自動(dòng)炒菜機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-自動(dòng)翻炒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自動(dòng)炒菜機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自動(dòng)翻炒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘 要文章主要對(duì)自動(dòng)翻炒機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括攪拌器、曲柄連桿結(jié)構(gòu)等多種部件的設(shè)計(jì)。同時(shí)為了增加其實(shí)用性和可行性，對(duì)主要涉及的如鍋蓋臂翻轉(zhuǎn)等所用到的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行了相關(guān)的計(jì)算并完成最后的選型，對(duì)受力較大的鍋蓋翻轉(zhuǎn)臂進(jìn)行了有限元分析以保證其可以滿足正常的使用要求。最后為了進(jìn)一步確保該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的實(shí)現(xiàn)，對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)于后續(xù)相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)具有一定借鑒和指導(dǎo)意義關(guān)鍵詞：自動(dòng)翻炒；部件設(shè)計(jì)；鍋蓋臂翻轉(zhuǎn)；步進(jìn)電機(jī)；The structure design of the automatic stir fry machineAbstractIn this paper, the structure of the automatic frying machine is designed systematically, including the design of agitator, connecting rod structure and other components. At the same time, in order to increase its practicability and feasibility, the stepper motor which is mainly involved in the turnover of the pot cover arm is calculated and the final model selection is completed, and the pot cover turnover arm with large force is analyzed by finite element method to ensure that it can meet the normal use requirements. Finally, in order to further ensure the realization of the system structure and function, the dynamic simulation is carried out. The design of this structure has certain reference and guidance significance for the subsequent relevant production enterprisesKeywords: Keywords automatic frying; component design; pot cover arm turning; stepper motor;目錄1緒論11.1自動(dòng)炒菜機(jī)的背景及意義11.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及存在問題11.3應(yīng)解決的主要問題及解決對(duì)策22 原理方案設(shè)計(jì)32.1自動(dòng)炒菜機(jī)的工作原理32.2結(jié)構(gòu)原理方案選擇及其對(duì)比42.2.1食材攪拌器的方案選擇52.2.2鍋蓋移動(dòng)的方案選擇62.2.3鍋底晃動(dòng)的方案選擇72.3必要的設(shè)計(jì)和計(jì)算72.3.1電機(jī)的選用及計(jì)算72.3.2鍋蓋連接桿之間螺栓強(qiáng)度校核82.4氣動(dòng)振動(dòng)器的選用92.5機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖103 自動(dòng)翻炒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)113.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介113.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要部分組成123.2.1 箱體123.2.2 鍋體123.2.3 攪拌器133.2.4 鍋蓋134 重要零件的有限元分析155 前景及展望17文獻(xiàn)18附錄19201緒論1.1自動(dòng)炒菜機(jī)的背景及意義隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。由于生活節(jié)奏的加快，人們的日常生活準(zhǔn)則，都已經(jīng)潛移默化的發(fā)展為快速、便捷、高效等。比如購(gòu)物，當(dāng)前人們已經(jīng)不滿足與傳統(tǒng)的購(gòu)物方式，即去商場(chǎng)街道或者實(shí)體店去現(xiàn)場(chǎng)選購(gòu)，而現(xiàn)在更多時(shí)候只需要一臺(tái)電腦或者一部手機(jī)就可以滿足自己對(duì)購(gòu)物的需求；比如吃飯、傳統(tǒng)的模式為人們必須到一定的場(chǎng)所去，如酒店，飯館抑或是街邊的小攤，但是現(xiàn)在同樣是一部手機(jī)或者是一臺(tái)電腦，完全就可以滿足你對(duì)食物的需求，因?yàn)榭梢跃W(wǎng)上下單，快遞上門。諸如此類的變化不勝枚舉，不得不說(shuō)科技的發(fā)展在改變了人們生活方式的同時(shí)，也讓人們的生活變得更加方便快捷。無(wú)形中，科技的影響已經(jīng)滲透到了人們生活的方方面面，我們?nèi)魏我粋€(gè)人多多少少都被科技所影響著，至少正在使用或者擁有一兩件科技發(fā)展的產(chǎn)物。同樣，餐飲業(yè)也是如此，餐飲業(yè)也由于科技的進(jìn)步產(chǎn)生了根本性的變革，從經(jīng)營(yíng)方面上而言，現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)為線上線下兩個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行；對(duì)于炒菜模式，已經(jīng)由原來(lái)的廚師配菜看火加顛勺的模式，轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在大多數(shù)的半自動(dòng)化模式。天然氣的使用，微波爐的問世以及電磁加熱的發(fā)明，使得餐飲行業(yè)得以進(jìn)一步的發(fā)展。近年來(lái)，“自動(dòng)化，智能化”等熱詞被頻頻提出，這是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)和科技發(fā)展的必然結(jié)果。為了迎合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)狀，餐飲業(yè)也不得不做出相應(yīng)的變革。因此，基于這一思想，本文主要針對(duì)傳統(tǒng)的炒菜模式進(jìn)行了相關(guān)的研究，通過(guò)對(duì)炒菜模式的研究使其餐飲業(yè)更能迎合社會(huì)和消費(fèi)者的需求，更能滿足社會(huì)發(fā)展的需要。圖1.1炒菜機(jī)1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及存在問題本文主要針對(duì)自動(dòng)炒菜機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一定的研究。通過(guò)查閱相關(guān)的資料和文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前市面上的自動(dòng)炒菜機(jī)相對(duì)較少，相關(guān)的市場(chǎng)并不成熟。對(duì)于國(guó)外，由于飲食結(jié)構(gòu)和飲食方式的不同，國(guó)外對(duì)于自動(dòng)炒菜機(jī)這種類似的結(jié)構(gòu)和研究特別少，其主要研究方向?yàn)槿绾卫梦⒉t，電磁爐對(duì)于食物的煎炸蒸烤等，更偏重于溫度、時(shí)長(zhǎng)等的智能控制。而炒菜的方式主要存在亞洲國(guó)家，尤其以我國(guó)以及周邊的鄰國(guó)為主，我國(guó)有五千年的歷史，自古就有“民以食為天”、“食色性也”等種種對(duì)美食的重要性強(qiáng)調(diào)和贊譽(yù)，加上我國(guó)幅員遼闊，飲食文化豐富多彩，各種美食數(shù)不勝數(shù)，但主要的加工方式以煎炒蒸炸為主，而其中的炒占據(jù)著首當(dāng)其沖的位置，從餐飲酒店到居家生活，最主要的都是以炒為主以蒸煮煎炸為輔。通過(guò)調(diào)查和查閱資料發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)對(duì)自動(dòng)炒菜機(jī)的研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但仍然存在許多的不足。具體如下：目前的自動(dòng)炒菜機(jī)多以家庭為主，而炒菜的方式比較單一，大多數(shù)都是通過(guò)自動(dòng)控制和電磁加熱，采用鍋體旋轉(zhuǎn)的方式，也有少量的在鍋體中加入一個(gè)攪拌器而實(shí)現(xiàn)炒菜的功能；餐飲行業(yè)目前對(duì)自動(dòng)炒菜機(jī)使用甚少，主要以半自動(dòng)化為主，比如溫度監(jiān)控，加熱定時(shí)等，但仍然需要大量的人工參與。目前市場(chǎng)上存在的自動(dòng)翻炒機(jī)從嚴(yán)格意義上講只是從原理上實(shí)現(xiàn)了其功能，但并不能滿足多元化多種類的需求，主要應(yīng)用于單一食物的加工，有自動(dòng)炒雞鍋，自動(dòng)翻炒花生米鍋等。針對(duì)以上所提出的問題，本文從實(shí)際出發(fā)，著重對(duì)自動(dòng)炒菜鍋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，炒菜品類進(jìn)行研究，目的是使得自動(dòng)炒菜機(jī)在市場(chǎng)上取得更好的發(fā)展和應(yīng)用。1.3應(yīng)解決的主要問題及解決對(duì)策本文主要針對(duì)自動(dòng)翻炒鍋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，主要提供一種可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)炒菜的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有炒菜品類多樣，方便調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)多用途的特點(diǎn)。針對(duì)目前市場(chǎng)上所存在炒菜單一的問題，提出了攪拌器可更換的結(jié)構(gòu)；針對(duì)自動(dòng)炒鍋調(diào)節(jié)不方便的問題，提出了超過(guò)可拆卸方便拆洗的結(jié)構(gòu)；同時(shí)提供了多種炒菜的方式如鍋下方由四個(gè)可震動(dòng)的氣動(dòng)彈簧器支撐，該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)不同頻率和方向的震動(dòng)，尤其適合炒花生，栗子以及容易糊鍋粘鍋的食物，具體結(jié)構(gòu)和功能見下文。2 原理方案設(shè)計(jì)2.1自動(dòng)炒菜機(jī)的工作原理自動(dòng)炒菜機(jī)的設(shè)計(jì)流程圖具體如下，在工作之前首先需要把不同的食材放置與不同的食材盒之中，將不同調(diào)料分別放置于不同的調(diào)料盒中。對(duì)不同食材所對(duì)應(yīng)的食材盒與不同調(diào)料盒對(duì)應(yīng)的調(diào)料進(jìn)行標(biāo)記編號(hào)，方便利用控制器對(duì)食材和調(diào)料的選用。在完成炒菜前的預(yù)備工作之后開始工作，鍋蓋翻轉(zhuǎn)器首先通過(guò)工作將鍋蓋進(jìn)行打開，根據(jù)需要給鍋中加入水或者油，然后點(diǎn)燃天然氣對(duì)鍋進(jìn)行加熱，當(dāng)計(jì)時(shí)器達(dá)到某一時(shí)間點(diǎn)，會(huì)將信號(hào)發(fā)送給某一食材盒，該食材盒在收到信號(hào)后，將信號(hào)反饋給直線滑軌載物臺(tái)，載物臺(tái)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，將該食材盒運(yùn)送至固定倒菜位置，待該食材盒運(yùn)送至倒菜位置時(shí)，該位置會(huì)發(fā)送信號(hào)至可使得食材盒進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的食材盒翻轉(zhuǎn)器，通過(guò)食材盒翻轉(zhuǎn)器的工作，最終將食材盒中的食材倒入翻炒鍋中，在該過(guò)程中即可按照不同順序?qū)⑹巢募尤脲佒幸部上燃尤肫渲幸环N，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后再將其他的加入其中，具體操作可根據(jù)使用者的需求進(jìn)行。將食材倒入鍋中之后，控制器控制鍋蓋進(jìn)行閉合，然后翻轉(zhuǎn)器在鍋中進(jìn)行一定速度的旋轉(zhuǎn)，計(jì)時(shí)器經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后嗎，會(huì)首先將信號(hào)傳遞給鍋蓋翻轉(zhuǎn)器，促使其打開，然后給調(diào)料旋轉(zhuǎn)器發(fā)送信號(hào)，調(diào)料旋轉(zhuǎn)器在收到信號(hào)后，開始將制定的調(diào)料運(yùn)送至鍋口，然后進(jìn)行調(diào)料的放入，與食材盒倒入食材相類似，不僅可按照不同順序?qū)⑵湟来蔚谷脲佒?，也可?jīng)過(guò)一端時(shí)間后再加入其他調(diào)料，調(diào)料倒入鍋中后，鍋蓋閉合，攪拌器進(jìn)行攪拌，控制器計(jì)時(shí)。在此過(guò)程中，針對(duì)不同的食材如果有需要可同時(shí)啟動(dòng)翻炒鍋下方的氣動(dòng)振動(dòng)器，振動(dòng)器的振動(dòng)方式和振動(dòng)頻率等均可根據(jù)用戶進(jìn)行選擇，比如其中一個(gè)進(jìn)行振動(dòng)，或者若干個(gè)同時(shí)進(jìn)行振動(dòng)均可。通過(guò)計(jì)時(shí)器，當(dāng)時(shí)間達(dá)到食物已經(jīng)炒好完成時(shí)，計(jì)時(shí)器會(huì)同時(shí)傳出三個(gè)信號(hào)，分別為報(bào)警信號(hào)、鍋蓋翻轉(zhuǎn)器打開信號(hào)和攪拌器停止旋轉(zhuǎn)信號(hào)，報(bào)警器的目的主要是提醒用戶炒菜已經(jīng)完成，鍋蓋打開是為了讓其將菜盛出，攪拌器停止旋轉(zhuǎn)是防止用戶在盛菜過(guò)程中受到傷害。圖2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程圖2.2結(jié)構(gòu)原理方案選擇及其對(duì)比本結(jié)構(gòu)主要從三個(gè)方案的對(duì)比選擇對(duì)自動(dòng)炒菜機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)以滿足設(shè)計(jì)要求。2.2.1食材攪拌器的方案選擇圖2.2鍋鏟方案（1）平常人工炒菜時(shí)用的鍋鏟要自己控制炒菜動(dòng)作和方向，人工強(qiáng)度大。磁鐵片圖2.3食材攪拌器方案（2）如圖2.3所示，圖中標(biāo)記的部位為食材攪拌器，在炒菜的過(guò)程中提供對(duì)食材的翻炒功能。由于菜品多樣，任何一個(gè)攪拌器都具有其局限性，如圖中顯示的攪拌器形式，比較適用于食材較硬不易破損的菜品，如酸辣土豆絲，青椒炒肉等，但對(duì)于一些比較軟易碎的菜品，如豆腐，粉類的菜品。因此，本文中對(duì)該結(jié)構(gòu)采取了可更換的方式，即配備多種食材攪拌器來(lái)滿足不同菜品的合理攪拌。該結(jié)構(gòu)具有方便拆卸容易更換的優(yōu)勢(shì)，在食材攪拌器的頂端采用與旋轉(zhuǎn)軸相嵌套的結(jié)構(gòu)，同時(shí)在嵌套部位，即攪拌器和旋轉(zhuǎn)軸的頂端加裝磁鐵片，使得在裝夾后不易脫落且容易更換，從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)的功能。2.2.2鍋蓋移動(dòng)的方案選擇方案（1）通過(guò)過(guò)齒輪齒條副控制攪拌器的上下移動(dòng)，方便鍋具的拆洗，但該結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜圖2.4齒輪齒條副示意圖方案（2）通過(guò)曲柄連桿的機(jī)構(gòu)使鍋蓋閉合和打開，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單快捷圖2.5曲柄搖桿機(jī)構(gòu)示意圖2.2.3鍋底晃動(dòng)的方案選擇氣動(dòng)振動(dòng)器圖2.6氣動(dòng)振動(dòng)器示意圖如圖2.6所示，圖中標(biāo)記部位氣動(dòng)振動(dòng)器，共有4個(gè)。在提供對(duì)鍋的支撐作用的同時(shí)，可提供不同的頻率震動(dòng)和協(xié)調(diào)震動(dòng)以及單方向震動(dòng)，該結(jié)構(gòu)主要針對(duì)在自動(dòng)炒菜機(jī)炒菜時(shí)，發(fā)生粘鍋糊鍋的問題，通過(guò)提供一定頻率的震動(dòng)加之鍋中自動(dòng)攪拌器的攪拌，可雙重保證食物在翻炒過(guò)程中的品質(zhì)，同時(shí)該結(jié)構(gòu)還可以為一些諸如花生，栗子等堅(jiān)果提供更好翻炒效果，使其受熱更加均勻進(jìn)而防止起糊。該結(jié)構(gòu)具有多種控制形式，由于每一個(gè)氣動(dòng)震動(dòng)器均為相互獨(dú)立，因此可對(duì)其進(jìn)行任何形式的組合排列而實(shí)現(xiàn)需要的震動(dòng)。2.3必要的設(shè)計(jì)和計(jì)算2.3.1電機(jī)的選用及計(jì)算圖2.7鍋蓋旋轉(zhuǎn)臂的受力示意圖對(duì)帶動(dòng)鍋蓋旋轉(zhuǎn)電機(jī)的選用，如上圖所示紅色標(biāo)記部位為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)桿，由該結(jié)構(gòu)可知，要計(jì)算馬達(dá)所需要的最小轉(zhuǎn)矩，首先需要根據(jù)平衡原理計(jì)算出要使得鍋蓋抬升所需要的力F2，現(xiàn)對(duì)固定點(diǎn)左側(cè)的重量命名為M1，右側(cè)綠色部位質(zhì)量命名為M2,則根據(jù)： (1)可計(jì)算出，F(xiàn)2為72.35,其中F1為34.3，L1為0.54，L2為0.25。根據(jù)力學(xué)平衡原理可知連接桿通過(guò)旋轉(zhuǎn)為鍋蓋臂提供拉力，該拉力在豎直方向的分量為F2，由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)計(jì)算得知連桿在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中與豎直方向最大的角度為65度，因此電機(jī)所提供的轉(zhuǎn)矩最少應(yīng)大于此時(shí)連桿所需要的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)計(jì)算得知，當(dāng)連桿與鍋蓋臂呈65度時(shí)，連桿所需要的力F為171，根據(jù)力的傳遞可知，與電動(dòng)機(jī)相連的旋轉(zhuǎn)臂需要提供的扭矩為： (2)其中，L=0.1m，故計(jì)算得知M=17.1。依據(jù)此扭矩需要對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行選型，通過(guò)查詢相關(guān)資料，最終選取的電動(dòng)機(jī)機(jī)型為110BYG350D三相步進(jìn)電機(jī)。2.3.2鍋蓋連接桿之間螺栓強(qiáng)度校核螺栓螺栓圖2.8鍋蓋旋轉(zhuǎn)臂如上圖所示，在步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)最終帶動(dòng)鍋蓋的打開與關(guān)閉過(guò)程中，在連接桿連接部位的螺栓會(huì)受到一定的剪切力和擠壓，因此需要對(duì)該部位進(jìn)行剪切力和擠壓應(yīng)力的計(jì)算與校核。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，螺栓所受到的力為典型的剪切力，本機(jī)構(gòu)中該處所用到的螺栓均為不銹鋼螺栓，采用M8型號(hào)螺栓。根據(jù)螺栓的在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受力圖（如下圖簡(jiǎn)化模型所示）可知，剪切力F為上文所計(jì)算的值，為171,根據(jù)剪切力公式進(jìn)行計(jì)算：圖2.9簡(jiǎn)化模型 （3） (4） （5） (6)公式（3）-（6）分別為螺栓所受剪切力的計(jì)算公式；螺栓所受擠壓應(yīng)力的計(jì)算公式；螺栓在受到變載荷時(shí)的許用應(yīng)力；螺栓在受到變載荷的螺栓需用擠壓應(yīng)力。其中i代表螺栓所受剪切面的個(gè)數(shù)，本結(jié)構(gòu)中i=1；d0為螺栓受剪面直徑；Lmin為螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度值為5；為螺栓的許用剪切力，系數(shù)取最大5；p為需用剪切壓力，系數(shù)取最大2；s為屈服強(qiáng)度。由于所用螺栓為M8，精度等級(jí)取4.8，故d0=8，Lmin=12,不銹鋼的屈服強(qiáng)度s為320，帶入數(shù)據(jù)可得：=3.4，=64；p=4.275，p=160,。由結(jié)果可知，選用的螺栓型號(hào)在自動(dòng)翻炒鍋工作過(guò)程中，許用剪切應(yīng)力和許用壓力均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際產(chǎn)生的剪切力和壓力，因此該螺栓的強(qiáng)度符合工作要求。2.4氣動(dòng)振動(dòng)器的選用翻炒鍋下方由四個(gè)氣動(dòng)振動(dòng)器提供支撐作用，根據(jù)鍋的重量加上炒菜時(shí)食物的重量并結(jié)合市面上所現(xiàn)有的氣動(dòng)振動(dòng)氣規(guī)格，最終選用活塞直徑為32mm的振動(dòng)器，該振動(dòng)器的原理為打開二位三通電磁閥，高壓氣體通過(guò)通道進(jìn)入活塞的下腔，推動(dòng)活塞上行，活塞上腔氣體被擠壓通過(guò)排氣孔排出，當(dāng)活塞上升到終點(diǎn)時(shí)，氣體通過(guò)槽和氣道自動(dòng)換向使氣體進(jìn)入活塞上腔，高壓氣體壓動(dòng)活塞向下運(yùn)行，最終完成一個(gè)循環(huán)，如此往復(fù)循環(huán)使振動(dòng)器產(chǎn)生平動(dòng)和晃動(dòng)，從而產(chǎn)生振動(dòng)力。同時(shí)，氣動(dòng)振動(dòng)器的振動(dòng)頻率和振動(dòng)力可通過(guò)流量與壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。最終，選擇上海市某一企業(yè)的產(chǎn)品，其型號(hào)為QJQ3-32-SUS,該型號(hào)可提供的工作壓力為0.2-0.5Mpa，振動(dòng)頻率為10-60HZ,激振力幅最高達(dá)到800N,完全滿足自動(dòng)翻炒鍋的使用要求。 2.5機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖圖2.10機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖3 自動(dòng)翻炒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介自動(dòng)炒菜機(jī)，顧名思義就是將炒菜自動(dòng)化的機(jī)器。機(jī)器包含自動(dòng)加料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，自動(dòng)翻炒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，自動(dòng)切菜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而本次設(shè)計(jì)的是其中的一部分自動(dòng)翻炒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，方便快捷。圖3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三視圖3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要部分組成3.2.1 箱體本文中自動(dòng)炒菜機(jī)結(jié)構(gòu)所用材料主要為不銹鋼和鋁合金。根據(jù)餐飲行業(yè)現(xiàn)狀以及廚房布局，我們采用不銹鋼作為自動(dòng)炒菜機(jī)的箱，整體外輪廓為長(zhǎng)方體，整體尺寸符合人體工藝學(xué)，箱體的長(zhǎng)度、寬度和高度分別為140cm、120cm和120cm正常炒菜的要求，同時(shí)為了達(dá)到所要求功能的同時(shí)并符合省空間的要求，我們講其它功能部件均集成在箱體上。箱體在設(shè)計(jì)上同時(shí)為食材盒的、炒鍋、調(diào)料盒以及帶動(dòng)鍋蓋的步進(jìn)電機(jī)均預(yù)留了相應(yīng)的安裝位置。比如，在食材盒安裝位置，預(yù)先留出了食材盒運(yùn)動(dòng)時(shí)直線導(dǎo)軌的位置，方便食材盒在導(dǎo)軌上的安裝，同時(shí)降低食材盒的安裝高度，可使得給食材盒中裝入食材的過(guò)程更加高效方便；在箱體的中間部位開出了一個(gè)大的凹槽，主要用于安裝炒鍋和水管等裝備，同時(shí)可為燃?xì)馓峁┫鄳?yīng)的安裝位置；在箱體的后側(cè)，同樣預(yù)留出了相應(yīng)的位置，用于安裝帶動(dòng)鍋蓋進(jìn)行開合的馬達(dá)和安裝座等；在箱體后側(cè)箱壁上，伸出一個(gè)一定高度的凸臺(tái)，該凸臺(tái)可為鍋蓋進(jìn)行上下開合是提供旋轉(zhuǎn)壁的支撐和固定作用。圖3.2箱體3.2.2 鍋體圖3.3鍋體如圖所示，鍋體由鍋體和四個(gè)氣動(dòng)振動(dòng)器組成，鍋的直徑為72,材質(zhì)為常用的不銹鋼，為了實(shí)現(xiàn)鍋在垂直方向或者在一定方向的震動(dòng)，在鍋的下方均勻分布了四個(gè)立柱，該立柱與鍋體為一體，立柱為中空結(jié)構(gòu)。四個(gè)立柱下面一一對(duì)應(yīng)一個(gè)氣動(dòng)振動(dòng)器，氣動(dòng)振動(dòng)器的作用如前文所述，不僅起到對(duì)鍋體的支撐和固定作用，同時(shí)可利用其對(duì)鍋體產(chǎn)生一定作用的振動(dòng)，從而達(dá)到防止糊鍋和粘鍋的作用。鍋的結(jié)構(gòu)是可拆卸的。3.2.3 攪拌器如下圖所示為兩種不同的攪拌器，可滿足對(duì)于不同食材的攪拌工作，攪拌器的頭部選用質(zhì)量較輕韌性強(qiáng)的不銹鋼材質(zhì)，對(duì)于左圖中顯示的為攪拌器與連接桿兩部分，藍(lán)色部位為攪拌器，粉紅色部位為攪拌器連接桿，該攪拌器比較適合攪拌不易受損，韌性和硬度相對(duì)較大的食材，如肉類，豆類，土豆絲之類等。而右側(cè)的攪拌器結(jié)構(gòu)適合對(duì)豆腐、粉類的攪拌，從較大程度上降低對(duì)食材的損壞。為方便攪拌器的更換，攪拌器頂端采用的結(jié)構(gòu)均為右圖頂部紅色標(biāo)記的樣式，采用類似銷軸的方式更換攪拌器，只需要將其直接插入攪拌器旋轉(zhuǎn)軸中與旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行裝配，同時(shí)為了使得安裝更為牢固，在攪拌器與攪拌器旋轉(zhuǎn)桿兩者的裝配接觸面均裝有磁鐵，如此可滿足攪拌器快速更換的目的。 圖3.4攪拌器1、23.2.4 鍋蓋鍋蓋的結(jié)構(gòu)如圖所示，由于攪拌器需要連接在鍋蓋上面，因此在鍋蓋內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)了如右圖的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可與攪拌器旋轉(zhuǎn)桿進(jìn)行裝配連接，同時(shí)為攪拌器的旋轉(zhuǎn)提供動(dòng)力。從下圖可以看出，鍋蓋頂部與一個(gè)旋轉(zhuǎn)臂相連接，該旋轉(zhuǎn)臂在接近中間部位和末端部位分別有一個(gè)安裝螺栓的孔，靠近中間部位的螺栓孔在鍋蓋翻轉(zhuǎn)過(guò)程中起到固定旋轉(zhuǎn)和支撐的作用，靠近末端部位的螺栓孔與另一個(gè)旋轉(zhuǎn)桿相連接，通過(guò)兩個(gè)連接桿最終與步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行連接，該螺栓孔在鍋蓋的翻轉(zhuǎn)過(guò)程中主要起到傳遞動(dòng)力的作用，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)將動(dòng)力傳遞到鍋蓋，最終完成鍋蓋的開合。圖3.5鍋蓋旋轉(zhuǎn)臂4 重要零件的有限元分析在本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于自動(dòng)炒鍋的鍋蓋外部需要與驅(qū)動(dòng)壁連接進(jìn)而驅(qū)動(dòng)鍋蓋的開合，鍋蓋下方需要和攪拌器相連接，因此該結(jié)構(gòu)特性受力最為嚴(yán)重，所以需要對(duì)齊進(jìn)行有限元分析，以確定材料的選用，尺寸的設(shè)計(jì)是否滿足使用要求。本文利用Catia軟件中的有限元分析模塊對(duì)鍋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，由于該結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，故根據(jù)其結(jié)構(gòu)將其簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁模型，即鍋蓋壁兩端進(jìn)行受力，中間為支撐點(diǎn)起到支撐作用。首先利用仿真模塊，對(duì)其支撐部位進(jìn)行固定，如下圖鍋蓋連接部位所示，固定之后對(duì)其鍋蓋處進(jìn)行力的添加，由結(jié)構(gòu)可知該處所受最大力與其重力相同，為7.2N。受力方向如鍋蓋下方黃色箭頭所示。在結(jié)構(gòu)固定和力施加完畢后，對(duì)齊進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，由有限元分析知識(shí)可知，網(wǎng)格劃分越密集其分析結(jié)果越準(zhǔn)確，因此該網(wǎng)格的大小最終取5mm。網(wǎng)格劃分完畢后，對(duì)齊進(jìn)行力學(xué)的求解，最終得到其仿真結(jié)果。 圖4.1鍋蓋旋轉(zhuǎn)臂的網(wǎng)格劃分圖4.2鍋蓋旋轉(zhuǎn)臂的有限元分析網(wǎng)格劃分完畢后對(duì)該零件進(jìn)行應(yīng)力分析，得到的應(yīng)力圖如上圖所示，從仿真分析原理可知，從藍(lán)色到紅色所代表的所受應(yīng)力約來(lái)越大，根據(jù)圖中可以看出受力最大的部位為靠近中間螺栓固定的位置，最大應(yīng)力為0.647Mpa,通過(guò)查閱資料可知，該應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋁合金的屈服強(qiáng)度140Mpa，因此該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理完全滿足使用要求。5 前景及展望本文通過(guò)對(duì)自動(dòng)炒菜機(jī)的自動(dòng)翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的主要零部件和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的描述，也從實(shí)用性，可行性方面進(jìn)行了一定的研究和驗(yàn)證，對(duì)自動(dòng)炒菜機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用具有一定的借鑒和使用意義。但該結(jié)構(gòu)也具有其局限性，主要表現(xiàn)在雖然可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)炒菜的功能，相比于目前市場(chǎng)和已存在的產(chǎn)品所能實(shí)現(xiàn)的功能更多，更全面，但也還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到可滿足任何菜品的翻炒需求，比如需要翻炒的魚類產(chǎn)品、需要呈某種規(guī)則放置的菜品等。因此在后續(xù)的研究中，可進(jìn)一步從智能化和翻炒結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行更深的研究。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我明白單單只學(xué)習(xí)課本上的知識(shí)是不夠的，設(shè)計(jì)還要靠大量的實(shí)操和驗(yàn)算來(lái)考慮可行性，相信這對(duì)我以后的工作會(huì)有很大的影響。在設(shè)計(jì)過(guò)程中也非常感謝我的指導(dǎo)老師曾亮華導(dǎo)師和同一課題的組員，他們?cè)谖以O(shè)計(jì)中提高了很多指導(dǎo)和幫助，感謝你們。文獻(xiàn)【1】紀(jì)金燦. 智能炒菜機(jī)火控與炒菜裝置的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)D. 廣東工業(yè)大學(xué), 2015.【2】黃東明, 徐錦大, 吳寶華, et al. 小型扁形茶炒制機(jī)工作裝置%Apparatus of mini-model machine for fiat tea roastingJ. 機(jī)電工程, 026(1):92-94.【3】方清志. 炒旺生意的電磁炒貨機(jī)J. 大眾投資指南, 2012(2):26-26.【4】胡海英. 嘰電一體化產(chǎn)品的技術(shù)構(gòu)成及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)J. 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