自動烹飪機送料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】
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目錄
目錄 1
第一章 緒論 2
1.1 本課題的基本研究意義 2
1.2 本課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.3 本課題的基本任務與要求 7
第二章 本次設(shè)計的基本介紹 8
2.1 烹飪機器人的基本介紹 8
2.2烹飪機器人基本結(jié)構(gòu)組成 10
2.3烹飪機器人基本工作原理 12
3.4烹飪機器人送料結(jié)構(gòu)介紹 13
第三章 送料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 16
3.1 送料機構(gòu)的方案設(shè)計 16
3.1.1 自動烹飪機器水平移動方案的確定 16
3.1.2 自動烹飪機器料盒翻轉(zhuǎn)方案的確定 16
3.2 送料機構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 16
3.2.1 料盒組件設(shè)計 16
3.2.2 投料組件設(shè)計 17
3.2.3 水平移動組件 18
3.3 送料結(jié)構(gòu)的減速裝置設(shè)計 19
3.3.2傳動裝置的傳動比及動力參數(shù)計算 20
3.3.3 蝸桿傳動設(shè)計計算 21
3.3.4 蝸桿傳動幾何參數(shù)設(shè)計 22
3.3.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 26
第四章 參考文獻 33
第一章 緒論
1.1 本課題的基本研究意義
今天人們對飲食的要求越來越高，各種菜式層出不窮，使用的工具也隨著時代的發(fā)展不斷的推陳出新。無論是燒菜用的鍋、鍋鏟、還是煎、炒、煮、炸這些做菜的方法都是中華民族幾千年來不斷積累和創(chuàng)新的結(jié)晶。與東方人的飲食方式不同，西方人飲食方式簡單，制作的工藝流程也很簡單，可以說，他們的大量勞動已經(jīng)被各種機器設(shè)備所代替。中國的烹飪卻不同，一口鍋、一把鏟，承傳了幾千年，始終在煙熏火燎的環(huán)境中勞作，不停地揮舞著胳膊直到所有的菜都炒熟。烹調(diào)的自動化研究就是將人們在這種勞作環(huán)境之中解脫出來。
那么什么是烹調(diào)？與烹飪又有何關(guān)系？怎樣實現(xiàn)烹調(diào)的自動化？回答這些問題首先需要對烹調(diào)的概念有個清楚的認識。許多情況下，人們通常將烹飪與烹調(diào)當作同一概念使用，然而他們并非同一概念，二者存在差異。按照烹飪發(fā)展的歷史邏輯，先有烹飪，后有烹調(diào)。烹調(diào)是烹飪發(fā)展到一定階段---調(diào)味品出現(xiàn)之后才有的。最初的烹飪的目的是食物熟而可食，而烹調(diào)的目的則更進一步，使食物而可口，因此，烹調(diào)是烹飪發(fā)展相對高級階段的產(chǎn)物。烹調(diào)的出現(xiàn)，使人們的飲食具有了超出果腹而滿足享受的意義。由于烹調(diào)一詞產(chǎn)生的時代，也是人類早已進入烹調(diào)與烹飪不分的時代，所以兩個詞在歷史上不但有混用現(xiàn)象，而且有烹調(diào)一詞代替烹飪一詞的現(xiàn)象。近幾十年來，烹飪與烹調(diào)二詞分野也十分明確：烹飪涵蓋烹調(diào)，烹調(diào)是烹飪的一個組成部分，二者是大概和小概念的關(guān)系。烹飪泛指食品（包括飲料）的制作生產(chǎn)；現(xiàn)代的烹調(diào)芝食品制作中的調(diào)和，即在材料的選取、配比、清洗、和切制等準備階段已經(jīng)完成的基礎(chǔ)上，僅對材料進行加熱、調(diào)和處理。這就是說烹飪包括準備階段和烹調(diào)階段。
鑒于本論文特定的研究對象，將主要針對烹調(diào)的概念來進行相關(guān)系統(tǒng)的研究與開發(fā)。目前，將食品生產(chǎn)工藝過程劃分為機器加工過程與深入被加工過程。如果工藝過程加工過程用機器完成，則稱為機器加工過程，在設(shè)備中實現(xiàn)的加工過程稱為設(shè)備加工過程。原料加成品的形態(tài)對于工藝機器的結(jié)構(gòu)具有一定的影響。兩著可能都是分散的，即單件的；也可能都是成團的，即非單件的。將非單件原料加工成非單件成品的過程最宜用機器實現(xiàn)。烹調(diào)工藝流程就符合這種特點。
烹調(diào)在中國烹飪工藝流程中是最關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)，也是烹飪過程中最決定意義的一步。中式烹調(diào)自動化實質(zhì)就是將傳統(tǒng)的中國烹飪手工操作變成機器的加工過程，生產(chǎn)出標準化的、感官形狀符合人們審美習慣的菜肴。烹調(diào)自動化可以說是食品加工的藝術(shù)創(chuàng)造、烹飪科學與食品科學的結(jié)合點，它即要保證發(fā)揮傳統(tǒng)烹飪藝術(shù)創(chuàng)造性，又要發(fā)揮科學創(chuàng)造的威力實現(xiàn)標準化規(guī)?；a(chǎn)。隨著現(xiàn)代應用技術(shù)的發(fā)展，中式餐飲業(yè)的自動化 有了一定的發(fā)展，也有不少自動化的烹飪機器，包括全自動電飯鍋、微波爐、面包爐等。這些設(shè)備都或多或少涉及到烹調(diào)的自動化，而它們的功能單一，自動化程度底，沒有實現(xiàn)集成化和智能化的功能，只是現(xiàn)有烹調(diào)設(shè)備的一個補充和輔助，嚴格上說仍不能算是自動烹調(diào)機器，與食品業(yè)自動化相比，明顯存在著自動化程度布告的缺點。其主要原因是人們對菜肴（主要指熱盤）的要求是現(xiàn)點現(xiàn)做以保證其絕對新鮮可口，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、工藝等又不相同，所以，菜肴的烹調(diào)不同于糕點，罐頭及速食等食品的制造，不可能實行單一品種批量生產(chǎn)的自動化流水線（在烹飪的準備階段應該采用的方式）。即使在人工昂貴的歐美國家，盡管中菜廣受人們喜愛，餐館即使是快餐館的工作，也是由廚師，配菜等人員來完成。要實現(xiàn)菜肴烹調(diào)自動化，要滿足各類人群提出的不同口味菜肴的要求而進行不同物料選取及連續(xù)烹調(diào)，保證現(xiàn)點現(xiàn)做及烹調(diào)水平穩(wěn)定，應用計算機控制的全自動烹調(diào)系統(tǒng)是可以 實現(xiàn)的。
在準備階段選料和配料是具有核心知識產(chǎn)權(quán)的部分，通常為烹飪大師所保留，而且很容易實現(xiàn)工業(yè)化，因此，準備階段不在本課題的研究范圍內(nèi)，本論文視其為已完成。對于烹調(diào)階段，則由于工藝的復雜性與靈活性，也同樣具有知識產(chǎn)權(quán)特征，工藝的差別性也帶來了菜肴口味的差別，因此烹調(diào)系統(tǒng)必須能適應工藝的多樣性。
在烹飪自動化帶來了方便和快捷的同時，隨著人們的生活水平的提高，飲食環(huán)境和飲食健康越來越被重視，然而絕大多數(shù)人只注重了中餐的色、香、味等表面屬性，對于真正重要的飲食安全和營養(yǎng)卻知直甚少，因而，自動化烹飪系統(tǒng)為此提供了一個極好的解決辦法。它不需要食用者去具體了解食品的營養(yǎng)成分與安全度，一切已經(jīng)為營養(yǎng)專家代勞了，自動化的烹飪系統(tǒng)會很好的執(zhí)行下去，這有利于改變中國人不和情理的飲食結(jié)構(gòu)。本課題研究的就是在無需人工干預的烹飪中烹飪機的鍋定位及鍋蓋翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計。
從縱向看，任何一種產(chǎn)品生產(chǎn)的原始狀態(tài)均是手工操作，隨著生產(chǎn)力懂得發(fā)展，一部分才轉(zhuǎn)向半機械化和機械化，從橫向看，發(fā)達國家的產(chǎn)品的機械化、自動化較高，表現(xiàn)在食品加工上，一方面形成了現(xiàn)代工業(yè)化意義上的快餐行業(yè)，另一方面由于廚房機械自動化程度提高而向人們提供加工品、半加工品的比重較大。我國的中式快餐已經(jīng)出現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭，但仍處于起步階段，加上中式烹飪操作的復雜性，致使中式烹飪自動化發(fā)展的進程較慢。也正是由于中國烹飪操作的復雜性，并不是所有菜肴均能工業(yè)化、自動化。中式烹調(diào)的工程化改造決不否認手工烹飪。傳統(tǒng)的烹飪技藝將在酒樓、餐館仍有進一步發(fā)揮之地，構(gòu)成現(xiàn)代社會餐飲市場的重要組成部分。
中國烹飪與國外烹飪相比，工藝復雜，技法繁多，百菜百味的特點，這的確給直接自動化生產(chǎn)帶來很多困難，但是，一些烹飪方法如炸、熏、烤、熘和一些水傳熱的烹飪方法均可實現(xiàn)自動化，當然，這有賴于通過烹飪的科學研究，優(yōu)選出適合烹飪自動化的品種。目前的一些實踐證明，對于某些品種的菜肴，自動化生產(chǎn)已經(jīng)成為可能。另一方面，從歷史看，無論社會文明發(fā)展到何種程度，手工操作的烹飪技法創(chuàng)造仍有很大餓需求，不可能也不必要全部自動化，可以肯定地說，自動化的產(chǎn)品永遠不可達到手工操作的水平，手工技藝終將有很大的市場需求。同時，自動化的品種和手工操作的品種在品質(zhì)上總有差別的。
1.2 本課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
上世紀八十年代, 美國機器人之父英格伯格曾提出用機器人為人類做菜的設(shè)想。這個設(shè)想在2006年隨著自動烹飪機器人的問世終于被實現(xiàn)了。
自動烹飪機器人它第一次將機械電子工程學科和復雜的中國烹飪學科交叉融合。其基本原理為:將機電一體化技術(shù)和烹飪技術(shù)相結(jié)合,將烹飪工藝灶上動作標準化并轉(zhuǎn)化為機器可解讀的語言, 應用機械設(shè)計、自動控制、計算機技術(shù)等進行烹飪機器人系統(tǒng)軟硬件開發(fā)。烹飪機器人可通過自身的鍋具運動機構(gòu)、工具運動機構(gòu)、火候控制裝置和其他必要輔助裝置,完成中國烹飪灶上工藝的基本動作, 可自動完成烹飪過程, 從而實現(xiàn)中國烹飪的標準化與自動化。
中國菜肴自動烹飪機器人顧名思義就是用機器代替人來實現(xiàn)中國菜肴的自動烹飪。由于西式快餐的進入,目前中國烹飪正處于烹飪的前工業(yè)化時期。自動烹飪機器人 的研制, 對中國烹飪走向國際化、中國烹飪工藝的標準化都有著積極意義?？梢院敛豢鋸埖卣f, 自動烹飪機器人 的誕生是中國烹飪的一次工業(yè)化革命, 必將會推動中國烹飪的標準化、智能化、工業(yè)化進程, 從而被載入人類發(fā)展的史冊。
自動烹飪機器人自動烹飪機器人能夠自動完成中國菜肴的烹飪過程, 而這一功能是其他現(xiàn)有烹飪設(shè)備所不能達到的。就現(xiàn)有市場供應而言,在自動烹飪機器人 開發(fā)成功之前尚沒有完整意義上的自動烹飪機。所謂較完整意義上的自動烹飪機, 是指能自動實現(xiàn)菜肴品種識別、烹飪程序調(diào)用、原料自動投放、烹飪工藝自動操作等一系列動作, 并達到與人工烹飪水準高度一致的烹飪效果。通過對市場現(xiàn)有的電烤箱、電炸爐、電磁爐、光波爐、熱波爐、微波爐、程控蒸汽設(shè)備、數(shù)碼煲仔飯機等烹飪設(shè)備進行調(diào)查, 并作簡單分析, 我們得出這樣的結(jié)論: 場現(xiàn)有烹飪設(shè)備尚不具備完成典型中國烹飪工藝的自動化生產(chǎn)能力。主要表現(xiàn)在三個方面: 一是不能實現(xiàn)中國烹飪的典型工藝技術(shù), 上述設(shè)備基本屬于對西式烹飪設(shè)備的模仿或改進, 只能實現(xiàn)中國烹飪的部分技法, 如烤、煮、燉、炸、蒸、燜, 而對于最具中國烹飪工藝特色的精髓工藝, 如炒、熘、爆等技法, 則無法實現(xiàn)。二是無法自動完成完整的烹飪工藝流程, 上述設(shè)備除數(shù)碼煲仔飯機外, 都存在不合理簡化或省略傳統(tǒng)工藝環(huán)節(jié)的問題, 特別是將傳統(tǒng)工藝中強調(diào)的多次投料簡化為一次性投料, 由此導致菜肴的色、香、味、養(yǎng)均無法保障。數(shù)碼煲仔飯機的設(shè)計雖考慮到多次投料的要求, 卻完全依賴人工, 未能實現(xiàn)多次投料的自動化。三是無法滿足消費者對菜肴口味的多樣性需求, 上述設(shè)備基本未滿足中國烹飪對原料配伍、烹制火候、加工手法等方面的要求, 從根本上喪失了保證菜肴口味純正的可能。因此嚴格地講, 目前世界上還沒有一臺真正意義上的自動烹飪機。
從機器自身已經(jīng)實現(xiàn)的功能來看, 包括: 自動識別菜肴功能，通過電子掃描來識別菜肴從而實現(xiàn)自動調(diào)用菜肴烹飪程序; 自動分次投料功能，據(jù)菜肴的流程需要, 適時投放原料, 包括原料投放、加油和加水、淋油功能等; 水鍋功能! ! ! 實現(xiàn)原料的焯水和以水為主要傳熱介質(zhì)的菜肴制作; 油鍋功能，實現(xiàn)原料的劃油和油炸以及油的循環(huán)使用; 攪拌功能，實現(xiàn)原料的均勻混合和均勻受熱, 包括劃油時的攪拌和翻炒時的攪拌; 翻鍋功能，實現(xiàn)原料的均勻受熱, 并使原料在勾芡后均勻混合, 包括大翻和小翻; 自動清潔功能，菜肴制作完成后可以自主選擇清洗與否; 油煙凈化處理，菜肴生產(chǎn)過程中的油煙實現(xiàn)達標排放, 這是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要前提; 自動盛菜功能，菜肴制作完成后自動盛裝于容器中彈出。這一系列工藝動作全部由機器自身實現(xiàn), 惟一需要人幫助的就是要將料盒放置于機器內(nèi), 菜肴制作完畢后將菜肴取出就可以了。
目前自動烹飪機器人 已實現(xiàn)中國菜肴烹飪方法中的大多數(shù), 包括炒、爆、熘、燒、煸、炸( 不掛糊類) 等, 已能夠制作的中國菜肴也達數(shù)以千計。自動烹飪機器人 所制作的菜肴都是由在國內(nèi)享有盛名的烹飪大師們設(shè)計, 并轉(zhuǎn)化成可以用機器烹飪的菜肴, 因而機器的烹飪水平是相當專業(yè)的, 已能夠達到或接近中高級廚師制作菜肴的水平。自動烹飪機器人 的出現(xiàn)可以讓庸廚下崗, 使良廚的價值得到充分的體現(xiàn)。它還可以解放生產(chǎn)力, 讓廚師不受煙熏火燎之苦。優(yōu)勢如是, 自動烹飪機器人 在未來的中國烹飪中必有一席之地。
很多個人和研究機構(gòu)都提出了“自動烹調(diào)”的概念，并在這個領(lǐng)域進行了一些研究，也出現(xiàn)了“微電腦控制炒鍋”、“菜肴自動加工機”、“自動飯菜機”等一系列的相關(guān)產(chǎn)品。但是，這些產(chǎn)品無論是在機構(gòu)上還是控制上，離“自動烹飪”都尚有很大的距離。自動烹調(diào)的基本意義和目的就在于將被烹調(diào)物按照各種主要烹調(diào)技法加熱至預期火候狀態(tài)，達到預期口味和風味效果。上述的各種裝置，基本上都無法控制或不能很好的控制烹調(diào)火候，更不能在烹調(diào)技法要求的火候條件下按照烹調(diào)技法要求的方式進行物料自動投放、翻動和盛出等烹調(diào)基本操作，所以不僅與自動烹調(diào)機能自動實現(xiàn)各種主要烹調(diào)技法和達到其風味特色的要求相差甚遠，甚至在自動烹調(diào)機的最基本要求，即控制好生熟的程度的實現(xiàn)上都有難度。而且它們基本上都只能烹調(diào)一種或有限的幾種菜式，擴展性很差，這與其設(shè)計概念和機構(gòu)有關(guān)，因此實用意義相當有限，嚴格來說并不能被稱為自動烹調(diào)裝置。
在國內(nèi)華南理工大學黃文波設(shè)計制作了一種由電腦控制的全自動中式菜肴烹調(diào)機系統(tǒng)。該系統(tǒng)可完全取代人工根據(jù)顧客的隨機點叫，快速、連續(xù)地進行不同菜肴的物料選取和全自動烹調(diào)，從而為餐飲業(yè)的烹調(diào)自動化提供了一種全新的選擇方案。描繪了一個實用化及自動化的理想系統(tǒng)如何實現(xiàn)菜肴和其它烹調(diào)食品的自動烹調(diào)，但是也僅限于概念研究，并沒有去具體實現(xiàn)，不過對本文的研究具有很好的參考價值。
1.3 本課題的基本任務與要求
1、本次畢業(yè)設(shè)計的原始數(shù)據(jù)及設(shè)計技術(shù)要求
自動烹調(diào)機是菜肴的加工中心，與機械加工中心的原理相類似，因此，可按照數(shù)控系統(tǒng)的原理方法來進行研究，只是應用方向不同。
設(shè)計技術(shù)要求：
1）提出自動烹飪系統(tǒng)的傳動方案；
2）要求送料機構(gòu)、鍋鏟機械手和鍋盆運動機構(gòu)不發(fā)生干涉；
3）設(shè)計送料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)；
4）要求自動送料機構(gòu)能夠定點完成調(diào)料的投放；
5）繪制自動送料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)裝配圖及一些重要零件圖；
6）要求畢業(yè)論文敘述條理清楚，設(shè)計計算正確，論文格式規(guī)范。
2、本次畢業(yè)設(shè)計(論文)工作內(nèi)容及完成時間：
1）2.20～3.18 4周
查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報告
2）3.19～4.01 2周
閱讀與自動烹飪系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)計理論與方法；
3）4.02～4.08 1周
提出自動烹飪系統(tǒng)的設(shè)計方案；
4）4.09～4.29 3周
對自動烹飪系統(tǒng)的送投料裝置以及其他裝置進行設(shè)計計算；
5）4.30～5.13 2周
繪制某部分裝置的裝配圖；
6）5.14～5.20 1周
繪制一些重要零件圖；
7）5.21～6.03 2周
編寫設(shè)計計算說明書（畢業(yè)論文）一份；
8）6.04～6.15 2周
畢業(yè)設(shè)計審查、畢業(yè)答辯。
第二章 本次設(shè)計的基本介紹
2.1 烹飪機器人的基本介紹
烹飪機器人，一種用于烹飪的機器人，屬機器人技術(shù)領(lǐng)域，解決用機器人取代人工烹飪的問題，改變家庭廚房的現(xiàn)狀。它采用電腦與仿真機械手配合，模擬廚師的操作過程，烹調(diào)各種菜肴和主食。將復雜的中國菜烹飪工藝與動作進行分解與定義，并用機器人專業(yè)與烹飪專業(yè)均能理解的語言進行描述；在此基礎(chǔ)上，找出中國烹飪的核心工藝與核心動作；之后設(shè)計機器人運動系統(tǒng)，包括鍋具動作機構(gòu)、送料機構(gòu)、火控機構(gòu)、出料機構(gòu)等。
烹飪機器人的工作原理是將廚師的菜品數(shù)字化，編成程序輸入到電腦系統(tǒng)，以后機器人炒出的菜肴就可以同名廚一致。烹飪機器人還可以根據(jù)不同的人各自口味的不同，改變各項指標的數(shù)據(jù)及操作時間
本次畢業(yè)設(shè)計的題目是：自動烹飪機送料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。本次設(shè)計的研究對象為自動烹飪機。
自動烹飪機研究的目的與意義在于自動烹飪機具有以下特點：
1、烹飪生產(chǎn)持續(xù)性
自動烹飪機的可持續(xù)表現(xiàn)為兩個方面, 一是機器可以持續(xù)生產(chǎn), 不疲倦。和人工比較, 自動烹飪機器人 不受時間和條件的限制, 只要需要, 你可以隨時打開機器進行菜肴制作, 而人工操作就會受到上下班時間的影響。二是在機器開發(fā)方面的可持續(xù)。在機器開發(fā)之初就將烹飪過程中會產(chǎn)生的油煙、廢水、節(jié)能等作為重點攻關(guān)內(nèi)容, 使菜肴的生產(chǎn)過程符合科學規(guī)范的要求。這方面已取得了進展, 一方面使油煙、廢水產(chǎn)生少; 另一方面使油煙、廢水達標排放, 這兩項內(nèi)容雖然增加了開發(fā)成本, 但卻符合現(xiàn)代社會可持續(xù)發(fā)展的要求。
2、烹飪經(jīng)驗數(shù)據(jù)化
對于自動烹飪機器人 而言, 恰到好處地運用了克隆 技術(shù)。所謂克隆,就是將大師為機器開發(fā)設(shè)計的菜肴經(jīng)過嚴格的篩選, 對菜肴進行定性和定量分析, 找出符合菜肴最佳品質(zhì)的數(shù)據(jù), 建立菜肴數(shù)據(jù)信息, 再將這些信息編制成軟件來控制菜肴的生產(chǎn)。具體操作包括: 一是菜肴用料標準化。邀請烹飪大師為自動烹飪機器人編排機器菜肴, 然后將菜肴用料和用量進行量化。每一道菜肴都是嚴格地按照標準配方進行組配生產(chǎn),為后續(xù)菜肴品質(zhì)的穩(wěn)定提供基礎(chǔ)。二是工藝過程標準化。將菜肴的工藝流程編制成機器語言, 使每一道菜肴都有一個固定的加工程式。每個過程的先后, 都以保證菜肴質(zhì)量為前提, 決不隨意改變菜肴的加工過程。三是工藝參數(shù)數(shù)據(jù)化。即對加工過程的每個動作進行量化。包括火力的選擇與適時調(diào)節(jié)、劃油( 煸炒) 的油溫控制、原料在鍋中受熱時間的長短和攪拌力度的大小、翻鍋的次數(shù)和力度、晃鍋力度的調(diào)節(jié)運用等等都嚴格加以規(guī)范。
3、出品質(zhì)量穩(wěn)定如一
菜肴用料標準化和烹飪過程標準化是保障菜肴出品質(zhì)量穩(wěn)定如一的基礎(chǔ)和前提,通過標準化生產(chǎn)來穩(wěn)定菜肴的出品是控制菜肴質(zhì)量的有效途徑。就人工操作而言, 是很難做到菜肴品質(zhì)穩(wěn)定如一的, 原因就在于人工制作菜肴過程中, 可能會受許多外界因素的干擾, 諸如工作壓力、設(shè)備條件、生理狀態(tài)等等, 尤其是臨灶對菜肴加熱時間的把握很難做到準確一致, 所以即便是同一個人做同一種菜, 都可能會出現(xiàn)兩種不同的結(jié)果。自動烹飪機器人 制作的是基于標準化組配的菜肴, 運用標準的程序進行制作, 由于菜肴的每一個環(huán)節(jié)都經(jīng)過了量化, 對每一個用料和過程都有嚴格的規(guī)范, 因此菜肴的制作是嚴格按照規(guī)定程序進行, 從而保證了每一道菜肴出品質(zhì)量穩(wěn)定如一; 標準化生產(chǎn)的另一個意義在于充分保障了菜肴的營養(yǎng)價值、風味要求和衛(wèi)生要求。
4、性能穩(wěn)定操作簡單
機器性能的穩(wěn)定可靠是自動烹飪機器人 的一個重要特質(zhì)。自動烹飪機器人 雖是一項新產(chǎn)品, 偶爾也會出現(xiàn)一些小故障,但作為一項世界級的新發(fā)明而言, 其性能已算相當?shù)姆€(wěn)定。自自動烹飪機器人 誕生以來, 經(jīng)歷了數(shù)以千道菜肴的制作, 包括從功能樣機的鑒定、新聞發(fā)布會和高交會的現(xiàn)場表演、全國廚師節(jié)和滿漢全席總決賽現(xiàn)場錄制等,自動烹飪機器人 都表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性。這對于一件新產(chǎn)品而言實屬不易。自動烹飪機器人 的使用也是相當?shù)暮唵?其流程為: 購買自動烹飪機器人 專用材料盒, 將材料盒放在自動烹飪機器人 的投料機構(gòu)上, 然后按屏幕提示操作, 2—3 分鐘后就可以制作出一道美味可口的佳肴。整個過程就是如此, 簡單到就好像在ATM 柜員機上提現(xiàn)一樣。
正是由于自動烹飪機的以上特點我們才要加強對自動烹飪機的研究以及優(yōu)化，本次畢業(yè)設(shè)計的重點在于自動烹飪機送料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.2烹飪機器人基本結(jié)構(gòu)組成
自動烹調(diào)機的基本組成將包括：控制計算機部分、伺服驅(qū)動部分、檢測部分以及機械運動部分。自動烹調(diào)機的運動部分主要是翻炒運動、鍋旋轉(zhuǎn)運動、鍋蓋翻轉(zhuǎn)運動和送投料運動。其組成框圖見圖2-1。
檢 測 反 饋 裝 置
PC機
運動控制卡
步進電動機
直流電動機
直流電動機
直流電動機
鍋鏟機械手機構(gòu)
鍋旋轉(zhuǎn)機構(gòu)
鍋蓋翻轉(zhuǎn)
機構(gòu)
送投料機構(gòu)
圖 2-1自動烹調(diào)機的基本組成
控制計算機是存儲烹調(diào)加工所需要的全部動作和鍋鏟相對于鍋的內(nèi)表面位置信息的媒介物，它記載著烹調(diào)加工的程序。在以前的數(shù)控設(shè)備中，常用的控制介質(zhì)有穿孔帶、穿孔卡片、磁帶和磁盤等，但隨著信息技術(shù)的發(fā)展，穿孔帶和穿孔卡片也將趨于淘汰，自動烹調(diào)機的控制介質(zhì)將更多使用磁帶和磁盤或直接利用網(wǎng)絡進行信息傳輸。
自動烹調(diào)機系統(tǒng)采用PC加運動控制卡的結(jié)構(gòu)，運動控制卡是自動烹調(diào)機控制系統(tǒng)的核心之一，是整個系統(tǒng)得以運行的關(guān)鍵所在，自動烹調(diào)機整個控制系統(tǒng)要求并不需要很精確，鍋鏟只要能有效鏟起鍋中懂得物料即可，因此選擇開環(huán)式控制是最合適的，也有利于控制系統(tǒng)的簡化，提高系統(tǒng)運行的可靠性，應該盡量選擇經(jīng)濟實用型運動控制卡，同時要求能夠在控制軟件開發(fā)方面快速且方便。
伺服系統(tǒng)是接收計算機的指令，驅(qū)動烹調(diào)機執(zhí)行機構(gòu)運動的驅(qū)動部件。包括進給驅(qū)動單元（主要有速度控制和位置控制）、進給電機、鍋蓋翻轉(zhuǎn)驅(qū)動和鍋旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元等。這里的伺服驅(qū)動系統(tǒng)要求有好的快速響應性能，以及能靈敏而準確地跟蹤指令功能。在本設(shè)計中主要采用步進電機和直流電機。
檢測反饋裝置由檢測元件和相應的電路組成，其作用是檢測速度、位移和溫度等。
烹調(diào)機本體包括基礎(chǔ)框架、運動機構(gòu)等機械部件。烹調(diào)機本體結(jié)構(gòu)得到了下面幾個特點：
（1）由于采用了進給伺服系統(tǒng)裝置，烹調(diào)機的機械傳動得到了簡化，傳動鏈較短。
（2）烹調(diào)機的機械結(jié)構(gòu)具有較高的動態(tài)特征、動態(tài)剛度、阻尼精度、耐磨性以及抗熱變形性能。適應連續(xù)地自動烹調(diào)。
（3）采用高效傳動件。
為了保證自動烹飪機的功能得到充分發(fā)揮，還有一些配套部件（如防水、隔熱潤滑、清潔、報警等一系列裝置）。
自動烹調(diào)機應能夠通過各個機構(gòu)的協(xié)調(diào)工作而很好的模仿人手炒菜時鍋鏟的動作，并自動控制烹調(diào)火候，在烹調(diào)技法所要求的火候時機以烹調(diào)技法所要求的方式進行物料投放、翻炒和盛出等烹調(diào)基本操作。在中式烹調(diào)中，主要包括了42中烹調(diào)方法：炙、烤、烙、煎、炸、炒、熘、煮、蒸、勾芡等等。這42中烹調(diào)方法各不相同，而且每一種方法又有很多細分，中式烹調(diào)技法千變?nèi)f化，因而很難將所有的烹調(diào)技法一一列出，可以通過分類歸納，將這些烹調(diào)方法中相似或相近的方法集合成一種動作，在程序里將其編成一個功能子程序，通過調(diào)用的方式來實現(xiàn)烹調(diào)方法的自動化。那么對烹調(diào)自動化系統(tǒng)的功能要求歸結(jié)起來包括：
（1） 實現(xiàn)人手烹調(diào)時的翻炒、撥散、攪拌、盛出等動作；
（2） 能夠自動投放原料和調(diào)味料；
（3） 能適應烹調(diào)方法的要求；
（4） 能控制火候，達到預期風味；
（5） 有良好的擴展性，即能適應新菜式的烹調(diào)要求。
2.3烹飪機器人基本工作原理
烹飪機器人的工作原理是將烹飪工藝上的灶上動作標準化，并轉(zhuǎn)化為機器可解讀語言，再利用機械裝置和自動控制、計算機等技術(shù)，模擬實現(xiàn)廚師工藝操作。由于它會自動地在溫度、火候、油煙量等方面嚴格對比事先設(shè)計好的參數(shù)，因此做出來的菜，口味比較純正。
圖2-2 深圳誕生首個烹飪機器人
機器人做菜的過程，根據(jù)不同的菜肴，時間需要2至4分鐘。工作人員把配料裝進專用的盛裝盒，輸入菜名，機器人便自動開始炒菜，翻鍋、顛勺，甚至洗鍋。
烹飪機器人的特點是：烹飪過程自動化、菜肴品種多樣化、菜肴質(zhì)量穩(wěn)定、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)科學、供應鏈條嚴謹。機器人烹飪出的菜肴已達到專業(yè)烹飪廚師水平，甚至超過了一般廚師，特別是炒的功夫上佳，對油溫和火候的把握精準。
3.4烹飪機器人送料結(jié)構(gòu)介紹
投料系統(tǒng)要完成菜肴原料的分次計量投放,根據(jù)烹飪工藝,原料可以分為姜蒜、主料、輔料和調(diào)料,其中調(diào)料為特制的混合調(diào)料,油和水有專門的設(shè)備提供,不在投料系統(tǒng)的考慮范圍。投料系統(tǒng)的料盒必須根據(jù)菜肴原料的分類,在滿足投料動作的前提下,設(shè)計相應容量。同時,為了最大化地滿足烹飪工藝對投料的要求,投料系統(tǒng)在設(shè)計上應力求具有最大的靈活性,即能夠滿足各種菜肴的烹飪,可以配置于不同類型的烹飪機器人上.投料系統(tǒng)相關(guān)的動作要求有兩類,一是手工動作,即烹飪前人力輔助將裝有菜肴原料的料盒放到投料機構(gòu)上去,以及烹飪后手工取下空的料盒;二是電器控制的自動投料動作,要求實現(xiàn)將料盒內(nèi)的菜肴原料按照烹飪工藝投放到鍋具內(nèi),這是投料系統(tǒng)在設(shè)計上重點考慮的對象。此外,投料系統(tǒng)還得充分考慮手工操作的方便。
投料系統(tǒng)的具體設(shè)計方案如圖1 所示,自動投料的功能主要靠料盒組件的水平移動和單個料盒的翻轉(zhuǎn)投料動作來實現(xiàn). 水平移動電機3 主導投料系統(tǒng)的水平移動動作,使料盒組件在投料架上實現(xiàn)圖1 中a 所示的水平直線移動. 當其中一料盒移至投料位置時,翻轉(zhuǎn)投料電機4 主導投料系統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)投料動作,使單個料盒完成圖1 中b 所示的一定角度范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)動作,實現(xiàn)投料功能. 投料位置位于整個投料機構(gòu)的中間位置是最合理的,如此可以在保證足夠水平行程的同時,有最小的長度尺寸.
圖2-3 投料系統(tǒng)
投料系統(tǒng)采用盒式料盒,圖2-3中,從右至左,依次為姜蒜料盒、主料盒、2 個輔料盒和調(diào)料盒,此安排也符合一般的烹飪投料次序,因輔料的量比較大,所以用了2 個.料盒的取放采用推拉的方式,料盒底部有一個梯形狀插槽,投料機構(gòu)上固定有插板,插槽和插板的形狀正好吻合,此結(jié)構(gòu)不僅利于料盒在投料架上的固定,而且還非常便于料盒的取放. 料盒前后都安有手柄,便于手持料盒進行料盒的取放動作.
翻轉(zhuǎn)投料中最主要的動作是翻轉(zhuǎn)電機組件帶動導向旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,通過軸兩端的連接桿帶動翻轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動. 翻轉(zhuǎn)桿上固接有一塊翻轉(zhuǎn)板,它插在料盒組件一端的兩塊夾板之間,并留有一定的間隙,便于料盒組件的水平移動. 翻轉(zhuǎn)板隨翻轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動,從而撥動料盒組件上的夾板,使整個料盒組件隨旋轉(zhuǎn)座饒導向旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動. 旋轉(zhuǎn)座內(nèi)的零件為線性滾珠襯套,既能實現(xiàn)直線運動又能實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動. 翻轉(zhuǎn)板兩側(cè)和支撐板上跟套筒接觸的區(qū)域都粘有聚氨酯的緩沖墊,以便在翻轉(zhuǎn)投料的過程中避免金屬間碰撞發(fā)出噪音,同時也可以使翻轉(zhuǎn)更穩(wěn)定.水平移動組件主要實現(xiàn)各料盒組件的水平移動,在烹飪時,將任意料盒組件移動至投料位置,位于投料機構(gòu)的中間部位. 在運動實現(xiàn)上,要完成的動作就是能夠帶動五個獨立的料盒組件沿導向軸和導向旋轉(zhuǎn)軸水平往返移動。
35
第三章 送料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 送料機構(gòu)的方案設(shè)計
對于自動烹飪機器送料結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要是要對兩個運動即要對上述兩種結(jié)構(gòu)進行方案設(shè)定：
1、自動烹飪機器送料時候料斗的水平移動；
2、自動烹飪機器送料時候料盒的翻轉(zhuǎn)投料。
3.1.1 自動烹飪機器水平移動方案的確定
方案一：利用滾珠絲桿機構(gòu)實現(xiàn)水平移動
方案二：利用氣缸導軌機構(gòu)實現(xiàn)水平移動
3.1.2 自動烹飪機器料盒翻轉(zhuǎn)方案的確定
方案一：利用四桿機構(gòu)實現(xiàn)料盒的翻轉(zhuǎn)
方案二：利用氣缸實現(xiàn)料盒的翻轉(zhuǎn)
3.2 送料機構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.2.1 料盒組件設(shè)計
投料系統(tǒng)采用盒式料盒,圖3-1中,從右至左,依次為姜蒜料盒、主料盒、2 個輔料盒和調(diào)料盒,此安排也符合一般的烹飪投料次序,因輔料的量比較大,所以用了2 個。
圖3-1 投料系統(tǒng)
料盒的取放采用推拉的方式,料盒底部有一個梯形狀插槽,投料機構(gòu)上固定有插板,插槽和插板的形狀正好吻合,此結(jié)構(gòu)不僅利于料盒在投料架上的固定,而且還非常便于料盒的取放. 料盒前后都安有手柄,便于手持料盒進行料盒的取放動作。
3.2.2 投料組件設(shè)計
在烹飪過程中,翻轉(zhuǎn)投料組件要實現(xiàn)料盒的翻轉(zhuǎn)投料動作,完成投放菜肴原料的功能。投料系統(tǒng)中跟翻轉(zhuǎn)投料相關(guān)的組件如圖3-2 所示,以主料盒組件為例,并且略去跟翻轉(zhuǎn)投料動作關(guān)系不大的組件。
圖3-2 翻轉(zhuǎn)投料系統(tǒng)
翻轉(zhuǎn)投料中最主要的動作是翻轉(zhuǎn)電機組件帶動導向旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,通過軸兩端的連接桿帶動翻轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動. 翻轉(zhuǎn)桿上固接有一塊翻轉(zhuǎn)板,它插在料盒組件一端的兩塊夾板之間,并留有一定的間隙,便于料盒組件的水平移動. 翻轉(zhuǎn)板隨翻轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動,從而撥動料盒組件上的夾板,使整個料盒組件隨旋轉(zhuǎn)座饒導向旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動. 旋轉(zhuǎn)座內(nèi)的零件為線性滾珠襯套,既能實現(xiàn)直線運動又能實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。翻轉(zhuǎn)板兩側(cè)和支撐板上跟套筒接觸的區(qū)域都粘有聚氨酯的緩沖墊,以便在翻轉(zhuǎn)投料的過程中避免金屬間碰撞發(fā)出噪音,同時也可以使翻轉(zhuǎn)更穩(wěn)定。
3.2.3 水平移動組件
水平移動組件主要實現(xiàn)各料盒組件的水平移動,在烹飪時,將任意料盒組件移動至投料位置,位于投料機構(gòu)的中間部位. 在運動實現(xiàn)上,要完成的動作就是能夠帶動五個獨立的料盒組件沿導向軸和導向旋轉(zhuǎn)軸水平往返移動。
圖3-3 水平移動系統(tǒng)
投料系統(tǒng)中跟水平移動相關(guān)的組件如圖3-3 所示. 5 個料盒組件分布于隔離套筒和組合隔離套筒間,即圖中a、b、c 、d 和e 所示的位置,通過組件中旋轉(zhuǎn)座內(nèi)的線性滾珠襯套跟導向旋轉(zhuǎn)軸配合,同時支撐板也擱置在導向軸上的套筒上. 套筒套在導向軸上,其兩端分別內(nèi)置有直線軸承,可以沿導向軸平移,又因為線性滾珠襯套也能很好地沿導向旋轉(zhuǎn)軸平移,所以各料盒組件完全能夠?qū)崿F(xiàn)水平移動. 套筒、各類連接板和隔離套筒組合成一個框架,在動力系統(tǒng)的帶動下,推動框架內(nèi)各料盒組件的水平移動。
3.3 送料結(jié)構(gòu)的減速裝置設(shè)計
根據(jù)自動烹飪機器送料機構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)特點采用采用準平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器進行運動過程中的減速。
具體設(shè)計方案是：選用的電動機輸出轉(zhuǎn)速是940r/min，由凸緣聯(lián)軸器將電動機軸和準平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器的輸入軸相聯(lián)接，經(jīng)過減速器的減速，電動機輸出的轉(zhuǎn)速降為18.8r/min，再有凸緣聯(lián)軸器將減速器的輸出軸與滾筒軸聯(lián)接，將減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速傳給滾筒，滾筒轉(zhuǎn)動帶動繞在其上面的鋼絲繩旋轉(zhuǎn)，由鋼絲繩提起具有一定質(zhì)量的燈具。
2.1電動機類型和結(jié)構(gòu)型式選擇
電動機是專門工廠批量生產(chǎn)的標準部件，設(shè)計時要根據(jù)工作機的工作特性、電源種類(交流或直流)、工作條件(環(huán)境溫度、空間位置等)、載荷大小和性質(zhì)(變化性質(zhì)、過載情況等)、起動性能和起動、制動、正反轉(zhuǎn)的頻繁程度等條件來選擇電動機的類型、結(jié)構(gòu)、容量(功率)和轉(zhuǎn)速，并在產(chǎn)品目錄中選出其具體型號和尺寸。
電動機分交流電動機和直流電動機兩種。由于生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電源，因為此，無特殊要求時均應選用三相交流電動機，其中以三相異步交流電動機應用最廣泛。根據(jù) 不同防護要求，電動機有開啟式、防護式、封閉自扇冷式和防爆式等不同的結(jié)構(gòu)型式。
Y系列三相籠型異步電動機是一般用途的全封閉自扇冷式電動機，由于其結(jié)構(gòu)簡單、工作作可靠、價格低廉、維護方便，因此廣泛應用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械上，如金屬切削機床、運輸機、風機、攪拌機等。對于經(jīng)常起動，制動正反轉(zhuǎn)的機械，如起重、提升設(shè)備，要求電動機具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和較大過載能力，應選用冶金及起重用三相異步電動機Yz型(籠型)或YzR型(繞線型)。
電動機的容量(功率)選擇的是否合適，對電動機的正常工作和經(jīng)濟性都有影響。容量選得過小，不能保證工作機正常工作，或使電動機因超載而過早損壞；而容量選得過大，則電動機的價格高，能力又不能充分利用，而且由于電動機經(jīng)常不滿載運行，其效率和功率因數(shù)較低，增加電能消耗而造成能源的浪費。電動機的容量主要根據(jù)電動機運行時的發(fā)熱條件來決定。
由以上的選擇經(jīng)驗和要求，我選用：
三相交流電 Y系列籠型三相異步交流電動機。
1、電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)
根據(jù)自動烹飪機器送料機構(gòu)計算相關(guān)設(shè)計資料，可選定電動機額定功率，取同步轉(zhuǎn)速1000，6級
由《機械設(shè)計手冊》選用Y100L－6三相異步電動機，其主要參數(shù)如下
電動機額定功率：=1.5kw；
電動機滿載轉(zhuǎn)速：=940
電 流 ： I=5.6A
3.3.2傳動裝置的傳動比及動力參數(shù)計算
1、各軸功率計算
＝=KW
=KW
2、各軸轉(zhuǎn)速的計算
n＝940
n＝n＝940/50=18.8
3、各軸輸入扭矩的計算
表3-1參數(shù)列表：
軸 名
功率Kw
轉(zhuǎn)速
扭矩
蝸桿軸
1.47
940
14.93
蝸輪軸
0.97
18.8
492.74
3.3.3 蝸桿傳動設(shè)計計算
1、選擇蝸桿、蝸輪材料
1）選擇蝸桿傳動的類型
采用準平行環(huán)面蝸桿傳動.
2）選擇蝸桿、蝸輪材料，確定許用應力
考慮蝸桿傳動中，傳遞的功率不大，速度只是中等，根據(jù)《《機械設(shè)計手冊》，蝸桿選用40Cr，因希望效率高些，耐磨性好故蝸桿螺旋齒面要求：調(diào)質(zhì)HB265285.蝸輪選用鑄錫磷青銅ZQSn10-1，金屬模鑄造，為了節(jié)約貴重有色金屬，僅齒圈用錫磷青銅制造，輪芯用灰鑄鐵HT100制造
由《機械設(shè)計手冊》查得蝸輪材料的許用接觸應力
[] =190
由《機械設(shè)計手冊》查得蝸輪材料的許用彎
曲應力
[]=44
2、確定蝸桿頭數(shù)Z及蝸輪齒數(shù)Z
1）由《機械設(shè)計手冊》
選取頭數(shù)：
Z＝1
2）蝸輪齒數(shù)確定：
Z＝Z·i＝1×50＝50
故取Z＝50
3、確定蝸桿蝸輪中心距a
1）確定蝸桿的計算功率
上述表達式中：
K——使用場合系數(shù)，每天工作一小時,輕度震動
由《機械工程手冊》查得：K＝0.7；
K——制造精度系數(shù)，取7級精度，查得：K＝0.9；
K——材料配對系數(shù)，齒面滑動速度 < 10
由《機械工程手冊》查得：K＝0.85。
代入數(shù)據(jù)得：
＝KW
以等于或略大于蝸桿計算功率所對應的中心距作為合理的選取值根據(jù)《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）表2·5－22a，選取蝸桿的中心距：
a＝100mm
3.3.4 蝸桿傳動幾何參數(shù)設(shè)計
準平行二次包絡環(huán)面蝸桿的幾何參數(shù)和尺寸計算表
1. 中心距：
由《機械設(shè)計手冊》標準選?。?
a=100mm
2.齒數(shù)比：
u＝＝50
3.蝸輪齒數(shù)：
由《機械設(shè)計手冊》選取：
4.蝸桿頭數(shù)：
由《機械設(shè)計手冊》選?。?
5.蝸桿齒頂圓直徑：
根據(jù)《機械設(shè)計手冊》選?。?
=45mm
6.蝸輪輪緣寬度：
根據(jù)《機械設(shè)計手冊》選?。?
b=28mm
7.蝸輪齒距角：
＝
8.蝸桿包容蝸輪齒數(shù)：
K＝=5
9.蝸輪齒寬包角之半：
＝0.5（K－0.45）=
10.蝸桿齒寬：根據(jù)《機械設(shè)計手冊》選?。?
=53mm
11.蝸桿螺紋部分長度：
根據(jù)《機械設(shè)計手冊》選?。?
=59mm
12.蝸桿齒頂圓弧半徑：《根據(jù)《機械設(shè)計手冊》選取：
R=82mm
13.成形圓半徑：根據(jù)《機械設(shè)計手冊》選?。?
=65mm
14.蝸桿齒頂圓最大直徑：
根據(jù)《機械設(shè)計手冊》選取：
=53.8mm
15.蝸輪端面模數(shù)：
m＝=mm
16.徑向間隙：
=0.5104mm
17.齒頂高：
h=0.75 m=2.233mm
18.齒根高：
h= h+ C=2.7434mm
19.全齒高：
h= h+ h=4.9764mm
20.蝸桿分度圓直徑：
＝（0.624＋）a ＝40.534mm
21.蝸輪分度圓直徑：
＝2a－＝159.466mm
22.蝸輪齒根圓直徑：
d＝－2 h=153.9792mm
23.蝸桿齒根圓直徑：
d＝－2 h=35.05，
判斷：因為=28.12mm,滿足要求
24.蝸輪喉圓直徑：
d＝＋2 h=163.932mm
25.蝸輪齒根圓弧半徑：
=82.475mm
26.蝸桿螺紋包角之半：
==
27.蝸輪喉母圓半徑：
=
=
=25.88mm
28.蝸輪外緣直徑：
=164.95mm
29.蝸桿分度圓導程角：
＝
=
30.蝸桿平均導程角：
＝
31.分度圓壓力角：
=
32.蝸桿外徑處肩帶寬度：
取3mm
33.蝸桿螺紋兩端連接處直徑：
=35mm
34.蝸輪分度圓齒厚：
數(shù)據(jù)帶入公式得 5.508mm
35.齒側(cè)隙：
查《機械設(shè)計手冊》得:
36.蝸桿分度圓齒厚：
=4.2984
37.蝸桿分度圓法向齒厚：
=4.285
38.蝸輪分度圓法向齒厚：
=5.49
39.蝸輪齒冠圓弧半徑：
=19.2775
40.蝸桿測量齒頂高：
=2.2035
41.蝸桿測量齒頂高：
=2.185
3.3.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1、蝸桿軸的設(shè)計
1）軸的材料選擇
由《機械設(shè)計手冊》選用45號鋼，調(diào)質(zhì)。
2）最小軸徑的初步計算
由《機械設(shè)計手冊》取 ＝105，根據(jù)公式：
㎜
上述表達式中：
—— 軸的轉(zhuǎn)速 ，940r/min
—— 軸傳遞的功率 , 1.47kw
—— 計算截面處的軸的直徑， mm
將數(shù)據(jù)代入公式得：
輸出軸的最小直徑是按照聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選的軸的直徑 與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯(lián)軸器的型號。
聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)距，查《機械設(shè)計手冊》考慮到轉(zhuǎn)距變化很小，故取Ka=1.3，則
按照計算轉(zhuǎn)距應小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標準手冊（GB5843-86）選用YL4型凸緣聯(lián)軸器，半聯(lián)軸器的孔徑=22mm，故取 =22mm，半聯(lián)軸器的長度L=52mm。
3.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
擬訂軸上零件的裝配方案：本題的裝配方案已經(jīng)在前面分析比較，現(xiàn)選用如圖所示的裝配方案。
1) 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，1-2軸段右端制 出一軸肩，故取=28mm，左端用軸端擋定位，按軸端直徑 取擋圈直徑D=30mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度=52mm,保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上，而不壓在軸的端面上，故1-2段的長度應比略短一些，故取：
=50mm
2) 初步選擇滾動軸承，因軸承同時受有徑向力和軸向力
的作用，故選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù) =28mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取標準精度級的單列圓錐滾子軸承30207，其尺寸為：
d×D×T=35×72×18.25mm，
故==35mm。
3) 已求得蝸桿喉部齒頂圓直徑=45mm，最大齒頂圓直徑=53.8mm，蝸桿螺紋部分長度L=59mm，蝸桿齒寬=53mm，所以取=68mm，=53.8mm，=45mm，=42mm。
4) 軸承端蓋的總寬度為20mm(由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定)。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸的右端面間的距離l=20 mm，故取=40mm.
5) 為避免蝸輪與箱體內(nèi)壁干涉，應取箱體內(nèi)壁凸臺之間距離略大于蝸輪的最大直徑，取內(nèi)壁距離=175mm考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時，應距箱體內(nèi)壁一段距離，S，取S=8mm。
6）在3-4和7-8軸段應各裝一個濺油輪，形狀如圖所示，取其長度L=27.75mm。所以，可求得：
mm，
33.75mm
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。
4）軸上零件的周向定位 ；
半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平健聯(lián)接。按由手冊查得平鍵截面為mm(GB／T1095--1979)，鍵槽用鍵 槽銑刀加工，長為45mm(標準鍵長見GB／T1096--1979)，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7／k6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
圖3-1軸肩處的圓角半徑
2、蝸輪軸的設(shè)計
1）軸的材料選擇
由《機械設(shè)計手冊》選用45號鋼，調(diào)質(zhì)
=650
2）軸徑的初步計算
由《機械設(shè)計手冊》，取A＝112，根據(jù)公式
，
上述表達式中：
—— 軸的轉(zhuǎn)速 ，18.8r/min
—— 軸傳遞的功率 , 0.97kw
—— 計算截面處的軸的直徑， mm
將數(shù)據(jù)代入公式得
mm
輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，故需選取聯(lián)軸器型號。
聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)距，查《機械設(shè)計手冊》，考慮到轉(zhuǎn)距變化很小，故取Ka=1.3，則
按照計算轉(zhuǎn)距應小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標準手冊（GB5843-86）選用YL11型凸緣聯(lián)軸器，半聯(lián)軸器的孔徑
=50mm，故取=50mm，半聯(lián)軸器的長度L=112mm。
3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
擬訂軸上零件的裝配方案：本題的裝配方案已經(jīng)在前面分析比較，現(xiàn)選用如圖所示的裝配方案。
為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，1-2軸段右端須制出一軸肩，故取=55mm，左端用軸端擋圈定位，按軸端 直徑取擋圈直徑D=60mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L=62mm，保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上，而不壓在軸的端面上，故1-2段的長度應比L略短一些，故取=110mm。
初步選擇滾動軸承，因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù) =55mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取零基本游隙組，標準精度級的單列圓錐滾子軸承30212，其尺寸為
d×D×T= 60×110×23.75mm，故==60mm，而=23.75mm。
取安裝蝸輪處的軸段直徑=65mm，蝸輪左端與左軸承用套筒定位，已知蝸輪輪緣寬度為28mm，所以可取蝸輪輪轂寬度為52mm，為了使套筒端面可靠地壓緊蝸輪，4-5段應略短于輪轂寬度，故取=50mm。
蝸輪右端采用軸肩定位，軸肩高度0.07d，取=6mm，則軸環(huán)處直徑=77mm，軸環(huán)寬度，取 =12mm，=12mm，=68mm。
軸承端蓋的總寬度為28mm(由減速器及軸承端蓋的結(jié) 構(gòu)設(shè)計而定)。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸的右端面間的距離l=22 mm，
故取=50mm
取蝸輪距箱體內(nèi)壁之距離a=16mm．考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時，應距箱體內(nèi)壁一段距離，取s=8mm（如圖），則：
=2+16+8+23.75=49.75mm
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。
4.軸上零件的周向定位
蝸輪，半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平健聯(lián)接。根據(jù)可選蝸輪與軸之間的平鍵尺寸為mm (GB／T1096--1979)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為45mm(標準鍵長見GB／T1096--1979)，同時保證蝸輪與軸配合有良
好的對中性，選擇輪轂與軸的配合為H7/n6。半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)結(jié)按由手冊查得平鍵截面為mm (GB／T1096--1979)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為100mm (標準鍵長見GB／T1096--1979)，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7／k6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
5.確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為2，各軸肩處的圓角半徑如圖5-2
圖3-2各軸肩處的圓角半徑
第四章 參考文獻
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