自动烹饪机送料机构的结构设计【说明书+CAD+SOLIDWORKS】
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目录目录1第一章 绪论21.1 本课题的基本研究意义21.2 本课题的国内外研究现状41.3 本课题的基本任务与要求7第二章 本次设计的基本介绍82.1 烹饪机器人的基本介绍82.2烹饪机器人基本结构组成102.3烹饪机器人基本工作原理123.4烹饪机器人送料结构介绍13第三章 送料机构的结构设计163.1 送料机构的方案设计163.1.1 自动烹饪机器水平移动方案的确定163.1.2 自动烹饪机器料盒翻转方案的确定163.2 送料机构总体结构设计163.2.1 料盒组件设计163.2.2 投料组件设计173.2.3 水平移动组件183.3 送料结构的减速装置设计193.3.2传动装置的传动比及动力参数计算203.3.3 蜗杆传动设计计算213.3.4 蜗杆传动几何参数设计223.3.5 轴的结构设计26第四章 参考文献33第一章 绪论1.1 本课题的基本研究意义今天人们对饮食的要求越来越高，各种菜式层出不穷，使用的工具也随着时代的发展不断的推陈出新。无论是烧菜用的锅、锅铲、还是煎、炒、煮、炸这些做菜的方法都是中华民族几千年来不断积累和创新的结晶。与东方人的饮食方式不同，西方人饮食方式简单，制作的工艺流程也很简单，可以说，他们的大量劳动已经被各种机器设备所代替。中国的烹饪却不同，一口锅、一把铲，承传了几千年，始终在烟熏火燎的环境中劳作，不停地挥舞着胳膊直到所有的菜都炒熟。烹调的自动化研究就是将人们在这种劳作环境之中解脱出来。那么什么是烹调？与烹饪又有何关系？怎样实现烹调的自动化？回答这些问题首先需要对烹调的概念有个清楚的认识。许多情况下，人们通常将烹饪与烹调当作同一概念使用，然而他们并非同一概念，二者存在差异。按照烹饪发展的历史逻辑，先有烹饪，后有烹调。烹调是烹饪发展到一定阶段-调味品出现之后才有的。最初的烹饪的目的是食物熟而可食，而烹调的目的则更进一步，使食物而可口，因此，烹调是烹饪发展相对高级阶段的产物。烹调的出现，使人们的饮食具有了超出果腹而满足享受的意义。由于烹调一词产生的时代，也是人类早已进入烹调与烹饪不分的时代，所以两个词在历史上不但有混用现象，而且有烹调一词代替烹饪一词的现象。近几十年来，烹饪与烹调二词分野也十分明确：烹饪涵盖烹调，烹调是烹饪的一个组成部分，二者是大概和小概念的关系。烹饪泛指食品（包括饮料）的制作生产；现代的烹调芝食品制作中的调和，即在材料的选取、配比、清洗、和切制等准备阶段已经完成的基础上，仅对材料进行加热、调和处理。这就是说烹饪包括准备阶段和烹调阶段。鉴于本论文特定的研究对象，将主要针对烹调的概念来进行相关系统的研究与开发。目前，将食品生产工艺过程划分为机器加工过程与深入被加工过程。如果工艺过程加工过程用机器完成，则称为机器加工过程，在设备中实现的加工过程称为设备加工过程。原料加成品的形态对于工艺机器的结构具有一定的影响。两着可能都是分散的，即单件的；也可能都是成团的，即非单件的。将非单件原料加工成非单件成品的过程最宜用机器实现。烹调工艺流程就符合这种特点。烹调在中国烹饪工艺流程中是最关键性的环节，也是烹饪过程中最决定意义的一步。中式烹调自动化实质就是将传统的中国烹饪手工操作变成机器的加工过程，生产出标准化的、感官形状符合人们审美习惯的菜肴。烹调自动化可以说是食品加工的艺术创造、烹饪科学与食品科学的结合点，它即要保证发挥传统烹饪艺术创造性，又要发挥科学创造的威力实现标准化规模化生产。随着现代应用技术的发展，中式餐饮业的自动化 有了一定的发展，也有不少自动化的烹饪机器，包括全自动电饭锅、微波炉、面包炉等。这些设备都或多或少涉及到烹调的自动化，而它们的功能单一，自动化程度底，没有实现集成化和智能化的功能，只是现有烹调设备的一个补充和辅助，严格上说仍不能算是自动烹调机器，与食品业自动化相比，明显存在着自动化程度布告的缺点。其主要原因是人们对菜肴（主要指热盘）的要求是现点现做以保证其绝对新鲜可口，而且不同的人常常要求不同口味的菜肴，不同口味的菜肴所使用的主料、配料、作料及火候、工艺等又不相同，所以，菜肴的烹调不同于糕点，罐头及速食等食品的制造，不可能实行单一品种批量生产的自动化流水线（在烹饪的准备阶段应该采用的方式）。即使在人工昂贵的欧美国家，尽管中菜广受人们喜爱，餐馆即使是快餐馆的工作，也是由厨师，配菜等人员来完成。要实现菜肴烹调自动化，要满足各类人群提出的不同口味菜肴的要求而进行不同物料选取及连续烹调，保证现点现做及烹调水平稳定，应用计算机控制的全自动烹调系统是可以 实现的。在准备阶段选料和配料是具有核心知识产权的部分，通常为烹饪大师所保留，而且很容易实现工业化，因此，准备阶段不在本课题的研究范围内，本论文视其为已完成。对于烹调阶段，则由于工艺的复杂性与灵活性，也同样具有知识产权特征，工艺的差别性也带来了菜肴口味的差别，因此烹调系统必须能适应工艺的多样性。在烹饪自动化带来了方便和快捷的同时，随着人们的生活水平的提高，饮食环境和饮食健康越来越被重视，然而绝大多数人只注重了中餐的色、香、味等表面属性，对于真正重要的饮食安全和营养却知直甚少，因而，自动化烹饪系统为此提供了一个极好的解决办法。它不需要食用者去具体了解食品的营养成分与安全度，一切已经为营养专家代劳了，自动化的烹饪系统会很好的执行下去，这有利于改变中国人不和情理的饮食结构。本课题研究的就是在无需人工干预的烹饪中烹饪机的锅定位及锅盖翻转机构的设计。从纵向看，任何一种产品生产的原始状态均是手工操作，随着生产力懂得发展，一部分才转向半机械化和机械化，从横向看，发达国家的产品的机械化、自动化较高，表现在食品加工上，一方面形成了现代工业化意义上的快餐行业，另一方面由于厨房机械自动化程度提高而向人们提供加工品、半加工品的比重较大。我国的中式快餐已经出现良好的发展势头，但仍处于起步阶段，加上中式烹饪操作的复杂性，致使中式烹饪自动化发展的进程较慢。也正是由于中国烹饪操作的复杂性，并不是所有菜肴均能工业化、自动化。中式烹调的工程化改造决不否认手工烹饪。传统的烹饪技艺将在酒楼、餐馆仍有进一步发挥之地，构成现代社会餐饮市场的重要组成部分。中国烹饪与国外烹饪相比，工艺复杂，技法繁多，百菜百味的特点，这的确给直接自动化生产带来很多困难，但是，一些烹饪方法如炸、熏、烤、熘和一些水传热的烹饪方法均可实现自动化，当然，这有赖于通过烹饪的科学研究，优选出适合烹饪自动化的品种。目前的一些实践证明，对于某些品种的菜肴，自动化生产已经成为可能。另一方面，从历史看，无论社会文明发展到何种程度，手工操作的烹饪技法创造仍有很大饿需求，不可能也不必要全部自动化，可以肯定地说，自动化的产品永远不可达到手工操作的水平，手工技艺终将有很大的市场需求。同时，自动化的品种和手工操作的品种在品质上总有差别的。1.2 本课题的国内外研究现状上世纪八十年代, 美国机器人之父英格伯格曾提出用机器人为人类做菜的设想。这个设想在2006年随着自动烹饪机器人的问世终于被实现了。自动烹饪机器人它第一次将机械电子工程学科和复杂的中国烹饪学科交叉融合。其基本原理为:将机电一体化技术和烹饪技术相结合,将烹饪工艺灶上动作标准化并转化为机器可解读的语言, 应用机械设计、自动控制、计算机技术等进行烹饪机器人系统软硬件开发。烹饪机器人可通过自身的锅具运动机构、工具运动机构、火候控制装置和其他必要辅助装置,完成中国烹饪灶上工艺的基本动作, 可自动完成烹饪过程, 从而实现中国烹饪的标准化与自动化。中国菜肴自动烹饪机器人顾名思义就是用机器代替人来实现中国菜肴的自动烹饪。由于西式快餐的进入,目前中国烹饪正处于烹饪的前工业化时期。自动烹饪机器人 的研制, 对中国烹饪走向国际化、中国烹饪工艺的标准化都有着积极意义。可以毫不夸张地说, 自动烹饪机器人 的诞生是中国烹饪的一次工业化革命, 必将会推动中国烹饪的标准化、智能化、工业化进程, 从而被载入人类发展的史册。自动烹饪机器人自动烹饪机器人能够自动完成中国菜肴的烹饪过程, 而这一功能是其他现有烹饪设备所不能达到的。就现有市场供应而言,在自动烹饪机器人 开发成功之前尚没有完整意义上的自动烹饪机。所谓较完整意义上的自动烹饪机, 是指能自动实现菜肴品种识别、烹饪程序调用、原料自动投放、烹饪工艺自动操作等一系列动作, 并达到与人工烹饪水准高度一致的烹饪效果。通过对市场现有的电烤箱、电炸炉、电磁炉、光波炉、热波炉、微波炉、程控蒸汽设备、数码煲仔饭机等烹饪设备进行调查, 并作简单分析, 我们得出这样的结论: 场现有烹饪设备尚不具备完成典型中国烹饪工艺的自动化生产能力。主要表现在三个方面: 一是不能实现中国烹饪的典型工艺技术, 上述设备基本属于对西式烹饪设备的模仿或改进, 只能实现中国烹饪的部分技法, 如烤、煮、炖、炸、蒸、焖, 而对于最具中国烹饪工艺特色的精髓工艺, 如炒、熘、爆等技法, 则无法实现。二是无法自动完成完整的烹饪工艺流程, 上述设备除数码煲仔饭机外, 都存在不合理简化或省略传统工艺环节的问题, 特别是将传统工艺中强调的多次投料简化为一次性投料, 由此导致菜肴的色、香、味、养均无法保障。数码煲仔饭机的设计虽考虑到多次投料的要求, 却完全依赖人工, 未能实现多次投料的自动化。三是无法满足消费者对菜肴口味的多样性需求, 上述设备基本未满足中国烹饪对原料配伍、烹制火候、加工手法等方面的要求, 从根本上丧失了保证菜肴口味纯正的可能。因此严格地讲, 目前世界上还没有一台真正意义上的自动烹饪机。 从机器自身已经实现的功能来看, 包括: 自动识别菜肴功能，通过电子扫描来识别菜肴从而实现自动调用菜肴烹饪程序; 自动分次投料功能，据菜肴的流程需要, 适时投放原料, 包括原料投放、加油和加水、淋油功能等; 水锅功能! ! ! 实现原料的焯水和以水为主要传热介质的菜肴制作; 油锅功能，实现原料的划油和油炸以及油的循环使用; 搅拌功能，实现原料的均匀混合和均匀受热, 包括划油时的搅拌和翻炒时的搅拌; 翻锅功能，实现原料的均匀受热, 并使原料在勾芡后均匀混合, 包括大翻和小翻; 自动清洁功能，菜肴制作完成后可以自主选择清洗与否; 油烟净化处理，菜肴生产过程中的油烟实现达标排放, 这是实现可持续发展的重要前提; 自动盛菜功能，菜肴制作完成后自动盛装于容器中弹出。这一系列工艺动作全部由机器自身实现, 惟一需要人帮助的就是要将料盒放置于机器内, 菜肴制作完毕后将菜肴取出就可以了。目前自动烹饪机器人 已实现中国菜肴烹饪方法中的大多数, 包括炒、爆、熘、烧、煸、炸( 不挂糊类) 等, 已能够制作的中国菜肴也达数以千计。自动烹饪机器人 所制作的菜肴都是由在国内享有盛名的烹饪大师们设计, 并转化成可以用机器烹饪的菜肴, 因而机器的烹饪水平是相当专业的, 已能够达到或接近中高级厨师制作菜肴的水平。自动烹饪机器人 的出现可以让庸厨下岗, 使良厨的价值得到充分的体现。它还可以解放生产力, 让厨师不受烟熏火燎之苦。优势如是, 自动烹饪机器人 在未来的中国烹饪中必有一席之地。很多个人和研究机构都提出了“自动烹调”的概念，并在这个领域进行了一些研究，也出现了“微电脑控制炒锅”、“菜肴自动加工机”、“自动饭菜机”等一系列的相关产品。但是，这些产品无论是在机构上还是控制上，离“自动烹饪”都尚有很大的距离。自动烹调的基本意义和目的就在于将被烹调物按照各种主要烹调技法加热至预期火候状态，达到预期口味和风味效果。上述的各种装置，基本上都无法控制或不能很好的控制烹调火候，更不能在烹调技法要求的火候条件下按照烹调技法要求的方式进行物料自动投放、翻动和盛出等烹调基本操作，所以不仅与自动烹调机能自动实现各种主要烹调技法和达到其风味特色的要求相差甚远，甚至在自动烹调机的最基本要求，即控制好生熟的程度的实现上都有难度。而且它们基本上都只能烹调一种或有限的几种菜式，扩展性很差，这与其设计概念和机构有关，因此实用意义相当有限，严格来说并不能被称为自动烹调装置。在国内华南理工大学黄文波设计制作了一种由电脑控制的全自动中式菜肴烹调机系统。该系统可完全取代人工根据顾客的随机点叫，快速、连续地进行不同菜肴的物料选取和全自动烹调，从而为餐饮业的烹调自动化提供了一种全新的选择方案。描绘了一个实用化及自动化的理想系统如何实现菜肴和其它烹调食品的自动烹调，但是也仅限于概念研究，并没有去具体实现，不过对本文的研究具有很好的参考价值。1.3 本课题的基本任务与要求1、本次毕业设计的原始数据及设计技术要求自动烹调机是菜肴的加工中心，与机械加工中心的原理相类似，因此，可按照数控系统的原理方法来进行研究，只是应用方向不同。设计技术要求：1）提出自动烹饪系统的传动方案；2）要求送料机构、锅铲机械手和锅盆运动机构不发生干涉；3）设计送料机构的结构；4）要求自动送料机构能够定点完成调料的投放；5）绘制自动送料机构的结构装配图及一些重要零件图；6）要求毕业论文叙述条理清楚，设计计算正确，论文格式规范。2、本次毕业设计(论文)工作内容及完成时间：1）2.203.18 4周查阅相关资料，外文资料翻译（6000字符以上），撰写开题报告2）3.194.01 2周阅读与自动烹饪系统相关的设计理论与方法； 3）4.024.08 1周提出自动烹饪系统的设计方案；4）4.094.29 3周对自动烹饪系统的送投料装置以及其他装置进行设计计算；5）4.305.13 2周绘制某部分装置的装配图；6）5.145.20 1周绘制一些重要零件图；7）5.216.03 2周编写设计计算说明书（毕业论文）一份；8）6.046.15 2周毕业设计审查、毕业答辩。第二章 本次设计的基本介绍2.1 烹饪机器人的基本介绍烹饪机器人，一种用于烹饪的机器人，属机器人技术领域，解决用机器人取代人工烹饪的问题，改变家庭厨房的现状。它采用电脑与仿真机械手配合，模拟厨师的操作过程，烹调各种菜肴和主食。将复杂的中国菜烹饪工艺与动作进行分解与定义，并用机器人专业与烹饪专业均能理解的语言进行描述；在此基础上，找出中国烹饪的核心工艺与核心动作；之后设计机器人运动系统，包括锅具动作机构、送料机构、火控机构、出料机构等。烹饪机器人的工作原理是将厨师的菜品数字化，编成程序输入到电脑系统，以后机器人炒出的菜肴就可以同名厨一致。烹饪机器人还可以根据不同的人各自口味的不同，改变各项指标的数据及操作时间本次毕业设计的题目是：自动烹饪机送料机构的结构设计。本次设计的研究对象为自动烹饪机。自动烹饪机研究的目的与意义在于自动烹饪机具有以下特点：1、烹饪生产持续性自动烹饪机的可持续表现为两个方面, 一是机器可以持续生产, 不疲倦。和人工比较, 自动烹饪机器人 不受时间和条件的限制, 只要需要, 你可以随时打开机器进行菜肴制作, 而人工操作就会受到上下班时间的影响。二是在机器开发方面的可持续。在机器开发之初就将烹饪过程中会产生的油烟、废水、节能等作为重点攻关内容, 使菜肴的生产过程符合科学规范的要求。这方面已取得了进展, 一方面使油烟、废水产生少; 另一方面使油烟、废水达标排放, 这两项内容虽然增加了开发成本, 但却符合现代社会可持续发展的要求。2、烹饪经验数据化对于自动烹饪机器人 而言, 恰到好处地运用了克隆 技术。所谓克隆,就是将大师为机器开发设计的菜肴经过严格的筛选, 对菜肴进行定性和定量分析, 找出符合菜肴最佳品质的数据, 建立菜肴数据信息, 再将这些信息编制成软件来控制菜肴的生产。具体操作包括: 一是菜肴用料标准化。邀请烹饪大师为自动烹饪机器人编排机器菜肴, 然后将菜肴用料和用量进行量化。每一道菜肴都是严格地按照标准配方进行组配生产,为后续菜肴品质的稳定提供基础。二是工艺过程标准化。将菜肴的工艺流程编制成机器语言, 使每一道菜肴都有一个固定的加工程式。每个过程的先后, 都以保证菜肴质量为前提, 决不随意改变菜肴的加工过程。三是工艺参数数据化。即对加工过程的每个动作进行量化。包括火力的选择与适时调节、划油( 煸炒) 的油温控制、原料在锅中受热时间的长短和搅拌力度的大小、翻锅的次数和力度、晃锅力度的调节运用等等都严格加以规范。3、出品质量稳定如一菜肴用料标准化和烹饪过程标准化是保障菜肴出品质量稳定如一的基础和前提,通过标准化生产来稳定菜肴的出品是控制菜肴质量的有效途径。就人工操作而言, 是很难做到菜肴品质稳定如一的, 原因就在于人工制作菜肴过程中, 可能会受许多外界因素的干扰, 诸如工作压力、设备条件、生理状态等等, 尤其是临灶对菜肴加热时间的把握很难做到准确一致, 所以即便是同一个人做同一种菜, 都可能会出现两种不同的结果。自动烹饪机器人 制作的是基于标准化组配的菜肴, 运用标准的程序进行制作, 由于菜肴的每一个环节都经过了量化, 对每一个用料和过程都有严格的规范, 因此菜肴的制作是严格按照规定程序进行, 从而保证了每一道菜肴出品质量稳定如一; 标准化生产的另一个意义在于充分保障了菜肴的营养价值、风味要求和卫生要求。4、性能稳定操作简单机器性能的稳定可靠是自动烹饪机器人 的一个重要特质。自动烹饪机器人 虽是一项新产品, 偶尔也会出现一些小故障,但作为一项世界级的新发明而言, 其性能已算相当的稳定。自自动烹饪机器人 诞生以来, 经历了数以千道菜肴的制作, 包括从功能样机的鉴定、新闻发布会和高交会的现场表演、全国厨师节和满汉全席总决赛现场录制等,自动烹饪机器人 都表现出了良好的稳定性。这对于一件新产品而言实属不易。自动烹饪机器人 的使用也是相当的简单,其流程为: 购买自动烹饪机器人 专用材料盒, 将材料盒放在自动烹饪机器人 的投料机构上, 然后按屏幕提示操作, 23 分钟后就可以制作出一道美味可口的佳肴。整个过程就是如此, 简单到就好像在ATM 柜员机上提现一样。正是由于自动烹饪机的以上特点我们才要加强对自动烹饪机的研究以及优化，本次毕业设计的重点在于自动烹饪机送料机构的结构设计2.2烹饪机器人基本结构组成自动烹调机的基本组成将包括：控制计算机部分、伺服驱动部分、检测部分以及机械运动部分。自动烹调机的运动部分主要是翻炒运动、锅旋转运动、锅盖翻转运动和送投料运动。其组成框图见图2-1。 检 测 反 馈 装 置PC机运动控制卡步进电动机直流电动机直流电动机直流电动机锅铲机械手机构锅旋转机构锅盖翻转机构送投料机构图 2-1自动烹调机的基本组成控制计算机是存储烹调加工所需要的全部动作和锅铲相对于锅的内表面位置信息的媒介物，它记载着烹调加工的程序。在以前的数控设备中，常用的控制介质有穿孔带、穿孔卡片、磁带和磁盘等，但随着信息技术的发展，穿孔带和穿孔卡片也将趋于淘汰，自动烹调机的控制介质将更多使用磁带和磁盘或直接利用网络进行信息传输。 自动烹调机系统采用PC加运动控制卡的结构，运动控制卡是自动烹调机控制系统的核心之一，是整个系统得以运行的关键所在，自动烹调机整个控制系统要求并不需要很精确，锅铲只要能有效铲起锅中懂得物料即可，因此选择开环式控制是最合适的，也有利于控制系统的简化，提高系统运行的可靠性，应该尽量选择经济实用型运动控制卡，同时要求能够在控制软件开发方面快速且方便。 伺服系统是接收计算机的指令，驱动烹调机执行机构运动的驱动部件。包括进给驱动单元（主要有速度控制和位置控制）、进给电机、锅盖翻转驱动和锅旋转驱动单元等。这里的伺服驱动系统要求有好的快速响应性能，以及能灵敏而准确地跟踪指令功能。在本设计中主要采用步进电机和直流电机。 检测反馈装置由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测速度、位移和温度等。 烹调机本体包括基础框架、运动机构等机械部件。烹调机本体结构得到了下面几个特点：（1）由于采用了进给伺服系统装置，烹调机的机械传动得到了简化，传动链较短。（2）烹调机的机械结构具有较高的动态特征、动态刚度、阻尼精度、耐磨性以及抗热变形性能。适应连续地自动烹调。（3）采用高效传动件。为了保证自动烹饪机的功能得到充分发挥，还有一些配套部件（如防水、隔热润滑、清洁、报警等一系列装置）。自动烹调机应能够通过各个机构的协调工作而很好的模仿人手炒菜时锅铲的动作，并自动控制烹调火候，在烹调技法所要求的火候时机以烹调技法所要求的方式进行物料投放、翻炒和盛出等烹调基本操作。在中式烹调中，主要包括了42中烹调方法：炙、烤、烙、煎、炸、炒、熘、煮、蒸、勾芡等等。这42中烹调方法各不相同，而且每一种方法又有很多细分，中式烹调技法千变万化，因而很难将所有的烹调技法一一列出，可以通过分类归纳，将这些烹调方法中相似或相近的方法集合成一种动作，在程序里将其编成一个功能子程序，通过调用的方式来实现烹调方法的自动化。那么对烹调自动化系统的功能要求归结起来包括：（1） 实现人手烹调时的翻炒、拨散、搅拌、盛出等动作；（2） 能够自动投放原料和调味料；（3） 能适应烹调方法的要求；（4） 能控制火候，达到预期风味；（5） 有良好的扩展性，即能适应新菜式的烹调要求。2.3烹饪机器人基本工作原理烹饪机器人的工作原理是将烹饪工艺上的灶上动作标准化，并转化为机器可解读语言，再利用机械装置和自动控制、计算机等技术，模拟实现厨师工艺操作。由于它会自动地在温度、火候、油烟量等方面严格对比事先设计好的参数，因此做出来的菜，口味比较纯正。图2-2 深圳诞生首个烹饪机器人机器人做菜的过程，根据不同的菜肴，时间需要2至4分钟。工作人员把配料装进专用的盛装盒，输入菜名，机器人便自动开始炒菜，翻锅、颠勺，甚至洗锅。烹饪机器人的特点是：烹饪过程自动化、菜肴品种多样化、菜肴质量稳定、营养结构科学、供应链条严谨。机器人烹饪出的菜肴已达到专业烹饪厨师水平，甚至超过了一般厨师，特别是炒的功夫上佳，对油温和火候的把握精准。3.4烹饪机器人送料结构介绍投料系统要完成菜肴原料的分次计量投放,根据烹饪工艺,原料可以分为姜蒜、主料、辅料和调料,其中调料为特制的混合调料,油和水有专门的设备提供,不在投料系统的考虑范围。投料系统的料盒必须根据菜肴原料的分类,在满足投料动作的前提下,设计相应容量。同时,为了最大化地满足烹饪工艺对投料的要求,投料系统在设计上应力求具有最大的灵活性,即能够满足各种菜肴的烹饪,可以配置于不同类型的烹饪机器人上.投料系统相关的动作要求有两类,一是手工动作,即烹饪前人力辅助将装有菜肴原料的料盒放到投料机构上去,以及烹饪后手工取下空的料盒;二是电器控制的自动投料动作,要求实现将料盒内的菜肴原料按照烹饪工艺投放到锅具内,这是投料系统在设计上重点考虑的对象。此外,投料系统还得充分考虑手工操作的方便。投料系统的具体设计方案如图1 所示,自动投料的功能主要靠料盒组件的水平移动和单个料盒的翻转投料动作来实现. 水平移动电机3 主导投料系统的水平移动动作,使料盒组件在投料架上实现图1 中a 所示的水平直线移动. 当其中一料盒移至投料位置时,翻转投料电机4 主导投料系统的翻转投料动作,使单个料盒完成图1 中b 所示的一定角度范围内的旋转动作,实现投料功能. 投料位置位于整个投料机构的中间位置是最合理的,如此可以在保证足够水平行程的同时,有最小的长度尺寸.图2-3 投料系统投料系统采用盒式料盒,图2-3中,从右至左,依次为姜蒜料盒、主料盒、2 个辅料盒和调料盒,此安排也符合一般的烹饪投料次序,因辅料的量比较大,所以用了2 个.料盒的取放采用推拉的方式,料盒底部有一个梯形状插槽,投料机构上固定有插板,插槽和插板的形状正好吻合,此结构不仅利于料盒在投料架上的固定,而且还非常便于料盒的取放. 料盒前后都安有手柄,便于手持料盒进行料盒的取放动作.翻转投料中最主要的动作是翻转电机组件带动导向旋转轴转动,通过轴两端的连接杆带动翻转杆转动. 翻转杆上固接有一块翻转板,它插在料盒组件一端的两块夹板之间,并留有一定的间隙,便于料盒组件的水平移动. 翻转板随翻转杆转动,从而拨动料盒组件上的夹板,使整个料盒组件随旋转座饶导向旋转轴转动. 旋转座内的零件为线性滚珠衬套,既能实现直线运动又能实现旋转运动. 翻转板两侧和支撑板上跟套筒接触的区域都粘有聚氨酯的缓冲垫,以便在翻转投料的过程中避免金属间碰撞发出噪音,同时也可以使翻转更稳定.水平移动组件主要实现各料盒组件的水平移动,在烹饪时,将任意料盒组件移动至投料位置,位于投料机构的中间部位. 在运动实现上,要完成的动作就是能够带动五个独立的料盒组件沿导向轴和导向旋转轴水平往返移动。35第三章 送料机构的结构设计3.1 送料机构的方案设计对于自动烹饪机器送料结构的设计主要是要对两个运动即要对上述两种结构进行方案设定：1、自动烹饪机器送料时候料斗的水平移动；2、自动烹饪机器送料时候料盒的翻转投料。3.1.1 自动烹饪机器水平移动方案的确定方案一：利用滚珠丝杆机构实现水平移动方案二：利用气缸导轨机构实现水平移动3.1.2 自动烹饪机器料盒翻转方案的确定方案一：利用四杆机构实现料盒的翻转方案二：利用气缸实现料盒的翻转3.2 送料机构总体结构设计3.2.1 料盒组件设计投料系统采用盒式料盒,图3-1中,从右至左,依次为姜蒜料盒、主料盒、2 个辅料盒和调料盒,此安排也符合一般的烹饪投料次序,因辅料的量比较大,所以用了2 个。图3-1 投料系统料盒的取放采用推拉的方式,料盒底部有一个梯形状插槽,投料机构上固定有插板,插槽和插板的形状正好吻合,此结构不仅利于料盒在投料架上的固定,而且还非常便于料盒的取放. 料盒前后都安有手柄,便于手持料盒进行料盒的取放动作。3.2.2 投料组件设计在烹饪过程中,翻转投料组件要实现料盒的翻转投料动作,完成投放菜肴原料的功能。投料系统中跟翻转投料相关的组件如图3-2 所示,以主料盒组件为例,并且略去跟翻转投料动作关系不大的组件。图3-2 翻转投料系统翻转投料中最主要的动作是翻转电机组件带动导向旋转轴转动,通过轴两端的连接杆带动翻转杆转动. 翻转杆上固接有一块翻转板,它插在料盒组件一端的两块夹板之间,并留有一定的间隙,便于料盒组件的水平移动. 翻转板随翻转杆转动,从而拨动料盒组件上的夹板,使整个料盒组件随旋转座饶导向旋转轴转动. 旋转座内的零件为线性滚珠衬套,既能实现直线运动又能实现旋转运动。翻转板两侧和支撑板上跟套筒接触的区域都粘有聚氨酯的缓冲垫,以便在翻转投料的过程中避免金属间碰撞发出噪音,同时也可以使翻转更稳定。3.2.3 水平移动组件水平移动组件主要实现各料盒组件的水平移动,在烹饪时,将任意料盒组件移动至投料位置,位于投料机构的中间部位. 在运动实现上,要完成的动作就是能够带动五个独立的料盒组件沿导向轴和导向旋转轴水平往返移动。图3-3 水平移动系统投料系统中跟水平移动相关的组件如图3-3 所示. 5 个料盒组件分布于隔离套筒和组合隔离套筒间,即图中a、b、c 、d 和e 所示的位置,通过组件中旋转座内的线性滚珠衬套跟导向旋转轴配合,同时支撑板也搁置在导向轴上的套筒上. 套筒套在导向轴上,其两端分别内置有直线轴承,可以沿导向轴平移,又因为线性滚珠衬套也能很好地沿导向旋转轴平移,所以各料盒组件完全能够实现水平移动. 套筒、各类连接板和隔离套筒组合成一个框架,在动力系统的带动下,推动框架内各料盒组件的水平移动。3.3 送料结构的减速装置设计根据自动烹饪机器送料机构的基本结构特点采用采用准平行啮合线环面蜗杆减速器进行运动过程中的减速。具体设计方案是：选用的电动机输出转速是940r/min，由凸缘联轴器将电动机轴和准平行啮合线环面蜗杆减速器的输入轴相联接，经过减速器的减速，电动机输出的转速降为18.8r/min，再有凸缘联轴器将减速器的输出轴与滚筒轴联接，将减速器输出轴的转速传给滚筒，滚筒转动带动绕在其上面的钢丝绳旋转，由钢丝绳提起具有一定质量的灯具。2.1电动机类型和结构型式选择电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要根据工作机的工作特性、电源种类(交流或直流)、工作条件(环境温度、空间位置等)、载荷大小和性质(变化性质、过载情况等)、起动性能和起动、制动、正反转的频繁程度等条件来选择电动机的类型、结构、容量(功率)和转速，并在产品目录中选出其具体型号和尺寸。 电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于生产单位一般多采用三相交流电源，因为此，无特殊要求时均应选用三相交流电动机，其中以三相异步交流电动机应用最广泛。根据 不同防护要求，电动机有开启式、防护式、封闭自扇冷式和防爆式等不同的结构型式。 Y系列三相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机，由于其结构简单、工作作可靠、价格低廉、维护方便，因此广泛应用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，如金属切削机床、运输机、风机、搅拌机等。对于经常起动，制动正反转的机械，如起重、提升设备，要求电动机具有较小的转动惯量和较大过载能力，应选用冶金及起重用三相异步电动机Yz型(笼型)或YzR型(绕线型)。 电动机的容量(功率)选择的是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。容量选得过小，不能保证工作机正常工作，或使电动机因超载而过早损坏；而容量选得过大，则电动机的价格高，能力又不能充分利用，而且由于电动机经常不满载运行，其效率和功率因数较低，增加电能消耗而造成能源的浪费。电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。 由以上的选择经验和要求，我选用：三相交流电 Y系列笼型三相异步交流电动机。1、电动机的技术数据根据自动烹饪机器送料机构计算相关设计资料，可选定电动机额定功率，取同步转速1000，6级由机械设计手册选用Y100L6三相异步电动机，其主要参数如下电动机额定功率：=1.5kw； 电动机满载转速：=940 电 流 ： I=5.6A 3.3.2传动装置的传动比及动力参数计算1、各轴功率计算=KW =KW 2、各轴转速的计算n940nn940/50=18.83、各轴输入扭矩的计算表3-1参数列表：轴 名功率Kw转速扭矩蜗杆轴1.4794014.93蜗轮轴0.9718.8492.743.3.3 蜗杆传动设计计算1、选择蜗杆、蜗轮材料1）选择蜗杆传动的类型采用准平行环面蜗杆传动.2）选择蜗杆、蜗轮材料，确定许用应力考虑蜗杆传动中，传递的功率不大，速度只是中等，根据机械设计手册，蜗杆选用40Cr，因希望效率高些，耐磨性好故蜗杆螺旋齿面要求：调质HB265285.蜗轮选用铸锡磷青铜ZQSn10-1，金属模铸造，为了节约贵重有色金属，仅齿圈用锡磷青铜制造，轮芯用灰铸铁HT100制造由机械设计手册查得蜗轮材料的许用接触应力 =190由机械设计手册查得蜗轮材料的许用弯曲应力=442、确定蜗杆头数Z及蜗轮齿数Z1）由机械设计手册选取头数：Z12）蜗轮齿数确定：ZZi15050故取Z50 3、确定蜗杆蜗轮中心距a 1）确定蜗杆的计算功率 上述表达式中：K使用场合系数，每天工作一小时,轻度震动由机械工程手册查得：K0.7；K制造精度系数，取7级精度，查得：K0.9；K材料配对系数，齿面滑动速度 10由机械工程手册查得：K0.85。代入数据得：KW以等于或略大于蜗杆计算功率所对应的中心距作为合理的选取值根据机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2522a，选取蜗杆的中心距：a100mm3.3.4 蜗杆传动几何参数设计准平行二次包络环面蜗杆的几何参数和尺寸计算表1. 中心距：由机械设计手册标准选取：a=100mm2.齿数比：u503.蜗轮齿数：由机械设计手册选取：4.蜗杆头数：由机械设计手册选取：5.蜗杆齿顶圆直径：根据机械设计手册选取：=45mm6.蜗轮轮缘宽度：根据机械设计手册选取：b=28mm7.蜗轮齿距角：8.蜗杆包容蜗轮齿数：K=59.蜗轮齿宽包角之半：0.5（K0.45）=10.蜗杆齿宽：根据机械设计手册选取：=53mm11.蜗杆螺纹部分长度：根据机械设计手册选取：=59mm12.蜗杆齿顶圆弧半径：根据机械设计手册选取：R=82mm13.成形圆半径：根据机械设计手册选取：=65mm14.蜗杆齿顶圆最大直径：根据机械设计手册选取：=53.8mm15.蜗轮端面模数：m=mm16.径向间隙：=0.5104mm17.齿顶高：h=0.75 m=2.233mm18.齿根高：h= h+ C=2.7434mm19.全齿高：h= h+ h=4.9764mm20.蜗杆分度圆直径：（0.624）a 40.534mm21.蜗轮分度圆直径：2a159.466mm22.蜗轮齿根圆直径：d2 h=153.9792mm23.蜗杆齿根圆直径：d2 h=35.05，判断：因为=28.12mm,满足要求24.蜗轮喉圆直径：d2 h=163.932mm25.蜗轮齿根圆弧半径：=82.475mm26.蜗杆螺纹包角之半：=27.蜗轮喉母圆半径：=25.88mm28.蜗轮外缘直径：=164.95mm29.蜗杆分度圆导程角：=30.蜗杆平均导程角：31.分度圆压力角：=32.蜗杆外径处肩带宽度： 取3mm33.蜗杆螺纹两端连接处直径：=35mm34.蜗轮分度圆齿厚：数据带入公式得 5.508mm35.齿侧隙：查机械设计手册得:36.蜗杆分度圆齿厚：=4.298437.蜗杆分度圆法向齿厚：=4.28538.蜗轮分度圆法向齿厚：=5.4939.蜗轮齿冠圆弧半径：=19.277540.蜗杆测量齿顶高：=2.203541.蜗杆测量齿顶高：=2.1853.3.5 轴的结构设计 1、蜗杆轴的设计1）轴的材料选择由机械设计手册选用45号钢，调质。2）最小轴径的初步计算由机械设计手册取105，根据公式：上述表达式中： 轴的转速 ，940r/min 轴传递的功率 , 1.47kw 计算截面处的轴的直径， mm将数据代入公式得：输出轴的最小直径是按照联轴器处轴的直径，为了使所选的轴的直径 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转距，查机械设计手册考虑到转距变化很小，故取Ka=1.3，则按照计算转距应小于联轴器公称转矩的条件，查标准手册（GB5843-86）选用YL4型凸缘联轴器，半联轴器的孔径=22mm，故取 =22mm，半联轴器的长度L=52mm。3.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度拟订轴上零件的装配方案：本题的装配方案已经在前面分析比较，现选用如图所示的装配方案。1) 为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2轴段右端制 出一轴肩，故取=28mm，左端用轴端挡定位，按轴端直径 取挡圈直径D=30mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度=52mm,保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比略短一些，故取：=50mm2) 初步选择滚动轴承，因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据=28mm，由轴承产品目录中初步选取标准精度级的单列圆锥滚子轴承30207，其尺寸为：dDT=357218.25mm，故=35mm。 3) 已求得蜗杆喉部齿顶圆直径=45mm，最大齿顶圆直径=53.8mm，蜗杆螺纹部分长度L=59mm，蜗杆齿宽=53mm，所以取=68mm，=53.8mm，=45mm，=42mm。 4) 轴承端盖的总宽度为20mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定)。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴的右端面间的距离l=20 mm，故取=40mm. 5) 为避免蜗轮与箱体内壁干涉，应取箱体内壁凸台之间距离略大于蜗轮的最大直径，取内壁距离=175mm考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离，S，取S=8mm。6）在3-4和7-8轴段应各装一个溅油轮，形状如图所示，取其长度L=27.75mm。所以，可求得：mm， 33.75mm 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。4）轴上零件的周向定位 ；半联轴器与轴的周向定位均采用平健联接。按由手册查得平键截面为mm(GBT1095-1979)，键槽用键 槽铣刀加工，长为45mm(标准键长见GBT1096-1979)，半联轴器与轴的配合为H7k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。图3-1轴肩处的圆角半径2、蜗轮轴的设计1）轴的材料选择由机械设计手册选用45号钢，调质=6502）轴径的初步计算由机械设计手册，取A112，根据公式 ，上述表达式中： 轴的转速 ，18.8r/min 轴传递的功率 , 0.97kw 计算截面处的轴的直径， mm将数据代入公式得mm输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，故需选取联轴器型号。联轴器计算转距，查机械设计手册，考虑到转距变化很小，故取Ka=1.3，则按照计算转距应小于联轴器公称转矩的条件，查标准手册（GB5843-86）选用YL11型凸缘联轴器，半联轴器的孔径=50mm，故取=5
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