻炒機(jī)構(gòu)方案二的三維模型（3）機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖圖翻炒機(jī)構(gòu)方案二的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖所示：自由度F=3n-2Pl-Ph=3*6-2*7-3=1（4）方案二機(jī)構(gòu)基本數(shù)據(jù)齒輪2：m=1Z=120d=120mmda=122mmdf=118mm齒輪4：m=1Z=20d=20mmda=22mmdf=18mm齒輪5：m=1Z=120d=120mmda=122mmdf=118mm齒輪6：m=1Z=260d=260mmda=258mmdf=262mm傳動(dòng)比：i45=-6i56=13/6(2.17)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n1=2.31r/min（5）鍋體運(yùn)動(dòng)周期具體說(shuō)明：表1.3.1鍋體運(yùn)動(dòng)周期表相對(duì)運(yùn)動(dòng)（齒輪5-手柄相對(duì)齒輪4）絕對(duì)運(yùn)動(dòng)圖示公轉(zhuǎn)水平運(yùn)動(dòng)齒輪5自轉(zhuǎn)齒輪4水平運(yùn)動(dòng)齒輪5水平運(yùn)動(dòng)①?gòu)某跏紶顟B(tài)向左移動(dòng)L/2逆時(shí)針公轉(zhuǎn)13.85°向左1.68cm順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°向左3.14cm向左1.82cmⅠ②接著向右移動(dòng)L/2回到初始狀態(tài)順時(shí)針公轉(zhuǎn)13.85°向右1.68cm逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°向右3.14cm向右1.82cmⅡ③繼續(xù)向右移動(dòng)L/2順時(shí)針公轉(zhuǎn)13.85°向右1.68cm逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°向右3.14cm向右1.82cmⅢ④最后向左移動(dòng)L/2回到初始狀態(tài)逆時(shí)針公轉(zhuǎn)13.85°向左1.68cm順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°向左3.14cm向左1.82cmⅣPs:鍋體豎直方向運(yùn)動(dòng)幅度較小忽略不計(jì)，圖所示火源用表示。圖鍋體運(yùn)動(dòng)形態(tài)示意圖1.3.2方案三的設(shè)計(jì)構(gòu)思(1)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)說(shuō)明圖翻炒機(jī)構(gòu)方案三模型①機(jī)構(gòu)組成：1-鍋2-旋轉(zhuǎn)鍋鏟3-固定螺母4-鍋蓋5-電機(jī)6-旋轉(zhuǎn)臂7-電機(jī)②運(yùn)動(dòng)說(shuō)明：如圖所示，通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂如圖示逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)蓋上鍋蓋，再由置于鍋蓋上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)鍋鏟旋轉(zhuǎn)翻炒食材。當(dāng)烹飪過(guò)程完成后，鍋蓋在由旋轉(zhuǎn)臂的帶動(dòng)下打開(kāi)，翻炒工作完成，緊接著在進(jìn)行下一個(gè)步驟。方案四通過(guò)旋轉(zhuǎn)鍋鏟實(shí)現(xiàn)菜品的翻炒功能。在鍋蓋上安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)下是可拆卸的鍋鏟，電機(jī)帶動(dòng)鍋鏟進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只需要考慮鍋鏟結(jié)構(gòu)即可。此鍋鏟采用的是S型部件，S型下設(shè)有九個(gè)“小爪子”，當(dāng)此鍋鏟進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，類似有四雙筷子在沿同一個(gè)方向攪拌菜品。鍋鏟采用導(dǎo)熱性較好的不銹鋼材料，九個(gè)小爪子的尾部采用耐熱性較好的橡膠材料，以免刮傷鍋底。（2）機(jī)構(gòu)的三維模型圖翻炒機(jī)構(gòu)方案三的三維模型（3）方案三旋轉(zhuǎn)鍋鏟的方案對(duì)比圖鍋鏟1三維模型圖鍋鏟2三維模型如圖所示為鍋鏟1的三維模型。鍋鏟1翻炒工具采用類似螺旋槳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因?yàn)榕鹿蝹伒祝瑪嚢枭疃炔粔颍虼藬嚢璨痪鶆?，?shí)際操作并不實(shí)用，而且具有菜品粘鍋糊底的風(fēng)險(xiǎn)；如圖所示為鍋鏟2的三維模型。鍋鏟2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為合理，不僅攪拌均勻，而且不會(huì)損傷鍋體本身，質(zhì)量雖然會(huì)稍重于鍋鏟1，但實(shí)際操作并不會(huì)給整體機(jī)構(gòu)造成影響。綜上所述圖所示的旋轉(zhuǎn)鍋鏟較為合理。1.3.3確定翻炒機(jī)構(gòu)的方案（1）方案二、三比較：①方案二的翻炒動(dòng)作需要?jiǎng)佑谜麄€(gè)鍋體的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)模型近似于傳統(tǒng)中式廚師的烹飪方法，即用手腕帶動(dòng)鍋體在火源上不斷翻炒；方案三選擇的是近似現(xiàn)代廚房多數(shù)會(huì)使用的烹飪方法，即讓鍋靜止于電磁爐之上，通過(guò)鍋鏟的不斷翻炒來(lái)進(jìn)行食材制作。兩者皆可調(diào)制出美味佳肴。對(duì)比之下方案三會(huì)更為省力，實(shí)現(xiàn)難度大幅度下降，沒(méi)有劇烈的鍋體晃動(dòng)。相比之下，方案二的機(jī)器本身容易損壞，尤其對(duì)齒輪有較高的要求。從實(shí)用壽命、運(yùn)動(dòng)學(xué)原理來(lái)說(shuō)，方案三更優(yōu)；②本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)烹飪機(jī)主要適用于家庭或小型餐廳，對(duì)產(chǎn)品工作有聲音要求。在家庭環(huán)境中烹飪過(guò)程不宜過(guò)于嘈雜。方案二由于整個(gè)機(jī)構(gòu)幅度較大，對(duì)電機(jī)也有一定的高要求，因此這一過(guò)程所產(chǎn)生的噪音一定大過(guò)方案三；③方案三的產(chǎn)品更有升級(jí)的潛能，在后續(xù)的升級(jí)研發(fā)中可以考慮更換旋轉(zhuǎn)鍋鏟從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)烹飪機(jī)器的更多功能。比如換成打蛋機(jī)可以生產(chǎn)制作蛋糕時(shí)需要的材料……從而達(dá)到一鍋多用的效果，功能性更強(qiáng)；④方案三的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為美觀。小巧便捷的鍋鏟不占用空間，和其他機(jī)構(gòu)不沖突地配合在一起，整體占用空間小，有更強(qiáng)的適用性。綜上所述，選擇方案三為自動(dòng)烹飪機(jī)的翻炒方案。1.4尺寸說(shuō)明圖鍋蓋三維模型圖鍋鏟三維模型如圖所示，鍋蓋的直徑略大于鍋體直徑，內(nèi)圈直徑設(shè)定為328mm，外圈直徑設(shè)定為350mm。側(cè)面是一個(gè)頂角為60°的圓錐體側(cè)面曲面，這種圓錐曲面的設(shè)計(jì)在于考慮到蒸汽在過(guò)熱時(shí),會(huì)有一個(gè)向上頂起的運(yùn)動(dòng),為了更大的限制蒸汽外泄,需要給蒸汽一個(gè)阻力,與此同時(shí)近似圓臺(tái)的設(shè)計(jì)也增大了內(nèi)腔的容積，給了蒸汽一定流動(dòng)的空間。鍋蓋上面的圓頂直徑為244mm。并且中間有5個(gè)類似梯形漏空設(shè)計(jì)，目的是為防止爆炸。在鍋蓋上打有小孔,可以在加熱過(guò)程中將熱量均勻的不斷向外排出,起到解壓的作用。鍋蓋深度為92mm。如圖所示，S型旋轉(zhuǎn)鍋鏟上半部分桿長(zhǎng)100mm，下半部分9支分支桿長(zhǎng)60mm。鍋鏟材質(zhì)使用430不銹鋼，430不銹鋼是具有良好的耐腐蝕性能的通用鋼種，\t"/item/430%E4%B8%8D%E9%94%88%E9%92%A2/_blank"導(dǎo)熱性能比\t"/item/430%E4%B8%8D%E9%94%88%E9%92%A2/_blank"奧氏體好，熱膨脹系數(shù)比奧氏體小，焊縫部位機(jī)械性能好。[9]細(xì)桿橫截面直徑為10mm。由此經(jīng)過(guò)計(jì)算所得，鍋鏟的整體質(zhì)量約為395g。鍋鏟尾部的9個(gè)藍(lán)色小圓柱采用耐高溫的食品級(jí)硅膠材質(zhì)。食品用硅膠是由\t"/item/%E9%A3%9F%E5%93%81%E7%BA%A7%E7%A1%85%E8%83%B6/_blank"硅酸\t"/item/%E9%A3%9F%E5%93%81%E7%BA%A7%E7%A1%85%E8%83%B6/_blank"縮聚而成的\t"/item/%E9%A3%9F%E5%93%81%E7%BA%A7%E7%A1%85%E8%83%B6/_blank"無(wú)機(jī)高分子\t"/item/%E9%A3%9F%E5%93%81%E7%BA%A7%E7%A1%85%E8%83%B6/_blank"膠體材料，其中的主要成份是SiO2·nH2O，含量在98%以上，無(wú)毒無(wú)味，化學(xué)性能穩(wěn)定。由于不粘鍋的流行，為了防止鍋鏟損傷鍋體，市面上越來(lái)越多的鍋鏟代替不銹鋼、鋁合金亦或是鐵的材質(zhì)。比如我們常見(jiàn)的塑料鍋鏟，木頭鍋鏟。而這里使用食品級(jí)硅膠鍋鏟的原因在于它是一種膠體結(jié)構(gòu)，無(wú)毒、無(wú)氣味、透明度高、不黃變、不變形、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。[10]1.5參數(shù)計(jì)算以及運(yùn)動(dòng)分析1.5.1鍋鏟的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（1）電機(jī)的選擇①功能要求電機(jī)可以帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)鍋鏟進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且轉(zhuǎn)速不宜過(guò)高從而破壞原材料外觀形態(tài)，影響食物美觀。鍋鏟的旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)選用20步進(jìn)電機(jī)。②電機(jī)的規(guī)格參數(shù)：詳見(jiàn)表3.5.2的20電機(jī)的規(guī)格參數(shù)。（2）減速器的選擇此旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選用20減速器。型號(hào)：MX20微型行星齒輪減速器速比1：4。②轉(zhuǎn)速計(jì)算圖1.5.120步進(jìn)電機(jī)的速度與推力曲線由于鍋鏟的重量小于500g,因此20步進(jìn)電機(jī)的建議負(fù)載上限60N遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)指標(biāo)。選用轉(zhuǎn)速為60r/min，脈沖為200pps的參數(shù)，MX20微型行星齒輪減速器（電機(jī)）速比：4：1。經(jīng)計(jì)算，翻炒裝置的轉(zhuǎn)速在60/4=15r/min=0.25r/s,也就是說(shuō)每經(jīng)過(guò)一秒鐘，旋轉(zhuǎn)鍋鏟旋轉(zhuǎn)90°，攪拌一圈所需要的時(shí)間一共是4s,這個(gè)設(shè)計(jì)較為合理。1.5.2鍋蓋的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（1）電機(jī)的選擇①功能要求電機(jī)可以帶動(dòng)鍋蓋進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，完成閉合鍋蓋和打開(kāi)鍋蓋的這兩個(gè)動(dòng)作。鍋蓋的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)選用20步進(jìn)電機(jī)。②電機(jī)的規(guī)格參數(shù)：詳見(jiàn)表3.5.2。（2）減速器的選擇此旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選用20減速器。型號(hào)：MX20微型行星齒輪減速器（電機(jī)）。選用速比1:4。（3）鍋蓋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)