咖啡机分杯器原理及机构设计

1、咖啡机分杯器原理及机构设计做为一台全自动多功能的咖啡机，实际就是一套自动控制系统。 其通常包含如下核心子系统:研磨器、酝酿器、搅拌器、容器系统、 搅拌棒供给系统、分杯系统、供杯系统、支付系统、热水系统、制冷 系统。做为核心部件之一的分杯系统运行效果直接影响到整个咖啡机 的性能与质量。笔者在此，就分杯系统中核心部件之一:“分杯器”的原 理设计、机构设计及需要考虑的各方面,为大家展示一个实际运用的 类似机构，为相关产品的后来研究者提供有益的参考。1准备工作，前期分析为了结构与控制方式设计能考虑全面,符合市场需求，在设计前需 要充分了解行业使用和各种不同需求。自动售卖咖啡机使用的杯子是 有其一定规律

2、的，表1列举了部分规格,读者提供参考，形状及尺寸参考, 图1、表1。杯子的包装方式是:50个，或100个相同型号的杯子重叠 成一条后，装箱运输。装填时，直接将整条杯子向容杯器内放置。如此 包装、搬运，可能会造成两个杯之间压得太紧;放置时也为因维护人员 操作不规范造成杯子有少许不平整。从而可能会对分杯效果及稳定性 造成一定的影响。因此，在设计前需要充分考虑到各种不利因素，设计 出的机构才能更好地适应各种情景。2原理设计2.1设计要求及总体目标是:分杯器能兼容更多规格的杯子，易于装配;宽度尺寸小（薄），分杯动 作平稳，分杯时不能有震动，分出的杯子不能倾斜，以防掉落偏移;动作 可靠性高，每次只能分一

3、个杯，寿命可靠，不易受到外部的干扰;填杯方 便,容杯数量合理，不易受到外部的污染;能智能判断分杯状况，能记录 已分出杯子的数量,能检测杯子剩余状态，超强的纠错能力,在分杯出 错时能自动探测并修正。2.2运动原理设计本例巧妙地运用了带螺旋面的分杯轮，通过旋转运动分杯。整列 杯子压下轮子上，当分杯轮旋转时，最下面一个杯子的杯沿会被带入螺 纹面内（由于螺纹节距只能容纳一个杯通过）。当分杯轮继续转动，杯子 被带到螺旋面下方,处于悬空状态。如此，杯子将在重力和螺旋面压力 作用下顺畅下落，准确掉入下方取杯器中，从而达到设计意图。2.3控制原理设计运用传感器,控制分杯轮初始角度、运动方向及运动角度;运用传

4、感器探测分杯是否成功，探测杯筒内的杯子是否用完。3详细设计及动作讲解3.1齿轮参数设计分杯齿环2:模数M=1mm，齿数Z=90,内孑L d=83mm;分杯轮3:模数M=1mm，齿数Z=12;驱动齿轮4:模数M=1mm，齿数Z=24。如 此,当驱动齿轮运动半圈，分杯轮运动一整圈，完成一次分杯运动。3.2部件组成及装配方式于配秋波此部件的外壳通过巧妙设计,上下壳为同一个零件，可通 过周边直口及内部孔轴定位，周边均匀分布的四个卡钩可将其稳定地 扣在一起，形成分杯器外壳。装配时先将分杯齿环3装入外壳1内，再 将六个分杯轮2的缺口在夹具的定位下装入外壳1,最后将驱动齿轮4 装入带定位的卡钩内，注意其装配

5、方向;将传感器5装入另一个外壳1 内（此传感器PCB板上放置了两个传感器,其一为hall传感器，作用为: 定位驱动齿轮4的初始及停止角度;另一个为光电传感器，其作用为: 利用红外线，探测杯子的剩余状态。）；两个分别装有元件的外壳互配成 为一个分杯器。3.3具体运动动作（为方便观察，此处隐藏了上部装配零件）整列杯子如图3方式，放置在分杯器中,处于复位状态（如图3,a）。 六个分杯轮3经过分杯齿环2传动同时做逆时针旋转,运动到（图3,b） 位置。此时，最下面一个杯子被带到螺纹面下方,而上方杯子仍搁在分 杯轮上，这样就将一个杯子从整列杯中分离开来。分杯轮3继续逆时 针旋转，被分离杯子被带到螺旋面下方

6、，处于悬空状态;同时，其杯沿上 表面在分杯轮下方螺纹面的压力作用下，加大与上方杯子距离,并顺利 下落（如图3,c）。驱动齿轮4驱动分杯轮3继续旋转，经过一整圈运动 后，在传感器定位下，再次停在（如图3,a）位置，这样，一次分杯动作完成。3.4互换性如上分析，因市场及饮品不同，需要不同规格的杯子，我们不可能 一种杯子就设计一套分杯器，如此，既浪费资源又不方便生产管理及维 护。因此，在此设计中，我们考虑的是,以更换分杯轮3方式来适应不同 大小的杯子。各尺寸的分杯轮保持与分齿环配合的齿轮不变，只改变 上部螺纹面的直径。如此设计，配合其余零件便可做出一个系列的分 杯器。此例设计的分杯器可适应的杯子尺寸

7、直径范围是 ：63mm 80mm o3.5设计要点外壳:设计方面考虑:为节省模具成本,优化物料管理及装配便利， 上下壳设计为一个零件，装配时通过调整方向，自身互配，组合成一个 外壳；材料及成型考虑:由于各件需要在此件上运动，选用用耐磨工程 塑料，同时加工与成型尺寸精密、稳定。综合各方面要求，此件选用 POM+TFo分杯轮:考虑有三点：(1)互换性:以适应更多的杯子，本例设计了不 同规格的分杯轮,通过更换分杯轮来组合不同规格的分杯器，装配简单, 运动稳定；(2)分杯平稳性:一套分杯器中，分杯轮放置个数直接关系到 分杯的平稳与否,行业内设计为48个;(3)材料选用:本例选择食品级 的POM，重点控制分杯轮内孔尺寸。分杯齿环:齿数及模数设计:需