餐具分拣装置的设计

北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计前言1.1小组课题综述1.1.1餐具自动清洗机市场背景中国餐饮行业发展迅速，企业数量巨大，消费者离开后往往会产生大量带有剩菜残渣及油污的餐具餐盘。人工收集餐盘并倾倒剩菜、清洗餐盘餐具再将其分类，效率低下，劳动强度大，为应对市场需求，有些企业和学校会选择使用餐具自动清洗机。餐具清洗机的分类有多种，根据使用场所的不同有酒店，食堂，消毒公司，家用洗碗机等。目前市面上的全自动洗碗机可以分为两大类，主要是家用和商用，全自动家用洗碗机因其体积功率较小一般来说只适用于家庭，而商用洗碗机根据结构设计的不同可分为箱式和传送式两类。表1.按结构分类的家用洗碗机特点分拣机器在目前不管是国内还是国外市场大多使用特殊结构，通过餐具本身的几何特征不同而用不同结构将其分筛开来，多数使用长龙式或斜坡式，分拣速度快，分拣餐具的数量一次也可以达到数十个或上百，带有分拣机构的洗碗机机身十分庞大且长度很长，整机占地面积较大，耗费电量多，且结构复杂不易于安装或修理，只适用于大型企业，一般食堂或学校不适用此种类型的机器。图1.1清洗分拣一体化机器目前国内市面上的洗碗机产品多为单独清洗各类餐具或单独分拣餐具的机器，抑或是“一条龙服务”式，在这台机清洗完人工搬至下台机进行分拣。国外的餐具自动回收清洗的科技水平较高，机器自动化程度高，可以满足更多需求，与此同时带来的也是更高的造价，再者，由于中外餐饮文化的差异，若非是直接定做，否则难以有现成的机器可供使用，种种原因使得该设备的成本更高，企业难以轻易抉择。鉴于此，设计一种适用于国内现状的洗碗机是很有实用价值的。本文设计的餐具自动清洗机是专门为食堂餐盘及餐具设计的。与市面上洗碗机最大不同的一点便是它具备清洗与分拣一体化功能。清洁完毕后的餐盘，筷子，勺子可以被机器分拣开来，而不需要再进行人工分拣，实现更高程度的机械自动化，真正做到节省人力资源，使分拣操作不再繁杂，降低工作人员劳动强度的同时带来更大的实用性和经济性。同时，该食堂餐具自动清洗机为餐盘及餐具量身定做，适用于最常见的食堂不锈钢餐盘，虽适用范围不广，但针对性极高，能给餐具清洗带来更好的体验感。该机器所具备的清洁功能虽逊色于超声波洗碗机的清洁能力，占地面积中等大小，但其经济性和所具备的性能十分适用于学校食堂及各企业食堂场所。1.1.2小组总体设计目前，餐具自动清洗机的设计问题主要有三个：餐具的清洗效率和清洗效果是清洗机最关键的问题，清洗效果的好坏决定了这款机器的价值，食物中各种成分如何有效的被去除是设计中首要解决的问题。餐具分大中小餐具，在一般的清洗过程中，餐具容易发生位置的滑动或者掉落。设计的传动装置需既能固定住餐具又方便后期的分拣。需要实现餐盘、勺子、筷子三者的单独分离并且收纳，且不需太大程度的人工介入，实现较高程度的机械自动化。为解决这三个问题，我们有如下设计方案：图1.2清洗分拣流程图将需要清洗的餐盘餐具人工放置于传送带上，传送带为镶嵌结构，带有竖直杆，可支撑餐盘竖直放置，节省空间，镶嵌结构的连接处间距较小，勺筷可以摆放于连接处上方清洗，传送带将其运输进清洗区（为半封闭空间）。清洗区分两级清洗，查阅资料我们知道淀粉类污渍在65℃时呈α淀粉状态，蛋白质污渍在60℃以上污渍固化，脂肪类污渍在45℃以上，餐盘上残留的厨余一般分为以上三类。考虑到餐盘清洗时的实时状态，我们采用温度从低到高进行的两级清洗。首次清洗时设置水温在60℃左右，这样能一次保证三种污渍的清洗效果。水泵将水流抽入水箱之中，与洗涤剂混合并在水箱中升温,然后再经由管道向外喷射，喷管的受到螺旋喷头的阻碍而旋转形成多层伞状热水流冲刷餐具与勺筷。通过高压水的冲刷、热水浸泡的溶解变性以及洗涤剂对油污的分解等三重作用,可以成功将分解后的污物冲刷排出。不仅如此，整个过程由于没有人为接触,所以不会出现餐具的二次污染。第二次喷淋水流的温度是85℃的高温水，进行二次清洁，主要目的是过清消毒。另外还增加了烘干操作，使餐盘洗完更无菌无水滋。图1.3清洗机内部结构示意图3.清洗完毕后的餐具餐盘从清洗区域出口传送出来。在餐盘与勺筷的分拣中我们选择利用传送间隙的大小来分拣,在所有餐具经清洗后传送到输送带末端，传送带在尽头循环，餐具会因尽头截断而自然落下，下方设置有多个无动力辊筒形成的斜坡，辊筒间隙大于勺筷小于餐盘，勺筷会在间隙中落下；盘因其长度较长，而辊筒间隙远小于餐盘长度且稍低于传送带高度，将滑落与辊筒上依靠自身重量在斜坡上传输。斜坡终点为餐具收纳区域，完成餐盘与勺筷的分拣。4.余下的勺筷于传送带末端落入出口为窄长方形的漏斗，倾泻出时勺筷摆放角度一致。漏斗底下放置有斜坡式辊筒传动装置，因辊筒摆放角度与勺筷一致，各辊筒之间缝隙大于筷子直径小于勺子大小。传动时筷子于缝隙中落下，勺子传动至装置末端落下，勺筷成功分拣。1.1.3小组任务分工该食堂餐具自动清洗机主要分为清洗与分拣两大功能，其中餐盘餐具的清洗由组员关志明负责，餐具餐盘分拣与勺筷分拣由组员张晓丽负责。1.2分拣装置的市场状态自动化分拣装置能针对所需的物品根据自己的要求筛选结果，市面上目前较常使用的几类分拣装置按机器结构和原理可分为以下几个：表2.分拣装置类别根据以上几种类型的分拣结构可以判断得出，设计分拣装置的最初依据都是根据需要被分拣的物品的一些特征，如大小，形状，重量等。根据特征的不同而设计相关结构来分拣物品。本次我们需要设计的是专门为餐具分拣的机器，市面上具有餐具分拣结构的洗碗机机身都较为庞大，长度较长，洗涤过程中部分需要人工翻动餐具表面使后续分拣能顺利进行，自动化程度还不是很高。因长龙式分拣机器所需成本较高，占地面积大，暂不适用于中小企业或学校，但在要降低人力成本及提高清洗效率的前提下，需要有适合他们的自动清洗分拣设备出现。所以设计一款适用于中小型企业或学校食堂的自动清洗分拣装置是被市场所需求的。图1.4长龙式分拣机器1.3本设计的主要任务及特点餐具自动清洗机需要实现清洗，分拣两个主要功能。本人负责的分拣部分的研究目的是为了将清洗后的三种餐具分拣开并回收好，同时要求不需人工操作，所以分拣装置的要求主要有以下几点：将清洗后的餐盘与勺筷分拣开来，并实现餐盘的回收。将勺子与筷子单独分拣开来，并实现两者分拣后的回收。实现上续功能时，除人工放置餐具以外，要求无需人工操作，实现较高程度的机械自动化。特点：目前市面上较少洗碗机有结合分拣功能，将清洗与分拣合并在一起可以极大效率提高餐盘的回收效果。带有分拣功能的其他洗碗机多为长龙式，机身庞大，耗能多成本高，本次设计的分拣装置只需利控制辊筒装置的传动缝隙大小便可有效分拣，成本低，机子小巧灵活，与市面上现有的分拣机构大有不同，更加适用于中小企业与学校食堂。2总体设计此次研究主要针对商用洗碗机的清洗与分拣。根据大量资料的查阅，目前国内市场上多数商用洗碗机根据结构设计的不同可分为两大类，分别是箱式和传送式。根据食堂所需要求我们选择设计传送式洗碗机。设计过程中先需要了解所要分拣的物件的几何特征与重量等特征，如餐盘大小、薄厚，勺子长度，筷子长度与直径，确保传送带的设计能在有限范围内最大量输送并可以清洗干净餐具。通过网上资料的搜寻对比和自己的想法结合后，通过各个餐具外形体积不同的特征作为分拣的要点。初步确定机器结构后确定标准件与非标准间等零部件的选择与校核，采用3D绘图软件对洗碗机的清洗和分拣部分的结构进行设计与三维建模，通过对零部件的选择和设计，再通过它们之间的装配关系，最后形成我们所设想的机器完整结构；最终通过导出装配图和主要零部件工程图及必要的数值计算，完成机器的设计。2.1原理分析该餐具自动清洗机主要分为清洗与分拣。通过变速器主轴的匀速旋转运动带动传送带与分拣装置运作，运输过程中餐具接受喷淋装置清洗，喷淋水使用水循环系统。分拣部分利用各个餐具的不同的几何特征采用特殊结构分筛。餐盘与勺筷分拣区域利用无动力辊筒，餐盘从传送带落于辊筒上依靠自重滑落，勺筷落于辊筒间隙中。其中勺筷分拣区使用的辊筒装置利用电机带动齿轮旋转，再结合双排链轮与链条让辊筒转动起来从而达到利用间隙分拣勺筷的效果。2.2方案分析及选择方案一：餐盘与餐具的分拣：内凹传送带上放置着餐盘与餐具，传送带在传送的过程中，下方的磁力在一处地点失去磁力，然后传送带的一侧逐渐升高，形成一个具有坡度的传送带，勺筷因没有磁力作用，沿着坡度向侧方滚动，侧方有铁片遮挡，使传送带与铁片呈V型，防止餐具飞出。这样，餐盘继续停留在传送带上传送至餐盘清洗处，而勺子筷子则被倾斜处下方的水箱收纳。图2.1餐盘状卡槽传送带图2.2二层振动箱勺子与筷子的分拣：勺子筷子清洗完成后，水箱倾倒，使勺筷落入二层网状振动箱内，网孔比筷子的直径稍大而小于勺子的勺头大小，振动箱持续抖动使筷子掉落至振动箱一层。而勺子因为无法掉落，处于振动箱二层，达到勺筷分拣的效果。方案二：勺筷与餐盘的分拣：将带有油污的勺筷和餐盘放置于传送带上，传送带宽度略宽于餐盘宽度，两侧带有卡槽可恰好使餐盘定向稳定传动。餐具被传送到某一固定位时，该位置顶部设有通电磁铁，通电时磁铁将不锈钢勺筷吸附，吸附后移至另一位置进行后续工作，而餐盘由于卡槽设计不会被吸附。图2.3分拣流程图2.4卡槽结构示意勺子与筷子的分拣：将烘干后的勺筷倾倒入一立方漏斗中，漏斗底部开口为窄长方形，使勺筷倾泻出时摆放角度一致。漏斗底下放置有斜坡式横栏传动装置，横栏摆放角度与勺筷一致，各横栏之间缝隙大于筷子直径小于勺子大小。传动时筷子于缝隙中落下，勺子传动至装置末端落下，勺筷成功分拣。图2.5勺筷分拣结构设计方案比较及确定：分拣过程主要有两个内容，分别是餐盘与勺筷的分拣，勺子与筷子的分拣。先从餐盘与勺筷的分拣分析起，方案一中餐盘与勺筷的分拣利用坡度使勺筷沿着坡道滚下，投入清洗处，餐盘因卡槽原因不会下落传送至清洗此，该方法无法保证分拣成功率，在进入斜坡时，多个餐盘上的勺筷落下顺序不同，部分勺筷在前一个餐盘未到清洗区时便落下，易卡在前一个餐盘底下带入餐盘清洗区，而方案二使用使用到磁力分类餐盘与勺筷，利用卡槽卡住餐盘的设计在抵抗磁力时，长期使用的话卡槽磨损程度高，机器寿命低，餐盘两侧也容易产生痕迹，所以在思考过后，通过清洗方案的前期设定（所有餐具使用传送带传送并清洗），在餐盘与勺筷的分拣中我们选择截断式分拣，如图所示：图2.6洗碗机末端辊筒斜坡设计在所有餐具经清洗后传送到输送带末端，传送带在尽头循环，勺筷会因尽头截断而自然落下，下方设置有勺筷分拣装置，而餐盘因其长度较长，而截断空间远小于餐盘长度且稍低于传送带高度，会滑落到后方一斜坡上，完成餐盘于勺筷的分拣。而在勺子与筷子的分拣过程中，方案一使用的网格震动分筛勺筷法分拣成功率不易控制，在震动过程中容易有筷子混夹在勺子中，增加后续人工分拣手续，震动分筛且容易产生噪音，在震动过程中也易使勺筷发生碰撞刮花，反观方案二中经漏斗导向后使用斜坡式辊筒传动装置分拣勺筷的成功率更易提高，且分拣完后便能直接进行回收，方便快捷所以在勺筷分拣的方案中我们选择了方案二。3设计过程此次设计的餐具清洗分拣机适用于市面上最常见规格的餐具，其中有：尺寸为265*365*3mm的餐盘，重量为360g/个；长度为22cm，最大直径为6mm的筷子，勺子尺寸为172*37mm。放置方式：餐盘放置于传送带时将餐盘竖直放置，长度为265mm的位置贴合于传送带底部，勺筷横放，传送带一排放置两列。14627_WPSOffice_Level23.1餐盘与勺筷分拣的设计3.1.120256_WPSOffice_Level3餐盘与勺筷分拣的设计理念与要求设计理念：要实现餐盘与勺筷分拣的功能，我们需要了解所要分拣的物品的外形特征。知道餐盘与勺筷体积的大小差异较大，再结合清洗时传送带的移动方式，我们决定采用截断传送带，在后方设置带有间隙的无动力辊筒的方法分拣餐盘与勺筷。在传送带将餐具传送至末端时，会被传送至辊筒斜坡上，辊筒与辊筒的中心距大于勺筷大小，小于餐盘长度，所以勺筷会落与辊筒间隙中，而餐盘会因辊筒倾斜放置依靠自身重量下滑。要求：依靠辊筒间隙来分拣餐盘与勺筷，需要满足以下几个要求：传动带末端距离第一个辊筒的间隙需保证不会使餐盘落下。辊筒与辊筒之间的距离需保证能使勺筷落下，但不会让餐盘翻转或倾斜插入间隙当中。无动力辊筒要保证使餐盘能依靠自身重力滑下，辊筒表面需有一定粗糙度与餐盘产生足够摩擦力。由于餐盘在传送带是两列清洗，在斜坡上也是两列，辊筒中间需添加隔板放置餐盘滑落时偏移碰撞。3.1.220256_WPSOffice_Level3无动力辊筒和轴承的选用图3.1无动力辊筒参数无动力辊筒的规格我们选择市面上最常见的型号，选用碳钢筒体材料进行镀锌处理。再根据所设计的机型尺寸大小，我们可以确定下辊筒外形尺寸为：辊筒直径φ60mm，轴径φ12mm，壁厚为2mm，长度L根据清洗机宽度可确认为1300mm，W为1200mm。表3.动力辊筒技术参数表根据实际应用需求，动力辊筒载荷小，承受载荷方向主要为径向载荷，转速低，允许安装空间为小轴，查《机械设计手册》表13-2，我们可以选择深沟球轴承。轴径为φ12mm，根据表13-11得知我们选择的深沟球轴承型号为6001，内径为12mm,外径为28mm,厚度为8mm。因此处为无动力托辊且载荷较小无冲击，轴承寿命计算可省略。图3.2无动力辊筒的三维设计图图3.3无动力辊筒的二维零件图3.1.320256_WPSOffice_Level3无动力辊筒斜坡的设计综合考虑清洗部分传送带的设计结构后，第一个辊筒与传送带的辊筒中心距为280mm，斜坡的辊筒与辊筒的中心距为110mm，共计十一根，坡度为13.5°，采用M8内螺纹的安装方式。如下图所示：图3.4无动力辊筒斜坡的三维设计图14627_WPSOffice_Level23.2勺筷分拣装置的设计3.2.1勺筷分拣装置的设计理念和要求20256_WPSOffice_Level3设计理念：勺筷分拣装置其实就是设有我们所要求距离的辊筒装饰，市面上的辊筒装置多应用于传送物品，但我们注意到辊筒装置存在一定的缝隙，同时每个辊筒的转动也能使物品能得到位置的移动，所以在综合考虑了勺筷的特征后，我们决定用带有斜度的辊筒装置来分筛勺筷。因勺子特征并不是平面的而是翘起，勺面呈隆起形，而筷子较为细长，可以在经过导向漏斗后将勺筷落于分筛装置上，在传动过程中因两者的外形特征而使筷子落下勺子被传送至终点。20256_WPSOffice_Level3要求：若要实现筷子落下而勺子能稳定被传送，需要满足以下几个要求：两个辊筒的距离不得小于筷子最大直径与不得大于勺子最小横截面宽度。勺筷通过导向漏斗落下时不得对其本身外形有损坏，所以辊筒面可多设置一层包胶防止碰撞。链传动速度不宜过快，辊筒传送速度设为v=0.6m/s。3.2.2滚子链与链轮辊筒的设计链条传动中我们需要使用到的是传动用短节距精密滚子链，该滚子链分为A系列（应用于工况较为恶劣的环境），B系列（在一般情况下使用）两种，根据分拣机使用的场所判定，我们决定使用B系列传动用短节距精密滚子链。材料为合金钢。接头处采用开口销连接。此处我们使用的托辊为双链轮动力辊筒，由于载荷要求不高，我们采用铸焊方式将辊筒与链轮一体化，不需插入键；辊筒材料为碳钢，表面处理镀锌，安装方式采用内螺纹。图3.5双链轮辊筒传动示意（18484_WPSOffice_Level31）链条的设计 滚子链的规格、基本参数与尺寸应符合表GB1243.1-83规定：图3.6链条参数示意因我们所需的滚装装置不作传输作用，辊筒与链条负荷较小，通过间隙分筛勺筷的载荷可忽略不计，链传动尺寸越大承载能力越强，但伴随着越高的运动不均匀性，且增大振动噪音，所以在链条的选择上我们可以选择较小链号的链条，为后面电动机带动传动减少负荷。所以我们选择06B号链条。表4B系列链条标准参数即：链条节距P=9.525mm；滚子直径dl=6.35mm；内节内宽b1=5.72mm；销轴直径d2=3.28mm；销轴长度Lmin=13.15mm，Lcmax=14.1mm；内链板高度h2=8.2mm；链板厚度t/T=1.3mm；初定中心距a0=47.5mm，如图所示：图3.7链节的三维设计图图3.8链节的零件二维图（2）5172_WPSOffice_Level3滚子链链轮的设计滚子链链轮已标准化（按3RGB1244-85规定制造），设计时主要确定结构与尺寸：图3.9链轮参数示意滚子链链轮主要尺寸为分度圆直径d、齿顶圆直径da、齿根圆直径df、迟侧凸缘直径dg。基本参数链轮齿数z=12计算主要尺寸：分度圆直径：mm节圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：分度圆弦齿高：齿侧凸缘直径：取dg=29mm齿宽：（3）链轮中心距与链条节数的计算初定中心距：a0=47.5mm根据节距计算初定中心距：链条节数： 链条长度：计算中心距：47.625mm实际中心距：根据市面上食堂使用的筷子我们可知筷子杆部最大直径一般为6mm，综合考虑得出辊筒直径为41mm，所以由该水平中心距配合而出的辊筒装置的缝隙符合我们对分拣勺筷的要求。（4）链轮辊筒的尺寸计算图3.10双排链轮辊筒内部示意由前面数据可得我们所需辊筒直径为41mm，又考虑到辊筒表面需进行包胶处理防止勺筷落下时碰撞损伤，所以我们选择直径为38mm的辊筒，后续在辊筒表面设置厚度为1.5mm的包胶即可。筒体选用碳钢材质进行镀锌处理。查前面表2可知辊筒尺寸为：辊筒直径；轴径，壁厚，长度，轴底部螺纹孔选择M6。图3.11链轮辊筒整体的三维设计图（5）轴承的选用与寿命计算此处实际应用需求和轴径都与前文无动力辊筒参数相同，所以轴承这里也选择相同型号：深沟球轴承6001.表5.深沟球轴承参数基本寿命计算：式中：P为当量动载荷；C为基本额定动载荷，对于向心轴承，C为径向载荷，此处C=Cr=5.1KN；n为转速，；ɛ为寿命指数，球轴承ɛ=3，滚子轴承ɛ=10/3；计算当量动载荷式中：为载荷系数，载荷性质为轻微冲击，查表得=1x为径向动载荷系数，查表得x=1y为轴向动载荷系数，查表得y=0为径向载荷，均布在每个辊筒上的物品的质量(kg)，约是0.03kg，链条的质量（kg）=0.2kg，单个辊筒自重=0.3kg所以所以当量动载荷所以该轴承的基本寿命为：图3.12链轮辊筒局部的三维设计图图3.13链轮辊筒总装的二维零件图3.2.3勺筷方向定位漏斗的设计为使得落在辊筒装置上的勺筷方向与辊筒间隙水平，我们需要设置一个漏斗放置于传送带末端的下方，当勺筷运输至传送带末端自然掉落，落在底下承接的漏斗上，经过斜坡控制勺筷方向再同一竖直平面，从而使辊筒装置能更好的对勺筷进行分拣。图3.14导向漏斗的三维设计图图3.15导向漏斗的零件二维图3.2.4勺筷分拣辊筒装置整体装配辊筒装置采用有一定倾角的支架安装，支架采用30×30mm的铝型材焊接而成，型材上打M6沉头孔对滚轴的内螺纹进行衔接固定，下方放置收纳装置。图3.16辊筒装置的三维设计图图3.17辊筒装置传动与安装的三维设计图图3.18单边辊筒支架的零件二维图3.3动力辊筒输送牵引力的计算与电机的选择由于我们设计的是双链传动，输送牵引力计算公式为：式中：f——摩擦系数； D——传动辊筒直径(mrn) ；d——传动辊筒链轮分度圆直径(mln)；Q——传动系数；传动系数： 式中：i为对传动辊筒链传动效率损失系数，i=0.01～0.03，i值与工作条件有关，润滑情况越好值数越小；这里我们取i=0.01，n是传动辊筒数=8。所以传动系数：单个传动辊筒计算载荷，式中：a为传动辊筒与传动滚子数量比，a=Ci/Cd=5/154=0.052 ； mr为均布在每个辊筒上的物品的质量(kg)，约是0.03kg；me——一圈链条的质量（kg）=0.2kg，=单个辊筒转动部分的质量（kg）=0.3kg所以传动辊筒计算载荷：表6.滚子摩擦系数表由计算可知作用在单个滚子上的载荷为0~100N，勺筷与滚子接触的材料为金属，所以查表可得f=0.04。所以动力辊筒输送牵引力：电机的选择已知辊筒装置传送速度v=0.6m/s计算功率：电机功率式中：P——电机功率(KW)； Po——传动辊筒轴计算功率(KW)； K——功率安全系数，K=1.2～1.5，取1.45； n——驱动装置效率，n=0.65～0.85，取0.65。根据国家标准参考JB/T9616-1999后，我们选择的电机是三相异步电动机，型号为Y100L2-6-B8，其主要参数如下：额定功率：1.5w；同步转速：1000r/min；满载转速n1：940r/min；堵转转矩比额定转矩：2.0；最大转矩比额定转矩：2.2；外形：机座不带地脚、端盖有凸缘；由辊筒传送速度可得辊筒转速：，辊筒装置与电机的传动比：3.4V带传动设计（1）确定计算功率与选择v带型号计算功率：式中：KA——工作情况系数；P——电机额定功率；已知本次设计的滚筒装置工作情况为小载荷低冲击慢速传动，根据食堂工作时间可判断机器每日工作时间为2~8小时。查表可得工作情况系数KA=1.2；所以计算功率：根据计算功率和电机满载转速940r/min我们可以从普通V带选型图中选取V带型号为A型带。（2）确定带轮的基准直径查《机械手册》表8-6和表8-8，初选小带轮基准直径D1=75mm。由可得查V带轮得基准直径系列表，取近似值D2=255.5mm（3）验算带速＜25m/s，带速符合要求。（4）中心距与带基准长度计算初定中心距：由公式得：231.35＜a0＜661，取a0=400mm所需基准带长：根据普通V带基准长度系列取相近的基准带长Ld=1400mm所以（5）验算小轮包角，包角大小合适。（6）计算带的根数带的根数：式中：——普通V带的基本额定功率，查表得P0=0.51kw；——功率增量，查表可得功率增量；——包角修正系数，查表得；——修正系数，查表得；——带基准长度，查表得；所以：≈3根符合带的根数限制，所以带的根数为3。（7）计算单根V带的初拉力的最小值F0与压轴力Fp单根V带的初拉力的最小值式中q为V带每米长的质量，查表得q=0.1kg/m，所以：压轴力的最小值为：（8）带轮的设计A.带轮的参数选择材料选择：本设计中转速要求不高，带轮材料选择HT200。带轮结构：因小带轮基准直径为75mm，大带轮基准直径D2=255.5mm，都小于300mm，所以采用腹板式结构。小带轮的结构尺寸此次带传动选择带型为A型，查表得顶部宽对带轮：基准宽度；基准线上槽深；基准线下槽深；槽间距；槽边距；最小轮缘厚度；所以外径；轮缘宽度；轮毂长度L取B同值，L=B=48mm；；；键的选择：电机输出轴直径d=28，查表选键槽型号为圆头普通A键，键宽度；键长度；键高度。材料选取为45钢。图3.20小带轮的三维设计图图3.21小带轮的二维零件图C.大带轮的结构尺寸d取辊筒轴直径，d=12mm；外径；；图3.23大带轮的三维设计图图3.24大带轮的二维零件图综合上述，V带传动的数据如下：表7.V带传动参数首根辊筒轴加长，伸出型材支架90mm，穿过型材的位置增加深沟球轴承6001，减少轴转动时对支撑架的磨损。靠近支撑架一端安装直径为24mm，长20mm的套筒。带轮轮毂内侧安装螺钉紧固于轴上。图3.25滚筒装置的传动示意图3.5餐盘收纳装置的设计3.5.1餐盘收纳装置的设计理念与要求当餐盘落至辊筒上依靠自身重量和辊筒形成的斜坡往下滑时，滑至末端餐盘的分拣即结束。需要进行餐盘收纳，由于斜坡末端高度始终是固定的，餐盘传送至此落下完成收纳，但地平面距离斜坡末端高度太大或许会使餐盘收到损伤，若收纳区设置的较高则无法一次性收集较多餐盘，人工拿取频率高。所以我们需要设置一个承载不同而高度会自动变化的收纳台，使餐盘落在收纳台上的高度不会过高而又能承载足够数量的餐盘。所以这里我们设计了一个弹簧承重台，由选定弹簧系数的压缩弹簧与重量较轻薄的支撑板制成。当数个餐盘重叠，其重量将弹簧座下压，数个重叠的餐盘本身带有的高度在空间上替换了原本支撑板的高度，所以新的餐盘下落时支撑板距离斜坡高度变化不大，不会由碰撞且能承载较多餐盘。3.5.2弹簧和支撑板的设计参考《机械设计手册——第十六章圆柱螺旋弹簧》，弹簧选择圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧，材料选用碳素弹簧钢丝CB/T4357-1989。已知一个餐盘重量是360g，传送带一行放置两列餐盘，支撑板由四个弹簧支承。所以单个弹簧承重为：两餐盘重叠后厚度会增高1.5mm，所以我们需要弹簧支承板在每次承载多一个餐盘的变形量控制在1.5mm左右，所以：根据圆柱螺旋弹簧的标准尺寸系列表，结合实际需求，试选弹簧参数如下：弹簧丝直径d=3mm；弹簧中径D2=42mm；弹簧指数C=8；有效圈数n=50，死圈数n2=2，总圈数n1=52；弹簧节距；弹簧螺旋角；弹簧丝长度；弹簧自由高度；弹簧劲度系数；式中：G——弹簧材料的切变模量；（钢为8×104MPa，青铜为4×104MPa）受到载荷后的变形量≈1.5mm。综合上述计算，所选弹簧系数符合我们的设计需求。图3.26弹簧的二维零件图弹簧自由长度为709mm，餐盘在斜坡落下高度为768mm，选择1300×400×2mm的PVC板，密度为1.4g/立方厘米，重量可忽略不计，PVC板底部与壳体打5mm深的孔，弹簧扣进去后采用点焊方式安装。综合pvc板高度10mm后，弹簧支承板高度为714mm，该高度差可保证餐盘由足够空间落下又不会受到损伤，符合实际需求。图3.27弹簧支承板的三维设计图图3.28弹簧支撑板的二维零件图为使弹簧支承板的高度在变化时不会左右偏移，需使PVC板周边贴合整体外壳运动，外壳后端需开槽方便后期工人收取餐盘。如下图所示：图3.29弹簧支承板的安装效果三维图弹簧支撑板高度为714mm，餐盘高度为3mm，厚度为1.5mm，弹簧全部压缩后支撑板高度为161mm，为了延长弹簧使用寿命，我们选择不将其压到极限，设置最低高度为200mm左右，所以支撑板可以叠加餐盘数量N为：3.6勺筷收纳装置的设计3.6.1勺筷收纳装置的设计理念与要求在餐具分拣结束后需要进行餐具的收纳，收纳分为勺子和筷子。筷子和勺子外形特征上都有分大头和小头，分大小头整理的工序按以往流程来说多数为人工进行，效率不是很高，且与餐具清洗一样劳动强度高。因此需要设计一个收纳装置可以实现收纳及大小头的整理。因勺筷的大小头设计原因，利用其重心与整体中心不一致的特点，设计一个横隔挡板，当勺筷传送至相应位置时因重心的影响而使大头或者小头偏向两边的收集箱，最终呈现大头朝下小头朝上的效果。需要明确勺筷重心位置，准确定下隔断挡板设计的位置，确保大小头整理效果。3.6.2勺筷收纳装置的设计过程3.6.2.1重心位置的确认筷子重心的确认：选择一根传送带所适用的筷子并水平放置在直尺上，筷子和直尺方向和长度一致，先用手调节筷子使它的大头伸出直尺一段距离，观察大头会自动往下沉时的长度，判断得出在当筷子伸出去101.5mm以上时会自动翻转下掉。由此可判断出筷子重心不在中心，在距离大头101.5mm的位置，即当横隔板在中心位时，筷子一定会发生翻转使大头下落，小头朝上。勺子重心的确认：方法同理筷子重心的确认，多次试验后可以确定勺子重心在距离大头75mm左右的位置。图3.30筷子的重心示意图图3.31勺子的重心示意图3.6.2.2筷子整理装置结构设计勺筷在动力辊筒装置处得到分拣，勺子被传送至辊筒末端，筷子从辊筒间隙下落，所以我们需要在辊筒下方设计一个带有斜度的平面使筷子因滚动而滑落至整理收纳区域，因筷子本身外形为圆柱形，在有一定斜度的平面会自带动力滚落。斜坡与柱脚采用M8螺栓连接，相对于使用传送带，设置一个斜坡有更大的经济性。图3.32勺筷整理装置的三维设计图图3.33勺筷分拣整理整体的三维设计图斜坡的末尾设置有勺筷收纳一体化的收纳箱，箱中部有三角形隔板，当筷子经斜坡滑落至此时，因重心与中心位置不同，筷身会偏向重的一边，最终呈现大头朝下小头朝上的整理效果。勺子收纳原理如上。因勺子位于动力辊筒传送，无需额外设置斜坡，被传送至辊筒末端时掉落下方的整理收纳盒便可完成整理。勺子收纳与筷子收纳盒相连处设置有突起部分防止筷子滑落时意外滑到勺子收纳区。图3.34勺筷收纳盒的二维零件图图3.35斜坡的二维零件图3.7标准件的选择参考《机械设计手册——第四篇连接与紧固》表4-21，选择六角头螺栓C级（GB/T5781-2000）。型号：M8