.自动蛋糕机设计

毕业设计（论文）毕业设计(论文)（2014届）自动蛋糕机设计学生姓名 王达到 学 号 院 系 工学院 机电系 专 业 机械设计制造及其自动化指导教师 完成日期 2014-5- 15 19自动蛋糕机设计摘 要随着社会的发展，生产力的提高，人类生活水平的进一步提高，人类对食品的要求也随之提高，蛋糕作为一种古老的西点，以其色、香、味俱佳且便捷的特点越来越受人的欢迎。自动蛋糕机是一种自动制作蛋糕，自动注糊并且可以设计花型的食品机械。可以广泛应用与家庭、餐厅、蛋糕店等的蛋糕制作，能自动的制作各型蛋糕，满族不同人的个性需要，制作出自己喜欢的蛋糕制作。本课题设计的是能够自动注糊设计花纹的蛋糕机，本设计依据被制作蛋糕的特点，绘制了零件图和装配图。 关键词 自动蛋糕机；注糊机械手；奶油刮板Automatic Cake Machine DesignABSTRACTWith the development of society, increased productivity, and further improve the level of human life, human requirements for food also will increase, cakes as an ancient West Point, with its color, smell and taste and convenient features increasingly the more people welcome. Automatic Cake Machine is an automatic cakes, and can be designed to automatically inject paste flowers food machinery. Can be widely used in homes, restaurants, bakeries and other cake making, the production of various types of automatic cake, Manchu individual needs of different people, create their own favorite cake making.This topic is designed to automatically inject paste cake machine design pattern, the design is based on the characteristics of making a cake, draw Parts and assembly drawingsKEY WORDS Automatic cake machine; Note paste manipulator; three card-one card目 录摘 要IABSTRACTII目 录III引言（前言）11. 自动蛋糕机的组成特点及设计过程31.1自动蛋糕机的特点组成31.2自动蛋糕机的设计过程32. 自动蛋糕机的机构设计及其参数的计算32.1自动蛋糕机蛋糕装裱部分的设计42.1.1 裱花部分形式分析42.1.2 确定注糊口的形式52.1.3 计算裱花部分驱动转矩及其选定电机52.2自动蛋糕机蛋糕刮板部分的设计72.2.1 刮板部分形式分析72.2.2 确定刮板的形式82.2.3 计算刮板部分驱动转矩及其选定电机82.3自动蛋糕机蛋底盘电机的设计102.4自动蛋糕机蛋底盘部分的设计112.4.1 蛋糕机底盘部分形式分析112.4.2 确定底盘的形式122.4.3 齿轮的设计计算123. 结论184. 参考文献19致谢20引言（前言）糕点是我国非常古老的传统食品，源远流长，历史悠久。糕点制作不论是民间的喜婚相贺，还是逢年过节，观光旅游。作为生活中非常喜欢的食品，其种类繁多，制作方法更是五花八门。随着社会的发展，和国外的交流也越来越多，西式糕点也加入了中国，其新颖的造型，独特的风格，清新的口味，更是颠覆了传统蛋糕在我国人民心中的印象。古老的中式糕点和现代的西式糕点的融合，深受大众的喜爱，一种流行美食也形成了，有了极高的市场占有率。随着人们生活水平的逐步提高，人们追求的生活质量越来越高，不在只是满足于市场，商店里买到的糕点。而且现在自己家里制造蛋糕也不再是难事。可以根据自己的口味，做出自己喜欢的蛋糕，而且还可以根据自己的想法设计。这时，一台价格便宜，容易上手，操作简单的自动蛋糕机就显得很有必要。不过现在自动蛋糕机在国内很少。随着电机械化程度越来越高，手工制作的局限性越来越明显。一台自动蛋糕机可以解决很对的问题，自动蛋糕机可以大大的加快蛋糕制作的速度，而且自动蛋糕机能够制作出更多的花型，满足不同人群的需要。本设计要研究的就是蛋糕制作的工作方式，机器的大致结构形状为圆筒状，就像圆形档案盒。能把蛋糕底座放入其中，然后底部安装一个无极变速的可双向转动的底盘。设计一个90 o的刮奶板，用于刮蛋糕上上方和周边两个相互垂直的基层奶，该板被固定于一刮架上，刮架可前后、上下两个方向移动从而带动刮奶板的移动。关键部分是一个集上糊与花样喷制一体的注糊机械手。该机械手可以垂直与水平两个方向移动，且注糊口设计成与水平成45o，目的是：便于上方和圆周两个相互垂直的面上注糊。同时，工作时注糊口只在过圆心的直径上方移动。 一个集上糊与花样喷制一体的注糊机械手可以垂直与水平两个方向移动，且注糊口设计成与水平成45o，目的是便于上方和圆周两个相互垂直的面上注糊。同时，工作时注糊口只在过圆心的直径上方移动。机械手上的注糊口分两组。一组用于注基层奶，另一组用于花样喷制。后者注糊口端部为一个可360o旋转的均布格式花纹口的圆柱口，该口决定了喷出奶油的形状从而形成各种花纹。该口每旋转一个角度，其内部将非常封闭的对准一个聚乙酯圆管，圆管另一端接一个可调气压机。聚乙酯圆管中部开一小口用于注入各种颜色的奶油。机器当中的各个接口将是非常封闭的以便奶油从储奶罐中抽出。因此，本课题在实际应用中也很实用。蛋糕机总体设计一般步骤借鉴了前人对蛋糕机设计的经验，工艺方案的拟定；电机的选择；注糊量的确定；通用部件的选用；完成相关的零件图和装配图；注糊机械手的设计。1. 自动蛋糕机的组成特点及设计过程1.1自动蛋糕机的特点组成自动蛋糕机基本组成：齿轮、底盘、电动机、刮板、刮架、滚子、连杆、丝杆齿轮、推力轴承、外框、圆盘、注糊口、注糊手柄、注糊转向电机、转轴等。通过控制系统，自动完成注糊、制作花纹等工序。通常注糊口、注糊手臂和中间底座是根据工件的工艺要求和尺寸形状设计的专用部件，但是其余多大数零件都是标准件和通用件。自动蛋糕机的特点：主要用于生日蛋糕、婚礼蛋糕、满月蛋糕等蛋糕的制作。是一种圆形的可以设计多种花纹的蛋糕。1.2自动蛋糕机的设计过程自动蛋糕机设计的一般步骤如下：调查研究、总体方案的设计、技术设计和工作设计。通过调查研究应为自动蛋糕机总体设计提供必要的大量数据、资料，做好充分的准备；在设计蛋糕机联系尺寸图过程中，不仅要根据功能要求和动力计算选择每一个通用部件，还应对蛋糕机关键的部件结构方案有所考虑，如注糊手臂和注糊口等。绘制零件图和装配图以及注糊机械手的装配图1。2. 自动蛋糕机的机构设计及其参数的计算本文主要设计自动蛋糕机，该机采用立式机型，主要包括外框、注糊部分、动力部分等。其结构总图如下2. 1。 底盘在底部电机的带动下可以双向转动，注糊手柄和刮板在电机的带动下可以在垂直和水平两个方向上运动。1、外框 2、8、10、丝杆 3、注糊手柄 4、注糊口 5、底盘6、齿轮7、9、丝杆齿轮图2.1 自动蛋糕机简图2.1自动蛋糕机蛋糕装裱部分的设计2.1.1 裱花部分形式分析 裱花部分的形式主要是为了满足制作蛋糕的需要，对不同款式不同花型的蛋糕能够进行不同的裱花，裱花的注糊口可以沿着垂直和水平两个方向进行运动，这样就可以满足蛋糕每个部位的裱花，且注糊口设计成与水平成45o，目的是便于上方和圆周两个相互垂直的面上注糊。同时，工作时注糊口只在过圆心的直径上方移动。注糊口分两组。一组用于注基层奶，另一组用于花样喷制。后者注糊口端部为一个可360o旋转的均布格式花纹口的圆柱口，该口决定了喷出奶油的形状从而形成各种花纹。该口每旋转一个角度，其内部将非常封闭的对准一个聚乙酯圆管，圆管另一端接一个可调气压机。聚乙酯圆管中部开一小口用于注入各种颜色的奶油。机器当中的各个接口将是非常封闭的以便奶油从储奶罐中抽出。图2.1-1蛋糕机注糊手臂这就是我们设计的裱花部分的形式，在设计蛋糕机的裱花部分时，我们同时还要考虑以下几个主要的问题：（1） 合理设计机械手的伸展量；（2） 精确的保证注糊口的倾斜角度；（3） 机构的运动要平稳；（4） 合理安排该部分机构在整个蛋糕机中所处的位置；（5） 裱花注糊口的运动速度要合理根据以上的分析可以对裱花部分进行选择设计。2.1.2 确定注糊口的形式 注糊口为锥形，注糊口分两组。一组用于注基层奶，另一组用于花样喷制。后者注糊口端部为一个可360o旋转的均布格式花纹口的圆柱口，该口决定了喷出奶油的形状从而形成各种花纹。2.1.3 计算裱花部分驱动转矩及其选定电机裱花注糊口的驱动电动机的选择应同时满足裱花注糊口运转时的负载扭矩TF和启动时的加速扭矩TJ的要求。（1） 裱花注糊口负载扭矩T的计算 要计算裱花注糊口的负载扭矩，就要计算出大齿轮的惯量，小齿轮的惯量和丝杆的惯量。大齿轮的惯量J1 小齿轮的惯量J2 丝杆的惯量J3 折算到电机的总传动惯量预设电机的转速能够达到3600r/min 即 则所需要的加速扭矩为克服摩擦所需要的电机轴端输出的扭矩所需要的必须扭矩为蛋糕机在实际运用的过程当中，注糊口的升降和移动并不是很频繁，因为蛋糕的大小和高度是一个定值，所以在制作蛋糕时对于注糊手臂来说移动的次数是比较少的，只要在开始是把它移动到合适的位置，在注糊和裱花时，只需要做一些小幅度的运动，因此在选择电机时，也综合考虑了这些因素。根据以上的运算和实际的需要我们初步选择以下几个电机进行论证。（1）1电机，1.26电机额定扭矩为2.65，额定转速为3600,电机惯量为电机的惯量比为9.17.（2）0.75电机，0.6电机额定扭矩为7.64，额定转速为750，电机惯量比为42.32。（3）0.8电机，0.8电机额定扭矩为2.55，额定转速为,3000，电机的惯量比为37.58。 现在计算出来的的扭矩是2.3471，从扭矩这个方面来看可以使用0.75的电机，运用电动机的过载能力进行控制。 当750W的电动机达到了3000时，扭矩是 这个时候，因为电动机还存在3倍的过载能力，所以，依然能够输出7.1. 当750W 的电动机超过了3600时，这个时候扭矩是 这个时候，电机没有了3倍的过载能力了，可能仅仅只有1.5倍的过载能力，最大只能输出2.985的扭矩。如果想要让电机在3600时，依然要输出3的力，那么此时电机的功率至少应该是： 换而言之，要找到一个1.13，额定转速为3600,额定转矩是3的电机，而且电动机是具有过载保护能力的就符合要求。如果我们使用1，3000转的电机 当速度运行在3600时 假如我们的电机在超速后，有1.5倍的过载能力，那么电机可以输出扭矩3.97,勉强可以满足。但长期使用，电机会处在高温状态，电机的性能会下降。 综合所需电机参数和以上几种电机的比较，我们选择0.8的电机作为这个机构的电机。2.2自动蛋糕机蛋糕刮板部分的设计2.2.1 刮板部分形式分析 刮板部分的形式主要是为了满足制作蛋糕时往蛋糕坯上面涂上奶油时的需要，对放置在蛋糕机底座上的蛋糕坯，首先需要在上面和周围涂上奶油层，设计的刮板部分是由相互垂直的两块刮板组成的，刮板可以在垂直和水平两个方向上移动，以满足不同大小不同高低的蛋糕的制作需要，刮板的运动是由两个丝杆来控制的，其运动方式和蛋糕机裱花部分的运动方式是一样的。刮板部分的设计可以设计成楔形，这样既可以使得刮奶油时不易发生粘连，也可以让刮板刮奶油时刮的更匀称更美观，同时可以节省材料。其结构如图2.2-1所示。 图2-2.1蛋糕机刮板这就是我们设计的刮板部分的形式，在设计蛋糕机的刮板部分时，我们同时还要考虑以下几个主要的问题： （1）合理设计伸展量；（2）精确的保证倾斜角度；（3）机构的运动要平稳；（4）合理安排该部分机构在整个蛋糕机中所处的位置；（5）刮板部分运动速度要合理。2.2.2 确定刮板的形式刮板为楔形，刮板分为水平和垂直两部分。一组用于刮蛋糕坯上面部分的奶油，另一组用于刮蛋糕坯周边的奶油。在蛋糕坯在底座的带动下转动时，均匀的将奶油刮在蛋糕坯上。2.2.3 计算刮板部分驱动转矩及其选定电机刮板部分的驱动电动机的选择应同时满足刮板运转时的负载扭矩TM和启动时的加速扭矩TN的要求。（2） 裱花注糊口负载扭矩T的计算 要计算刮板的负载扭矩，就要计算出大齿轮的惯量，小齿轮的惯量和丝杆的惯量。大齿轮的惯量J1 小齿轮的惯量J2 丝杆的惯量J3 折算到电机的总传动惯量预设电机的转速能够达到3600r/min 即 则所需要的加速扭矩为克服摩擦所需要的电机轴端输出的扭矩所需要的必须扭矩为蛋糕机在实际运用的过程当中，刮板的升降和移动并不是很频繁，因为蛋糕的大小和高度是一个定值，所以在制作蛋糕时对于刮板来说移动的次数是比较少的，只要在开始是把它移动到合适的位置，在刮奶油层时，只需要做一些小幅度的运动。蛋糕坯随着底座转动时，注糊口将奶油注到蛋糕坯上，当蛋糕坯转动时，刮板便将奶油均匀的刮在了蛋糕坯上。因此在选择电机时，也综合考虑了这些因素。根据以上的运算和实际的需要我们初步选择以下几个电机进行论证。（1）1电机，1.26电机额定扭矩为2.65，额定转速为3600,电机惯量为电机的惯量比为9.17.（2）0.75电机，0.6电机额定扭矩为7.64，额定转速为750，电机惯量比为42.32。（3）0.8电机，0.8电机额定扭矩为2.55，额定转速为,3000，电机的惯量比为37.58。 现在计算出来的的扭矩是2.3471，从扭矩这个方面来看可以使用0.75的电机，运用电动机的过载能力进行控制。 当750W的电动机达到了3000时，扭矩是 这个时候，因为电动机还存在3倍的过载能力，所以，依然能够输出7.1. 当750W 的电动机超过了3600时，这个时候扭矩是 这个时候，电机没有了3倍的过载能力了，可能仅仅只有1.5倍的过载能力，最大只能输出2.985的扭矩。如果想要让电机在3600时，依然要输出3的力，那么此时电机的功率至少应该是： 。 换而言之，要找到一个1.13，额定转速为3600,额定转矩是3的电机，而且电动机是具有过载保护能力的就符合要求。如果我们使用1，3000转的电机 当速度运行在3600时 。假如我们的电机在超速后，有1.5倍的过载能力，那么电机可以输出扭矩3.97,勉强可以满足。但长期使用，电机会处在高温状态，电机的性能会下降。 综合所需电机参数和以上几种电机的比较，我们选择0.8的电机作为这个机构的电机。2.3自动蛋糕机蛋底盘电机的设计蛋糕机的底盘电机我们选择直流电机，正确的选择直流电机，首先要知道直流电机的电压、转速、功率来进行初步选型。我们设计底盘的转速为30,做以下的选型计算。主轴的理论力矩根据使用要求，计算出主轴的理论输出力矩T假设P=0.6KW 输出轴功率的计算 查表可知直齿圆柱齿轮（八级精度）的传动效率为0.95，可知查直流电机选型手册可知，最接近0.59KW的是0.6KW,故选择0.6KW的直流电机作为蛋糕机底座的动力来源。2.4自动蛋糕机蛋底盘部分的设计2.4.1 蛋糕机底盘部分形式分析蛋糕机的底盘是一个由齿轮、圆盘和滚子构成的机构，主要是为了满足制作蛋糕时固定蛋糕坯和带动蛋糕坯转动的需要，对放置在蛋糕机底座上的蛋糕坯，可以动过齿轮的转动带动圆盘转动从而带动蛋糕坯转动。底座的作用主要就是固定蛋糕坯和带动蛋糕坯转动，因此，设计的底盘要完全满足这两个条件。其结构如图2.4-1所示。图2.4-1 蛋糕机底盘这就是我们设计的底盘部分的形式，在设计蛋糕机的底盘部分时，我们同时还要考虑以下几个主要的问题： （1）合理底盘大小；（2）精确的保证底盘结构；（3）机构的运动要平稳；（4）合理安排该部分机构在整个蛋糕机中所处的位置；（5）底盘部分转动速度要合理。2.4.2 确定底盘的形式底盘为圆盘形，底盘部分由圆盘、齿轮等几部分组成。齿轮用来带动底盘旋转，圆盘是为了在上面固定蛋糕坯。这部分是整个蛋糕机的基底，也是蛋糕机的一个关键机构。2.4.3 齿轮的设计计算 设计齿轮时，齿轮传动的工作条件要进行分析，首先要考虑的是闭式齿轮传动还是开式齿轮传动。开式齿轮传动的齿轮是露在外面的，没有办法保证良好的润滑，而且灰尘、杂物质等容易进入啮合部位，使齿面的磨损变的比较容易，所以只宜用于低速传动。闭式齿轮传动的齿轮密封在齿轮箱体之中，保证了良好的润滑、密封和工作条件。在这里用到的这个机构的运动时一个低速的传动，而且蛋糕机的工作环境也比较干净，因此可以选择开始齿轮传动。在设计齿轮是要考虑以下几点：1、 齿轮的实效形式 在研究齿轮的强度时，齿轮的失效形式是一定要了解的，要分析产生失效的主要原因，然后确定齿轮强度的计算方法。齿轮的实效形式有齿轮折断、疲劳点蚀和齿面胶合等几种。当轮齿受到意外的冲击和短时的过载时，往往会发生突然折断。轮齿在工作的时候，齿面在长时间的交变接触应力作用之下，会出现一些微小的剥落从而形成了一些疲劳浅坑，这种现象被称为是疲劳点蚀。在齿轮高速重载转动中，常常因为啮合区温度升高而引起润滑的失效，从而使得两齿面金属直接接触并相互粘连，当两齿面相对运动时，较比较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹，这种现象称为齿面啮合。开式齿轮传动的工作条件较差，它的失效主要发生在齿面部分。 2、齿轮材料的选择 常用齿轮的材料是钢，其次是铸铁。有的时候也可以采用非金属材料。制造齿轮时大多采用优质碳素结构钢和合金结构钢。通常用锻造成型的方法制成毛坯，毛坯锻造可以改散材料的性能；也可用各种热处理的方法，获得适用于齿轮不同工作要求的综合力学性能。灰铸铁齿轮常用于低速、轻载、工作平稳的场合，灰铸铁中的石墨有润滑的作用，适合制作润滑条件不太好的开式传动齿轮。 而非金属材料一般多用于高速、轻载的齿轮传动，它可以明显的降低噪声。本设计中的蛋糕机底座的齿轮的工作场合刚好为轻载、低速，因此我们选用灰铸铁齿轮作为蛋糕机底座上的传动齿轮。 3、齿轮的精度等级 齿轮传动的精度和齿轮的精度以及齿轮的安装情况有着密切的关系。为了保证齿轮传动的互换性，不但应该规定单个齿轮的精度，而且还应该对齿轮副规定制造和安装的精度。现行齿轮精度国家标准有：GB/T10095.1-2001和GB/T10095.2-2001. 齿轮精度等级的选择应该根据齿轮的使用要求、用途、工作条件以及其他技术要求来决定。对不一样的精度指示以及齿轮的工作齿面和非工作齿面，可以选同一个精度等级，也可选不同的精度等级的组合。可以用查表的方法来确定齿轮的精度等级。 4、齿轮参数的选择 （1）小齿轮齿数Z1的选择 如果保持齿轮的传动中心距不变，齿数增加，除了重合度能够增大，传动的平稳性改善以外，模数也能够减小，齿高也能降低，因此金属的切削量也就减少了，制造费用也就节省了。另外齿高的降低还可以使得滑动的速度减小，磨损以及胶合的可能性也减小。但是如果模数小了，齿厚也就减薄了，轮齿的弯曲强度就要降低。 开式齿轮传动时，由于磨损失效是轮齿的主要失效形式，为了使轮齿不致于太小故小齿轮不应当选用过多的齿数，一般可取为Z1=1720。 为了避免轮齿根切，对于的标准直齿圆柱齿轮，应该取。 （2）齿宽系数d的选择 通过齿轮的强度计算公式，我们可以知道，轮齿越宽齿轮的承载能力也就越强，所以轮齿不宜太窄，但是增大齿宽又会使得齿面上的载荷分布更加的不均匀，所以齿宽系数应该取得适当。圆圆柱齿轮的计算齿宽，并加以圆整，为了不让两个齿轮在装配后因为轴向有错位而导致啮合齿宽减小，通常把小齿轮的齿宽在计算齿宽b的基础上人为的加宽约510mm. （3）模数的选择 在满足轮齿抗弯曲疲劳强度的前提下，尽可能的取较小的模数，但为了防止意外的断 齿m11.5mm。 5、齿轮的设计计算【1】 设计直齿圆柱齿轮的齿轮传动，已知条件为：传动功率p=0.6KW，主动轮转速n1=300r/min ，传动比i =2,载荷平稳，原动机为电动机。预期寿命10年。选小齿轮齿数Z1=17,大齿轮齿数Z2=i*Z1=34。选择齿宽系数和精度等级。 初估小齿轮直径参照表2.4-2取齿宽系数，则齿轮圆周速度参照表2.4-3，齿轮精度选为8级。表2.4-2 齿宽系数齿轮相对于轴承位置齿面硬度 软齿面硬齿面对称布置0.8-1.40.4-1.9非对称布置0.6-1.20.3-0.6悬臂布置0.3-0.50.2-0.25表2.4-3 动力齿轮传动的最大圆周速度精度等级圆柱齿轮传动锥齿轮传动直尺斜尺直尺斜尺5级及其以上153012206级10151530126108158108级68479级用于没有传动精度要求的手动齿轮1.53计算两齿轮应力循环次数N小齿轮 大齿轮 寿命系数 由图2.4-1得,接触疲劳极限 由图2.4-2得查MQ线得 安全系数 查表可知取图2.4-1 接触寿命系数【2】图2.4-2调质处理钢的【2】许用接触应力 计算小齿轮的转矩 确定载荷系数使用系数 按电动机驱动，载荷平稳，查机械设计手册使用系数表取动载系数 按8级精度和速度，查表取齿间载荷分配系数差齿间载荷分配系数表，取，齿向载荷分布系数载荷系数