自動烹飪機送料機構的結構設計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】
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畢業(yè)設計（論文）任務書
I、畢業(yè)設計(論文)題目：
自動烹飪機送料機構的結構設計
II、畢 業(yè)設計(論文)使用的原始資料(數據)及設計技術要求：
自動烹調機是菜肴的加工中心，與機械加工中心的原理相類似，因此，可按照數控
系統的原理方法來進行研究，只是應用方向不同。
設計技術要求：1.提出自動烹飪系統的傳動方案；
2.要求送料機構、鍋鏟機械手和鍋盆運動機構不發(fā)生干涉；
3.設計送料機構的結構；
4.要求自動送料機構能夠定點完成調料的投放；
5.繪制自動送料機構的結構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，設計計算正確，論文格式規(guī)范。
III、畢 業(yè)設計(論文)工作內容及完成時間：
1. 查閱相關資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報告
2.20～3.18 4周
2．閱讀與自動烹飪系統相關的設計理論與方法 3.19～4.01 2周
3．提出自動烹飪系統的設計方案 4.02～4.08 1周
4．對自動烹飪系統的送投料裝置以及其他裝置進行設計計算
4.09～4.29 3周
5．繪制某部分裝置的裝配圖 4.30～5.13 2周
6．繪制一些重要零件圖 5.14～5.20 1周
7．編寫設計計算說明書（畢業(yè)論文）一份 5.21～6.03 2周
8．畢業(yè)設計審查、畢業(yè)答辯 6.04～6.15 2周
Ⅳ 、主 要參考資料：
[1]．包哲強. 自動烹飪機器人投料系統設計[J]. 機械與電子，2009，4：59-62
[2]. 葉凡, 曾志軍, 李偉光, 等. 自動烹調機料盒包裝及投料機構設計 [J]. 機械與電子，
2005，9：76-78
[3]．孫桓,陳作模,葛文杰主編. 機械原理（第七版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006
[4]．濮良貴,紀名剛主編.機械設計（第八版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006
[5]．李偉光, 黃文波. 容器取放自動定位的旋轉支撐機構：中國，200420103161.5
[P]. 2001
[6]．DAVID G. U. THE MECHANICAL DESIGN PROCESS [M]. New York:
MCGRAW-HILL，INC,1992
開 題 報 告
題 目 自動烹飪機送料機構的結構設計
學生姓名 學號
所在院(系)
專業(yè)班級
指導教師
2014 年 04 月 07 日
題 目
自動烹飪機送料機構的結構設計
一、選題的目的及研究意義
本次畢業(yè)設計的題目是：自動烹飪機送料機構的結構設計。本次設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、烹飪生產持續(xù)性
自動烹飪機的可持續(xù)表現為兩個方面, 一是機器可以持續(xù)生產, 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生的油煙、廢水、節(jié)能等作為重點攻關內容, 使菜肴的生產過程符合科學規(guī)范的要求。這方面已取得了進展, 一方面使油煙、廢水產生少; 另一方面使油煙、廢水達標排放, 這兩項內容雖然增加了開發(fā)成本, 但卻符合現代社會可持續(xù)發(fā)展的要求。
2、烹飪經驗數據化
對于自動烹飪機器人 而言, 恰到好處地運用了克隆 技術。所謂克隆,就是將大師為機器開發(fā)設計的菜肴經過嚴格的篩選, 對菜肴進行定性和定量分析, 找出符合菜肴最佳品質的數據, 建立菜肴數據信息, 再將這些信息編制成軟件來控制菜肴的生產。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,為后續(xù)菜肴品質的穩(wěn)定提供基礎。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, 都以保證菜肴質量為前提, 決不隨意改變菜肴的加工過程。三是工藝參數數據化。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、翻鍋的次數和力度、晃鍋力度的調節(jié)運用等等都嚴格加以規(guī)范。
3、出品質量穩(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量穩(wěn)定如一的基礎和前提,通過標準化生產來穩(wěn)定菜肴的出品是控制菜肴質量的有效途徑。就人工操作而言, 是很難做到菜肴品質穩(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, 都可能會出現兩種不同的結果。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量穩(wěn)定如一; 標準化生產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。自動烹飪機器人 雖是一項新產品, 偶爾也會出現一些小故障,但作為一項世界級的新發(fā)明而言, 其性能已算相當的穩(wěn)定。自自動烹飪機器人 誕生以來, 經歷了數以千道菜肴的制作, 包括從功能樣機的鑒定、新聞發(fā)布會和高交會的現場表演、全國廚師節(jié)和滿漢全席總決賽現場錄制等,自動烹飪機器人 都表現出了良好的穩(wěn)定性。這對于一件新產品而言實屬不易。自動烹飪機器人 的使用也是相當的簡單,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)設計的重點在于自動烹飪機送料機構的結構設計
二、綜述與本課題相關領域的研究現狀及發(fā)展趨勢
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想。這個設想在2006年隨著自動烹飪機器人的問世終于被實現了。
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:將機電一體化技術和烹飪技術相結合,將烹飪工藝灶上動作標準化并轉化為機器可解讀的語言, 應用機械設計、自動控制、計算機技術等進行烹飪機器人系統軟硬件開發(fā)。烹飪機器人可通過自身的鍋具運動機構、工具運動機構、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。可以毫不夸張地說, 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有烹飪設備所不能達到的。就現有市場供應而言,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, 是指能自動實現菜肴品種識別、烹飪程序調用、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、程控蒸汽設備、數碼煲仔飯機等烹飪設備進行調查, 并作簡單分析, 我們得出這樣的結論: 場現有烹飪設備尚不具備完成典型中國烹飪工藝的自動化生產能力。主要表現在三個方面: 一是不能實現中國烹飪的典型工藝技術, 上述設備基本屬于對西式烹飪設備的模仿或改進, 只能實現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。二是無法自動完成完整的烹飪工藝流程, 上述設備除數碼煲仔飯機外, 都存在不合理簡化或省略傳統工藝環(huán)節(jié)的問題, 特別是將傳統工藝中強調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。數碼煲仔飯機的設計雖考慮到多次投料的要求, 卻完全依賴人工, 未能實現多次投料的自動化。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。
從機器自身已經實現的功能來看, 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自動調用菜肴烹飪程序; 自動分次投料功能，據菜肴的流程需要, 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! ! ! 實現原料的焯水和以水為主要傳熱介質的菜肴制作; 油鍋功能，實現原料的劃油和油炸以及油的循環(huán)使用; 攪拌功能，實現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，菜肴生產過程中的油煙實現達標排放, 這是實現可持續(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, 惟一需要人幫助的就是要將料盒放置于機器內, 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 已實現中國菜肴烹飪方法中的大多數, 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以千計。自動烹飪機器人 所制作的菜肴都是由在國內享有盛名的烹飪大師們設計, 并轉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 的出現可以讓庸廚下崗, 使良廚的價值得到充分的體現。它還可以解放生產力, 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。
三、自動烹飪機送料機構的結構設計
投料系統要完成菜肴原料的分次計量投放,根據烹飪工藝,原料可以分為姜蒜、主料、輔料和調料,其中調料為特制的混合調料,油和水有專門的設備提供,不在投料系統的考慮范圍。投料系統的料盒必須根據菜肴原料的分類,在滿足投料動作的前提下,設計相應容量。同時,為了最大化地滿足烹飪工藝對投料的要求,投料系統在設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.投料系統相關的動作要求有兩類,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,要求實現將料盒內的菜肴原料按照烹飪工藝投放到鍋具內,這是投料系統在設計上重點考慮的對象。此外,投料系統還得充分考慮手工操作的方便。
投料系統的具體設計方案如圖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投料動作來實現. 水平移動電機3 主導投料系統的水平移動動作,使料盒組件在投料架上實現圖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,翻轉投料電機4 主導投料系統的翻轉投料動作,使單個料盒完成圖1 中b 所示的一定角度范圍內的旋轉動作,實現投料功能. 投料位置位于整個投料機構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1 投料系統
投料系統采用盒式料盒,圖1 中,從右至左,依次為姜蒜料盒、主料盒、2 個輔料盒和調料盒,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,投料機構上固定有插板,插槽和插板的形狀正好吻合,此結構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.
翻轉投料中最主要的動作是翻轉電機組件帶動導向旋轉軸轉動,通過軸兩端的連接桿帶動翻轉桿轉動. 翻轉桿上固接有一塊翻轉板,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. 翻轉板隨翻轉桿轉動,從而撥動料盒組件上的夾板,使整個料盒組件隨旋轉座饒導向旋轉軸轉動. 旋轉座內的零件為線性滾珠襯套,既能實現直線運動又能實現旋轉運動. 翻轉板兩側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,同時也可以使翻轉更穩(wěn)定.水平移動組件主要實現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,位于投料機構的中間部位. 在運動實現上,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軸水平往返移動.
四、檢索與本課題有關參考文獻資料的簡要說明
本次畢業(yè)設計將采用以下基本文獻為參考對后續(xù)的畢業(yè)設計進行仔細設計：
[1]．包哲強. 自動烹飪機器人投料系統設計[J]. 機械與電子，2009，4：59-62
[2]. 葉凡, 曾志軍, 李偉光, 等. 自動烹調機料盒包裝及投料機構設計 [J]. 機械與電子，2005，9：76-78
[3]．孫桓,陳作模,葛文杰主編. 機械原理（第七版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006
[4]．濮良貴,紀名剛主編.機械設計（第八版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006
[5]．李偉光, 黃文波. 容器取放自動定位的旋轉支撐機構：中國，200420103161.5[P]. 2001
[6]．DAVID G. U. THE MECHANICAL DESIGN PROCESS [M]. New York: MCGRAW-HILL，INC,1992
五、畢業(yè)論文（設計）進程安排
1、2.20～3.18 估計用時：4周
查閱相關資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報告
2、3.19～4.01 估計用時：2周
閱讀與自動烹飪系統相關的設計理論與方法
3、4.02～4.08 估計用時：1周
提出自動烹飪系統的設計方案
4、4.09～4.29 估計用時：3周
對自動烹飪系統的送投料裝置以及其他裝置進行設計計算
5、4.30～5.13 估計用時：2周
繪制某部分裝置的裝配圖
6、5.14～5.20 估計用時：1周
繪制一些重要零件圖
7、5.21～6.03 估計用時：2周
編寫設計計算說明書（畢業(yè)論文）一份
8、6.04～6.15 估計用時：2周
畢業(yè)設計審查、畢業(yè)答辯
六、指導教師意見
1．對開題報告的評語
2．對開題報告的意見及建議
指導教師（簽名）：
年 月 日
所在院（系）審查意見：
負責人簽字(蓋公章)
年 月 日
8
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 本課題的國內外研究現狀 4
1.3 本課題的基本任務與要求 7
第二章 本次設計的基本介紹 8
2.1 烹飪機器人的基本介紹 8
2.2烹飪機器人基本結構組成 10
2.3烹飪機器人基本工作原理 12
3.4烹飪機器人送料結構介紹 13
第三章 送料機構的結構設計 16
3.1 送料機構的方案設計 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方案的確定 16
3.2 送料機構總體結構設計 16
3.2.1 料盒組件設計 16
3.2.2 投料組件設計 17
3.2.3 水平移動組件 18
3.3 送料結構的減速裝置設計 19
3.3.2傳動裝置的傳動比及動力參數計算 20
3.3.3 蝸桿傳動設計計算 21
3.3.4 蝸桿傳動幾何參數設計 22
3.3.5 軸的結構設計 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被各種機器設備所代替。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？與烹飪又有何關系？怎樣實現烹調的自動化？回答這些問題首先需要對烹調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。烹調是烹飪發(fā)展到一定階段---調味品出現之后才有的。最初的烹飪的目的是食物熟而可食，而烹調的目的則更進一步，使食物而可口，因此，烹調是烹飪發(fā)展相對高級階段的產物。烹調的出現，使人們的飲食具有了超出果腹而滿足享受的意義。由于烹調一詞產生的時代，也是人類早已進入烹調與烹飪不分的時代，所以兩個詞在歷史上不但有混用現象，而且有烹調一詞代替烹飪一詞的現象。近幾十年來，烹飪與烹調二詞分野也十分明確：烹飪涵蓋烹調，烹調是烹飪的一個組成部分，二者是大概和小概念的關系。烹飪泛指食品（包括飲料）的制作生產；現代的烹調芝食品制作中的調和，即在材料的選取、配比、清洗、和切制等準備階段已經完成的基礎上，僅對材料進行加熱、調和處理。這就是說烹飪包括準備階段和烹調階段。
鑒于本論文特定的研究對象，將主要針對烹調的概念來進行相關系統的研究與開發(fā)。目前，將食品生產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，在設備中實現的加工過程稱為設備加工過程。原料加成品的形態(tài)對于工藝機器的結構具有一定的影響。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。烹調工藝流程就符合這種特點。
烹調在中國烹飪工藝流程中是最關鍵性的環(huán)節(jié)，也是烹飪過程中最決定意義的一步。中式烹調自動化實質就是將傳統的中國烹飪手工操作變成機器的加工過程，生產出標準化的、感官形狀符合人們審美習慣的菜肴。烹調自動化可以說是食品加工的藝術創(chuàng)造、烹飪科學與食品科學的結合點，它即要保證發(fā)揮傳統烹飪藝術創(chuàng)造性，又要發(fā)揮科學創(chuàng)造的威力實現標準化規(guī)?；a。隨著現代應用技術的發(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。這些設備都或多或少涉及到烹調的自動化，而它們的功能單一，自動化程度底，沒有實現集成化和智能化的功能，只是現有烹調設備的一個補充和輔助，嚴格上說仍不能算是自動烹調機器，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）的要求是現點現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。要實現菜肴烹調自動化，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，保證現點現做及烹調水平穩(wěn)定，應用計算機控制的全自動烹調系統是可以 實現的。
在準備階段選料和配料是具有核心知識產權的部分，通常為烹飪大師所保留，而且很容易實現工業(yè)化，因此，準備階段不在本課題的研究范圍內，本論文視其為已完成。對于烹調階段，則由于工藝的復雜性與靈活性，也同樣具有知識產權特征，工藝的差別性也帶來了菜肴口味的差別，因此烹調系統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，一切已經為營養(yǎng)專家代勞了，自動化的烹飪系統會很好的執(zhí)行下去，這有利于改變中國人不和情理的飲食結構。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機構的設計。
從縱向看，任何一種產品生產的原始狀態(tài)均是手工操作，隨著生產力懂得發(fā)展，一部分才轉向半機械化和機械化，從橫向看，發(fā)達國家的產品的機械化、自動化較高，表現在食品加工上，一方面形成了現代工業(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出現良好的發(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。中式烹調的工程化改造決不否認手工烹飪。傳統的烹飪技藝將在酒樓、餐館仍有進一步發(fā)揮之地，構成現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，自動化生產已經成為可能。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上總有差別的。
1.2 本課題的國內外研究現狀
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想。這個設想在2006年隨著自動烹飪機器人的問世終于被實現了。
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:將機電一體化技術和烹飪技術相結合,將烹飪工藝灶上動作標準化并轉化為機器可解讀的語言, 應用機械設計、自動控制、計算機技術等進行烹飪機器人系統軟硬件開發(fā)。烹飪機器人可通過自身的鍋具運動機構、工具運動機構、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有烹飪設備所不能達到的。就現有市場供應而言,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, 是指能自動實現菜肴品種識別、烹飪程序調用、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、程控蒸汽設備、數碼煲仔飯機等烹飪設備進行調查, 并作簡單分析, 我們得出這樣的結論: 場現有烹飪設備尚不具備完成典型中國烹飪工藝的自動化生產能力。主要表現在三個方面: 一是不能實現中國烹飪的典型工藝技術, 上述設備基本屬于對西式烹飪設備的模仿或改進, 只能實現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。二是無法自動完成完整的烹飪工藝流程, 上述設備除數碼煲仔飯機外, 都存在不合理簡化或省略傳統工藝環(huán)節(jié)的問題, 特別是將傳統工藝中強調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。數碼煲仔飯機的設計雖考慮到多次投料的要求, 卻完全依賴人工, 未能實現多次投料的自動化。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。
從機器自身已經實現的功能來看, 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自動調用菜肴烹飪程序; 自動分次投料功能，據菜肴的流程需要, 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! ! ! 實現原料的焯水和以水為主要傳熱介質的菜肴制作; 油鍋功能，實現原料的劃油和油炸以及油的循環(huán)使用; 攪拌功能，實現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，菜肴生產過程中的油煙實現達標排放, 這是實現可持續(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, 惟一需要人幫助的就是要將料盒放置于機器內, 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 已實現中國菜肴烹飪方法中的大多數, 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以千計。自動烹飪機器人 所制作的菜肴都是由在國內享有盛名的烹飪大師們設計, 并轉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 的出現可以讓庸廚下崗, 使良廚的價值得到充分的體現。它還可以解放生產力, 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都提出了“自動烹調”的概念，并在這個領域進行了一些研究，也出現了“微電腦控制炒鍋”、“菜肴自動加工機”、“自動飯菜機”等一系列的相關產品。但是，這些產品無論是在機構上還是控制上，離“自動烹飪”都尚有很大的距離。自動烹調的基本意義和目的就在于將被烹調物按照各種主要烹調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火候，更不能在烹調技法要求的火候條件下按照烹調技法要求的方式進行物料自動投放、翻動和盛出等烹調基本操作，所以不僅與自動烹調機能自動實現各種主要烹調技法和達到其風味特色的要求相差甚遠，甚至在自動烹調機的最基本要求，即控制好生熟的程度的實現上都有難度。而且它們基本上都只能烹調一種或有限的幾種菜式，擴展性很差，這與其設計概念和機構有關，因此實用意義相當有限，嚴格來說并不能被稱為自動烹調裝置。
在國內華南理工大學黃文波設計制作了一種由電腦控制的全自動中式菜肴烹調機系統。該系統可完全取代人工根據顧客的隨機點叫，快速、連續(xù)地進行不同菜肴的物料選取和全自動烹調，從而為餐飲業(yè)的烹調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如何實現菜肴和其它烹調食品的自動烹調，但是也僅限于概念研究，并沒有去具體實現，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)設計的原始數據及設計技術要求
自動烹調機是菜肴的加工中心，與機械加工中心的原理相類似，因此，可按照數控系統的原理方法來進行研究，只是應用方向不同。
設計技術要求：
1）提出自動烹飪系統的傳動方案；
2）要求送料機構、鍋鏟機械手和鍋盆運動機構不發(fā)生干涉；
3）設計送料機構的結構；
4）要求自動送料機構能夠定點完成調料的投放；
5）繪制自動送料機構的結構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，設計計算正確，論文格式規(guī)范。
2、本次畢業(yè)設計(論文)工作內容及完成時間：
1）2.20～3.18 4周
查閱相關資料，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相關的設計理論與方法；
3）4.02～4.08 1周
提出自動烹飪系統的設計方案；
4）4.09～4.29 3周
對自動烹飪系統的送投料裝置以及其他裝置進行設計計算；
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
編寫設計計算說明書（畢業(yè)論文）一份；
8）6.04～6.15 2周
畢業(yè)設計審查、畢業(yè)答辯。
第二章 本次設計的基本介紹
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，屬機器人技術領域，解決用機器人取代人工烹飪的問題，改變家庭廚房的現狀。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；在此基礎上，找出中國烹飪的核心工藝與核心動作；之后設計機器人運動系統，包括鍋具動作機構、送料機構、火控機構、出料機構等。
烹飪機器人的工作原理是將廚師的菜品數字化，編成程序輸入到電腦系統，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不同的人各自口味的不同，改變各項指標的數據及操作時間
本次畢業(yè)設計的題目是：自動烹飪機送料機構的結構設計。本次設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、烹飪生產持續(xù)性
自動烹飪機的可持續(xù)表現為兩個方面, 一是機器可以持續(xù)生產, 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生的油煙、廢水、節(jié)能等作為重點攻關內容, 使菜肴的生產過程符合科學規(guī)范的要求。這方面已取得了進展, 一方面使油煙、廢水產生少; 另一方面使油煙、廢水達標排放, 這兩項內容雖然增加了開發(fā)成本, 但卻符合現代社會可持續(xù)發(fā)展的要求。
2、烹飪經驗數據化
對于自動烹飪機器人 而言, 恰到好處地運用了克隆 技術。所謂克隆,就是將大師為機器開發(fā)設計的菜肴經過嚴格的篩選, 對菜肴進行定性和定量分析, 找出符合菜肴最佳品質的數據, 建立菜肴數據信息, 再將這些信息編制成軟件來控制菜肴的生產。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,為后續(xù)菜肴品質的穩(wěn)定提供基礎。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, 都以保證菜肴質量為前提, 決不隨意改變菜肴的加工過程。三是工藝參數數據化。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、翻鍋的次數和力度、晃鍋力度的調節(jié)運用等等都嚴格加以規(guī)范。
3、出品質量穩(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量穩(wěn)定如一的基礎和前提,通過標準化生產來穩(wěn)定菜肴的出品是控制菜肴質量的有效途徑。就人工操作而言, 是很難做到菜肴品質穩(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, 都可能會出現兩種不同的結果。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量穩(wěn)定如一; 標準化生產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。自動烹飪機器人 雖是一項新產品, 偶爾也會出現一些小故障,但作為一項世界級的新發(fā)明而言, 其性能已算相當的穩(wěn)定。自自動烹飪機器人 誕生以來, 經歷了數以千道菜肴的制作, 包括從功能樣機的鑒定、新聞發(fā)布會和高交會的現場表演、全國廚師節(jié)和滿漢全席總決賽現場錄制等,自動烹飪機器人 都表現出了良好的穩(wěn)定性。這對于一件新產品而言實屬不易。自動烹飪機器人 的使用也是相當的簡單,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)設計的重點在于自動烹飪機送料機構的結構設計
2.2烹飪機器人基本結構組成
自動烹調機的基本組成將包括：控制計算機部分、伺服驅動部分、檢測部分以及機械運動部分。自動烹調機的運動部分主要是翻炒運動、鍋旋轉運動、鍋蓋翻轉運動和送投料運動。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
鍋旋轉機構
鍋蓋翻轉
機構
送投料機構
圖 2-1自動烹調機的基本組成
控制計算機是存儲烹調加工所需要的全部動作和鍋鏟相對于鍋的內表面位置信息的媒介物，它記載著烹調加工的程序。在以前的數控設備中，常用的控制介質有穿孔帶、穿孔卡片、磁帶和磁盤等，但隨著信息技術的發(fā)展，穿孔帶和穿孔卡片也將趨于淘汰，自動烹調機的控制介質將更多使用磁帶和磁盤或直接利用網絡進行信息傳輸。
自動烹調機系統采用PC加運動控制卡的結構，運動控制卡是自動烹調機控制系統的核心之一，是整個系統得以運行的關鍵所在，自動烹調機整個控制系統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，也有利于控制系統的簡化，提高系統運行的可靠性，應該盡量選擇經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。
伺服系統是接收計算機的指令，驅動烹調機執(zhí)行機構運動的驅動部件。包括進給驅動單元（主要有速度控制和位置控制）、進給電機、鍋蓋翻轉驅動和鍋旋轉驅動單元等。這里的伺服驅動系統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。
烹調機本體包括基礎框架、運動機構等機械部件。烹調機本體結構得到了下面幾個特點：
（1）由于采用了進給伺服系統裝置，烹調機的機械傳動得到了簡化，傳動鏈較短。
（2）烹調機的機械結構具有較高的動態(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。
（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）。
自動烹調機應能夠通過各個機構的協調工作而很好的模仿人手炒菜時鍋鏟的動作，并自動控制烹調火候，在烹調技法所要求的火候時機以烹調技法所要求的方式進行物料投放、翻炒和盛出等烹調基本操作。在中式烹調中，主要包括了42中烹調方法：炙、烤、烙、煎、炸、炒、熘、煮、蒸、勾芡等等。這42中烹調方法各不相同，而且每一種方法又有很多細分，中式烹調技法千變萬化，因而很難將所有的烹調技法一一列出，可以通過分類歸納，將這些烹調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，通過調用的方式來實現烹調方法的自動化。那么對烹調自動化系統的功能要求歸結起來包括：
（1） 實現人手烹調時的翻炒、撥散、攪拌、盛出等動作；
（2） 能夠自動投放原料和調味料；
（3） 能適應烹調方法的要求；
（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，模擬實現廚師工藝操作。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計好的參數，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、菜肴質量穩(wěn)定、營養(yǎng)結構科學、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烹飪機器人送料結構介紹
投料系統要完成菜肴原料的分次計量投放,根據烹飪工藝,原料可以分為姜蒜、主料、輔料和調料,其中調料為特制的混合調料,油和水有專門的設備提供,不在投料系統的考慮范圍。投料系統的料盒必須根據菜肴原料的分類,在滿足投料動作的前提下,設計相應容量。同時,為了最大化地滿足烹飪工藝對投料的要求,投料系統在設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.投料系統相關的動作要求有兩類,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,要求實現將料盒內的菜肴原料按照烹飪工藝投放到鍋具內,這是投料系統在設計上重點考慮的對象。此外,投料系統還得充分考慮手工操作的方便。
投料系統的具體設計方案如圖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投料動作來實現. 水平移動電機3 主導投料系統的水平移動動作,使料盒組件在投料架上實現圖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,翻轉投料電機4 主導投料系統的翻轉投料動作,使單個料盒完成圖1 中b 所示的一定角度范圍內的旋轉動作,實現投料功能. 投料位置位于整個投料機構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
投料系統采用盒式料盒,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,投料機構上固定有插板,插槽和插板的形狀正好吻合,此結構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.
翻轉投料中最主要的動作是翻轉電機組件帶動導向旋轉軸轉動,通過軸兩端的連接桿帶動翻轉桿轉動. 翻轉桿上固接有一塊翻轉板,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. 翻轉板隨翻轉桿轉動,從而撥動料盒組件上的夾板,使整個料盒組件隨旋轉座饒導向旋轉軸轉動. 旋轉座內的零件為線性滾珠襯套,既能實現直線運動又能實現旋轉運動. 翻轉板兩側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,同時也可以使翻轉更穩(wěn)定.水平移動組件主要實現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,位于投料機構的中間部位. 在運動實現上,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軸水平往返移動。
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第三章 送料機構的結構設計
3.1 送料機構的方案設計
對于自動烹飪機器送料結構的設計主要是要對兩個運動即要對上述兩種結構進行方案設定：
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：利用滾珠絲桿機構實現水平移動
方案二：利用氣缸導軌機構實現水平移動
3.1.2 自動烹飪機器料盒翻轉方案的確定
方案一：利用四桿機構實現料盒的翻轉
方案二：利用氣缸實現料盒的翻轉
3.2 送料機構總體結構設計
3.2.1 料盒組件設計
投料系統采用盒式料盒,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
料盒的取放采用推拉的方式,料盒底部有一個梯形狀插槽,投料機構上固定有插板,插槽和插板的形狀正好吻合,此結構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 投料組件設計
在烹飪過程中,翻轉投料組件要實現料盒的翻轉投料動作,完成投放菜肴原料的功能。投料系統中跟翻轉投料相關的組件如圖3-2 所示,以主料盒組件為例,并且略去跟翻轉投料動作關系不大的組件。
圖3-2 翻轉投料系統
翻轉投料中最主要的動作是翻轉電機組件帶動導向旋轉軸轉動,通過軸兩端的連接桿帶動翻轉桿轉動. 翻轉桿上固接有一塊翻轉板,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. 翻轉板隨翻轉桿轉動,從而撥動料盒組件上的夾板,使整個料盒組件隨旋轉座饒導向旋轉軸轉動. 旋轉座內的零件為線性滾珠襯套,既能實現直線運動又能實現旋轉運動。翻轉板兩側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,同時也可以使翻轉更穩(wěn)定。
3.2.3 水平移動組件
水平移動組件主要實現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,位于投料機構的中間部位. 在運動實現上,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軸水平往返移動。
圖3-3 水平移動系統
投料系統中跟水平移動相關的組件如圖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,通過組件中旋轉座內的線性滾珠襯套跟導向旋轉軸配合,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軸平移,所以各料盒組件完全能夠實現水平移動. 套筒、各類連接板和隔離套筒組合成一個框架,在動力系統的帶動下,推動框架內各料盒組件的水平移動。
3.3 送料結構的減速裝置設計
根據自動烹飪機器送料機構的基本結構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。
具體設計方案是：選用的電動機輸出轉速是940r/min，由凸緣聯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接，經過減速器的減速，電動機輸出的轉速降為18.8r/min，再有凸緣聯軸器將減速器的輸出軸與滾筒軸聯接，將減速器輸出軸的轉速傳給滾筒，滾筒轉動帶動繞在其上面的鋼絲繩旋轉，由鋼絲繩提起具有一定質量的燈具。
2.1電動機類型和結構型式選擇
電動機是專門工廠批量生產的標準部件，設計時要根據工作機的工作特性、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(變化性質、過載情況等)、起動性能和起動、制動、正反轉的頻繁程度等條件來選擇電動機的類型、結構、容量(功率)和轉速，并在產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 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構型式。
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，由于其結構簡單、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。對于經常起動，制動正反轉的機械，如起重、提升設備，要求電動機具有較小的轉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，而且由于電動機經常不滿載運行，其效率和功率因數較低，增加電能消耗而造成能源的浪費。電動機的容量主要根據電動機運行時的發(fā)熱條件來決定。
由以上的選擇經驗和要求，我選用：
三相交流電 Y系列籠型三相異步交流電動機。
1、電動機的技術數據
根據自動烹飪機器送料機構計算相關設計資料，可選定電動機額定功率，取同步轉速1000，6級
由《機械設計手冊》選用Y100L－6三相異步電動機，其主要參數如下
電動機額定功率：=1.5kw；
電動機滿載轉速：=940
電 流 ： I=5.6A
3.3.2傳動裝置的傳動比及動力參數計算
1、各軸功率計算
＝=KW
=KW
2、各軸轉速的計算
n＝940
n＝n＝940/50=18.8
3、各軸輸入扭矩的計算
表3-1參數列表：
軸 名
功率Kw
轉速
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《《機械設計手冊》，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：調質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《機械設計手冊》查得蝸輪材料的許用接觸應力
[] =190
由《機械設計手冊》查得蝸輪材料的許用彎
曲應力
[]=44
2、確定蝸桿頭數Z及蝸輪齒數Z
1）由《機械設計手冊》
選取頭數：
Z＝1
2）蝸輪齒數確定：
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，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，取7級精度，查得：K＝0.9；
K——材料配對系數，齒面滑動速度 < 10
由《機械工程手冊》查得：K＝0.85。
代入數據得：
＝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《機械工程手冊/傳動設計卷》（第二版）表2·5－22a，選取蝸桿的中心距：
a＝100mm
3.3.4 蝸桿傳動幾何參數設計
準平行二次包絡環(huán)面蝸桿的幾何參數和尺寸計算表
1. 中心距：
由《機械設計手冊》標準選取：
a=100mm
2.齒數比：
u＝＝50
3.蝸輪齒數：
由《機械設計手冊》選?。?
4.蝸桿頭數：
由《機械設計手冊》選?。?
5.蝸桿齒頂圓直徑：
根據《機械設計手冊》選?。?
=45mm
6.蝸輪輪緣寬度：
根據《機械設計手冊》選取：
b=28mm
7.蝸輪齒距角：
＝
8.蝸桿包容蝸輪齒數：
K＝=5
9.蝸輪齒寬包角之半：
＝0.5（K－0.45）=
10.蝸桿齒寬：根據《機械設計手冊》選?。?
=53mm
11.蝸桿螺紋部分長度：
根據《機械設計手冊》選取：
=59mm
12.蝸桿齒頂圓弧半徑：《根據《機械設計手冊》選?。?
R=82mm
13.成形圓半徑：根據《機械設計手冊》選取：
=65mm
14.蝸桿齒頂圓最大直徑：
根據《機械設計手冊》選?。?
=53.8mm
15.蝸輪端面模數：
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：
數據帶入公式得 5.508mm
35.齒側隙：
查《機械設計手冊》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 軸的結構設計
1、蝸桿軸的設計
1）軸的材料選擇
由《機械設計手冊》選用45號鋼，調質。
2）最小軸徑的初步計算
由《機械設計手冊》取 ＝105，根據公式：
㎜
上述表達式中：
—— 軸的轉速 ，940r/min
—— 軸傳遞的功率 , 1.47kw
—— 計算截面處的軸的直徑， mm
將數據代入公式得：
輸出軸的最小直徑是按照聯軸器處軸的直徑，為了使所選的軸的直徑 與聯軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯軸器的型號。
聯軸器的計算轉距，查《機械設計手冊》考慮到轉距變化很小，故取Ka=1.3，則
按照計算轉距應小于聯軸器公稱轉矩的條件，查標準手冊（GB5843-86）選用YL4型凸緣聯軸器，半聯軸器的孔徑=22mm，故取 =22mm，半聯軸器的長度L=52mm。
3.根據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在前面分析比較，現選用如圖所示的裝配方案。
1) 為了滿足半聯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，半聯軸器與軸配合的轂孔長度=52mm,保證軸端擋圈只壓在半聯軸器上，而不壓在軸的端面上，故1-2段的長度應比略短一些，故?。?
=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 =28mm，由軸承產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構設計而定)。根據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壁干涉，應取箱體內壁凸臺之間距離略大于蝸輪的最大直徑，取內壁距離=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 ；
半聯軸器與軸的周向定位均采用平健聯接。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、蝸輪軸的設計
1）軸的材料選擇
由《機械設計手冊》選用45號鋼，調質
=650
2）軸徑的初步計算
由《機械設計手冊》，取A＝112，根據公式
，
上述表達式中：
—— 軸的轉速 ，18.8r/min
—— 軸傳遞的功率 , 0.97kw
—— 計算截面處的軸的直徑， mm
將數據代入公式得
mm
輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯軸器處軸的直徑，故需選取聯軸器型號。
聯軸器計算轉距，查《機械設計手冊》，考慮到轉距變化很小，故取Ka=1.3，則
按照計算轉距應小于聯軸器公稱轉矩的條件，查標準手冊（GB5843-86）選用YL11型凸緣聯軸器，半聯軸器的孔徑
=50mm，故取=50mm，半聯軸器的長度L=112mm。
3）根據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在前面分析比較，現選用如圖所示的裝配方案。
為了滿足半聯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，半聯軸器與軸配合的轂孔長度L=62mm，保證軸端擋圈只壓在半聯軸器上，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 =55mm，由軸承產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 構設計而定)。根據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軸的右端面間的距離l=22 mm，
故取=50mm
取蝸輪距箱體內壁之距離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，半聯軸器與軸的周向定位均采用平健聯接。根據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。半聯軸器與軸的聯結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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