【《自动烹饪机的的翻炒部分结构设计案例》3800字】

自动烹饪机的的翻炒部分结构设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u23055自动烹饪机的的翻炒部分结构设计案例 1180391.1功能目的 1125461.2方案设计及分析 2325211.3方案比较 2218041.3.1方案二的设计构思 257761.3.2方案三的设计构思 4147641.3.3确定翻炒机构的方案 6170041.4尺寸说明 766871.5参数计算以及运动分析 793751.5.1锅铲的旋转运动 7230511.5.2锅盖的旋转运动 8240501.6外观展示 91.1功能目的（1）功能目的原材料倒入锅中后进行翻炒，有别于传统的烹饪机只有单一的立体加热功能，这使得制作出来的菜品更加可口，以免菜品长时间放置于锅中加热造成烧焦的情况。（2）设计目的①实现菜品的翻炒功能，翻炒过程不粘锅；②锅体与火源保持合理范围内的距离；③翻炒过程中食材不掉出锅外。设计提醒①应合理考虑翻炒机构的耐用性，不应使用过大的翻炒动作使得机器本身具有造成损坏的危险；②合理考虑翻炒运动的空间，不要干涉到其他机构的运动。1.2方案设计及分析（1）方案一：只通过一组行星轮系来实现锅体的自转以及圆周运动。优点：结构简单易操作；缺点：锅体竖直方向运动幅度过大，无法保证受热。（2）方案二：锅体采用煤气加热的形式，直接将锅柄链接在齿轮上，通过齿轮的自转加公转来实现锅的运动；优点：可以使锅体的水平运动，竖直运动，自转都控制在合理范围内；缺点：①在实际运动中，与锅柄相连接的齿轮所提供的轨迹只需使用到一小部分，材料利用效率不高；②支撑与锅柄相连接的齿轮公转的齿轮受力过大，而这一齿轮本身尺寸并不大，实际工作并不合理，容易造成损坏，从而使整个机器报废。（3）方案三：放弃锅体自身的运动，锅体采用电磁炉加热的形式，在锅盖上设计可以搅拌菜品的工具。优点：①不会对机器本身造成过大的磨损，因为整个执行机构不存在大幅度的运动；②在烹饪过程不会有太大的噪音，适用于家庭；③机构简单不复杂，同时又兼顾了功能性，比较符合现代厨房的炒菜模式，成本低经济性好；缺点：搅拌工具需要拆卸清洗；1.3方案比较在上述两种方案中，由于方案二与方案三设计构思相对合理，因此选用方案二与方案三进行方案比较。1.3.1方案二的设计构思 （1）机构运动说明图翻炒机构方案二模型①如图所示构件组成说明：1—传动轴2—齿轮3—齿条4—齿轮5—齿轮（与手柄连接）6—齿轮7—滑块（轴承）②实现运动：水平运动+齿轮5相对于齿轮4一定幅度的圆周运动+齿轮5一定角度的自转。③运动说明：传动轴1与齿轮2齿轮4相连，滑块7起轴承作用支撑润滑传动轴；齿轮2与齿条3啮合；齿轮4齿轮5齿轮6构成一个行星轮系，齿轮4齿轮5外啮合，齿轮5齿轮6内啮合；齿轮6用杆件与滑块相连。工作时通过发动机带动传动轴1，使得齿轮2在齿条3上旋转并水平运动，从而又带动齿轮4的旋转并水平运动；齿轮4、齿轮5、齿轮6一起构成一个行星轮系，齿轮5连接手柄部分，使得齿轮5在绕着齿轮6公转的同时还能进行一定角度的自转；齿轮6通过杆件与滑块7相连，同时滑块7又作为转动轴的轴承，使得齿轮2在水平运动的同时又带动滑块和与滑块相连接的齿轮6水平运动。（2）机构的三维模型图翻炒机构方案二的三维模型（3）机构的运动简图图翻炒机构方案二的机构运动简图如图所示：自由度F=3n-2Pl-Ph=3*6-2*7-3=1（4）方案二机构基本数据齿轮2：m=1Z=120d=120mmda=122mmdf=118mm齿轮4：m=1Z=20d=20mmda=22mmdf=18mm齿轮5：m=1Z=120d=120mmda=122mmdf=118mm齿轮6：m=1Z=260d=260mmda=258mmdf=262mm传动比：i45=-6i56=13/6(2.17)传动轴转速n1=2.31r/min（5）锅体运动周期具体说明：表1.3.1锅体运动周期表相对运动（齿轮5-手柄相对齿轮4）绝对运动图示公转水平运动齿轮5自转齿轮4水平运动齿轮5水平运动①从初始状态向左移动L/2逆时针公转13.85°向左1.68cm顺时针旋转30°向左3.14cm向左1.82cmⅠ②接着向右移动L/2回到初始状态顺时针公转13.85°向右1.68cm逆时针旋转30°向右3.14cm向右1.82cmⅡ③继续向右移动L/2顺时针公转13.85°向右1.68cm逆时针旋转30°向右3.14cm向右1.82cmⅢ④最后向左移动L/2回到初始状态逆时针公转13.85°向左1.68cm顺时针旋转30°向左3.14cm向左1.82cmⅣPs:锅体竖直方向运动幅度较小忽略不计，图所示火源用表示。图锅体运动形态示意图1.3.2方案三的设计构思(1)机构的运动说明图翻炒机构方案三模型①机构组成：1-锅2-旋转锅铲3-固定螺母4-锅盖5-电机6-旋转臂7-电机②运动说明：如图所示，通过旋转电机驱动旋转臂如图示逆时针旋转盖上锅盖，再由置于锅盖上的旋转电机带动旋转锅铲旋转翻炒食材。当烹饪过程完成后，锅盖在由旋转臂的带动下打开，翻炒工作完成，紧接着在进行下一个步骤。方案四通过旋转锅铲实现菜品的翻炒功能。在锅盖上安装一个旋转电机，旋转电机下是可拆卸的锅铲，电机带动锅铲进行旋转运动，只需要考虑锅铲结构即可。此锅铲采用的是S型部件，S型下设有九个“小爪子”，当此锅铲进行旋转运动时，类似有四双筷子在沿同一个方向搅拌菜品。锅铲采用导热性较好的不锈钢材料，九个小爪子的尾部采用耐热性较好的橡胶材料，以免刮伤锅底。（2）机构的三维模型图翻炒机构方案三的三维模型（3）方案三旋转锅铲的方案对比图锅铲1三维模型图锅铲2三维模型如图所示为锅铲1的三维模型。锅铲1翻炒工具采用类似螺旋桨的结构设计，因为怕刮伤锅底，搅拌深度不够，因此搅拌不均匀，实际操作并不实用，而且具有菜品粘锅糊底的风险；如图所示为锅铲2的三维模型。锅铲2结构设计较为合理，不仅搅拌均匀，而且不会损伤锅体本身，质量虽然会稍重于锅铲1，但实际操作并不会给整体机构造成影响。综上所述图所示的旋转锅铲较为合理。1.3.3确定翻炒机构的方案（1）方案二、三比较：①方案二的翻炒动作需要动用整个锅体的运动，运动模型近似于传统中式厨师的烹饪方法，即用手腕带动锅体在火源上不断翻炒；方案三选择的是近似现代厨房多数会使用的烹饪方法，即让锅静止于电磁炉之上，通过锅铲的不断翻炒来进行食材制作。两者皆可调制出美味佳肴。对比之下方案三会更为省力，实现难度大幅度下降，没有剧烈的锅体晃动。相比之下，方案二的机器本身容易损坏，尤其对齿轮有较高的要求。从实用寿命、运动学原理来说，方案三更优；②本课题设计的自动烹饪机主要适用于家庭或小型餐厅，对产品工作有声音要求。在家庭环境中烹饪过程不宜过于嘈杂。方案二由于整个机构幅度较大，对电机也有一定的高要求，因此这一过程所产生的噪音一定大过方案三；③方案三的产品更有升级的潜能，在后续的升级研发中可以考虑更换旋转锅铲从而实现自动烹饪机器的更多功能。比如换成打蛋机可以生产制作蛋糕时需要的材料……从而达到一锅多用的效果，功能性更强；④方案三的结构设计更为美观。小巧便捷的锅铲不占用空间，和其他机构不冲突地配合在一起，整体占用空间小，有更强的适用性。综上所述，选择方案三为自动烹饪机的翻炒方案。1.4尺寸说明图锅盖三维模型图锅铲三维模型如图所示，锅盖的直径略大于锅体直径，内圈直径设定为328mm，外圈直径设定为350mm。侧面是一个顶角为60°的圆锥体侧面曲面，这种圆锥曲面的设计在于考虑到蒸汽在过热时,会有一个向上顶起的运动,为了更大的限制蒸汽外泄,需要给蒸汽一个阻力,与此同时近似圆台的设计也增大了内腔的容积，给了蒸汽一定流动的空间。锅盖上面的圆顶直径为244mm。并且中间有5个类似梯形漏空设计，目的是为防止爆炸。在锅盖上打有小孔,可以在加热过程中将热量均匀的不断向外排出,起到解压的作用。锅盖深度为92mm。如图所示，S型旋转锅铲上半部分杆长100mm，下半部分9支分支杆长60mm。锅铲材质使用430不锈钢，430不锈钢是具有良好的耐腐蚀性能的通用钢种，\t"/item/430%E4%B8%8D%E9%94%88%E9%92%A2/_blank"导热性能比\t"/item/430%E4%B8%8D%E9%94%88%E9%92%A2/_blank"奥氏体好，热膨胀系数比奥氏体小，焊缝部位机械性能好。[9]细杆横截面直径为10mm。由此经过计算所得，锅铲的整体质量约为395g。锅铲尾部的9个蓝色小圆柱采用耐高温的食品级硅胶材质。食品用硅胶是由\t"/item/%E9%A3%9F%E5%93%81%E7%BA%A7%E7%A1%85%E8%83%B6/_blank"硅酸\t"/item/%E9%A3%9F%E5%93%81%E7%BA%A7%E7%A1%85%E8%83%B6/_blank"缩聚而成的\t"/item/%E9%A3%9F%E5%93%81%E7%BA%A7%E7%A1%85%E8%83%B6/_blank"无机高分子\t"/item/%E9%A3%9F%E5%93%81%E7%BA%A7%E7%A1%85%E8%83%B6/_blank"胶体材料，其中的主要成份是SiO2·nH2O，含量在98%以上，无毒无味，化学性能稳定。由于不粘锅的流行，为了防止锅铲损伤锅体，市面上越来越多的锅铲代替不锈钢、铝合金亦或是铁的材质。比如我们常见的塑料锅铲，木头锅铲。而这里使用食品级硅胶锅铲的原因在于它是一种胶体结构，无毒、无气味、透明度高、不黄变、不变形、使用寿命长等优点。[10]1.5参数计算以及运动分析1.5.1锅铲的旋转运动（1）电机的选择①功能要求电机可以带动旋转锅铲进行旋转运动，并且转速不宜过高从而破坏原材料外观形态，影响食物美观。锅铲的旋转装置的旋转运动选用20步进电机。②电机的规格参数：详见表3.5.2的20电机的规格参数。（2）减速器的选择此旋转机构选用20减速器。型号：MX20微型行星齿轮减速器速比1：4。②转速计算图1.5.120步进电机的速度与推力曲线由于锅铲的重量小于500g,因此20步进电机的建议负载上限60N远远大于这个指标。选用转速为60r/min，脉冲为200pps的参数，MX20微型行星齿轮减速器（电机）速比：4：1。经计算，翻炒装置的转速在60/4=15r/min=0.25r/s,也就是说每经过一秒钟，旋转锅铲旋转90°，搅拌一圈所需要的时间一共是4s,这个设计较为合理。1.5.2锅盖的旋转运动（1）电机的选择①功能要求电机可以带动锅盖进行旋转运动，完成闭合锅盖和打开锅盖的这两个动作。锅盖的旋转运动选用20步进电机。②电机的规格参数：详见表3.5.2。（2）减速器的选择此旋转机构选用20减速器。型号：MX20微型行星齿轮减速器（电机）。选用速比1:4。（3）锅盖旋转机构