咖啡机分杯器原理及机构设计

咖啡机分杯器原理及机构设计

作为一台全自动多功能的咖啡机，其实质是一套自动控制系统，包含研磨器、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、热水系统和制冷系统等核心子系统。其中，分杯系统是咖啡机性能和质量的关键部分之一。本文将介绍分杯系统中的核心部件——分杯器的原理设计、机构设计以及需要考虑的各方面，为相关产品的研究者提供参考。在设计分杯器之前，需要充分了解市场需求和行业使用情况。自动售卖咖啡机使用的杯子具有一定规律，如表1所列出的部分规格，读者可作为参考。杯子的包装方式是将50或100个相同规格的杯子重叠成一条后装箱运输。这种包装方式可能会导致杯子之间压得太紧或放置不平整，从而对分杯效果和稳定性造成一定影响。因此，在设计前需要充分考虑各种不利因素，以便设计出更适应各种情景的机构。分杯器的设计要求和总体目标是：兼容更多规格的杯子，易于装配；宽度尺寸小，分杯动作平稳，不能有震动，分出的杯子不能倾斜，以免掉落偏移；动作可靠性高，每次只能分一个杯，寿命可靠，不易受到外部干扰；填杯方便，容杯数量合理，不易受到外部污染；能智能判断分杯状况，记录已分出杯子的数量，检测杯子剩余状态，具有超强的纠错能力，在分杯出错时能自动探测并修正。分杯器的运动原理设计巧妙地运用了带螺旋面的分杯轮，通过旋转运动分杯。整列杯子被压在轮子上，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。当分杯轮继续转动，杯子被带到螺旋面下方，处于悬空状态。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。控制原理设计采用传感器控制分杯轮的初始角度、运动方向和运动角度，探测分杯是否成功，以及杯筒内的杯子是否用完。最后，详细设计中需要考虑齿轮参数，以确保分杯器的动作平稳、可靠、精准。分杯器2由分杯齿环、分杯轮和驱动齿轮组成。分杯齿环的模数为1mm，齿数为90，内孔直径为83mm；分杯轮的模数为1mm，齿数为12；驱动齿轮的模数为1mm，齿数为24。当驱动齿轮运动半圈时，分杯轮就会运动一整圈，完成一次分杯运动。分杯器2的外壳采用巧妙的设计，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，先将分杯齿环装入外壳内，再将六个分杯轮的缺口在夹具的定位下装入外壳，最后将驱动齿轮装入带定位的卡钩内，注意其装配方向。传感器放置在另一个外壳内，其中一个为hall传感器，作用为定位驱动齿轮的初始及停止角度，另一个为光电传感器，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。整列杯子放置在分杯器中，处于复位状态。六个分杯轮经过分杯齿环传动同时做逆时针旋转，运动到一个位置，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。分杯轮继续逆时针旋转，被分离杯子被带到螺旋面下方，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。驱动齿轮驱动分杯轮继续旋转，经过一整圈运动后，在传感器定位下，再次停在复位位置，这样，一次分杯动作完成。为了适应不同大小的杯子，分杯器采用更换分杯轮的方式。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直径范围是63mm～80mm。分杯器的外壳设计方面考虑节省模具成本，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＋TF。分杯器是一种常见的自动分杯设备，具有分杯快、准、稳的特点。在设计分杯器时，需要考虑以下三个方面。首先是互换性。为了适应不同规格的杯子，我们设计了不同规格的分杯轮，并通过更换分杯轮来组合不同规格的分杯器。这种设计不仅装配简单，而且运动稳定。其次是分杯平稳性。在一套分杯器中，分杯轮放置的个数直接影响到分杯的平稳性。行业内一般设计为4～8个。我们在设计中也遵循了这个原则。最后是材料选用。我们选择了食品级的POM作为材料，并重点控制了分杯轮内孔尺寸，以确保材料的安全性和分杯的准确性。除了分杯轮，分杯齿环也是分杯器中的重要部件。在设计分杯齿环时，需要考虑杯子尺寸及各分杯轮装配时的定位方向