PAGE\*Arabic2PAGE水果榨汁機的結(jié)構(gòu)設(shè)計案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u21108水果榨汁機的結(jié)構(gòu)設(shè)計案例概述 2251961.1榨汁方案論證 239271.2總體方案設(shè)計 321901.3機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 565791.3.1整體結(jié)構(gòu) 5148061.3.2輸送裝置 6166131.3.3對中切半裝置 737771.3.4擠壓裝置 8286091.3.5排渣裝置 91.1榨汁方案論證榨汁機應(yīng)具備下列條件：1.本實用新型具有效率高，可靠性高，可持續(xù)工作且結(jié)構(gòu)體積小的特點；2.水果能夠充分的被擠壓榨汁；1.進料機構(gòu)實現(xiàn)單個自動進料，能適應(yīng)不同大小的水果；4.準確的對中切半。工程上，對外形機構(gòu)為類圓形的工件，為能確定其外圓面中心線位置，常選擇兩平面支撐構(gòu)成V形塊進行定位或通過該結(jié)構(gòu)進行改變，見圖3-1。本實用新型通過V型塊的兩個支撐斜面分別與工件外圓的兩側(cè)母線相接觸，并在工件上起對中作用，使得工件橫截面外圓中心位于V形塊的兩個支撐中心之間。圖3-1V形塊定位水果形狀也是類圓結(jié)構(gòu)，所以水果對中還可利用V型塊原理進行。然而使用V形塊僅能限制水果在兩個方向上的運動自由度，榨汁機在中切水果時需要限制水果三個運動自由度，因此有必要對該定位結(jié)構(gòu)加以改進。改V形塊為球形凹槽，其位置如圖3-2。圖3-2球形定位盡管以上改進方案較好地解決了水果定位的問題，但改進球形定位方式因水果和定位塊有一定摩擦而出現(xiàn)不對中現(xiàn)象。對不同直徑的水果來說，它們之間存在著不同的未配對偏差。水果的中心誤差的計算方法見下圖。如圖3-2所示，其中心誤差計算公式h如下式所示。由圖可知式中，h——被定位水果的對中誤差；R——定位球槽半徑；d——水果直徑；G——水果重量；F——水果與定位槽的摩擦力；ρ——水果平均密度；Fn——水果與定位槽的正壓力；α——正壓力方位角。由于不同大小水果的果皮材質(zhì)相同，所以切入時力的大小可近似為相等，所以Fn相等。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)不同尺寸的果實的用途是不一樣的，通常榨汁用的果實直徑尺寸在50mm~80mm之間，定位槽球的直徑可以設(shè)計在80mm左右。按公式可以得到水果直徑由50mm~80mm不等，對中誤差逐步降低，水果切半比均不大于2:1，滿足設(shè)計要求。1.2總體方案設(shè)計自動水果汁榨汁機需要達到自動分離進料，自動對中切半，榨汁排渣的目的，主要包括輸送裝置，對中切半裝置，榨汁裝置，排渣裝置及有關(guān)傳動裝置。工作流程圖見下圖3-3。圖3-3榨汁機工作流程圖圖3-4自動榨汁工作原理圖果實從售貨機內(nèi)的落果機構(gòu)掉入榨汁機內(nèi)，通常都是分開下落，偶爾也有2個果實同時下落或因上次作業(yè)結(jié)束時榨汁機內(nèi)仍有未取汁果實，因此，榨汁機進料管道中存在著多種果實。水果榨汁機的原理如圖3-4中所描述的那樣，其具體各個設(shè)備的原理是這樣的：1.輸送裝置工作原理：水果落入榨汁機進料管道后，由于重力的原因?qū)⒀剡M料管道壁向下滾動，直到遇到凹輪1后被擋住。榨汁機啟動時，凹輪1旋轉(zhuǎn)，凹輪1外圓周上開設(shè)半球形溝槽，溝槽與進料管道對正時，凹輪一與進料管道形成裝載區(qū)，使具有且只有一種水果能夠進入半球形溝槽中，凹輪1不斷旋轉(zhuǎn)，使果實隨凹輪1旋轉(zhuǎn)脫離進料管道，下層果實將因重力作用而不斷填充上層果實空缺位，從而可以達到反復(fù)循環(huán)進料的目的。2.對中切半裝置工作原理：當水果被凹輪1帶離進料管道后，繼續(xù)轉(zhuǎn)動，凹輪1的半球凹槽會與凹輪2的半球凹槽對齊組成一個球形凹槽，水果在凹輪1與凹輪2構(gòu)成的球形凹槽中會因重力自動配對而不從球形凹槽中脫落，兩凹輪持續(xù)同步旋轉(zhuǎn)，當果實與切刀相遇后，2個凹輪對果實產(chǎn)生一個向下的力，使得果實由切刀在中心線上切割，從而完成對中切半過程。1.榨汁裝置工作原理：當水果被切半后會繼續(xù)留在凹輪的半球凹槽內(nèi)，被切半的水果離開切刀時，凸輪的半球與凹槽的半球槽配合，使水果汁與水果果肉逐步擠壓，水果汁受重力影響，往下流，這時榨汁面板下的集汁料斗對擠壓出來的水果汁進行收集。通過管道可以把水果汁導(dǎo)入杯中，到現(xiàn)在為止，榨汁的工序就結(jié)束了。4.排渣裝置工作原理：榨汁完成后的水果皮，會留在凸輪的半球上面，凸輪半球上開有溝槽，繼續(xù)轉(zhuǎn)動后排渣擋板會進去溝槽，水果皮與凸輪脫離，使得水果皮落入榨汁機內(nèi)，從而完成榨汁的循環(huán)。1.3機械結(jié)構(gòu)設(shè)計1.3.1整體結(jié)構(gòu)按照總體設(shè)計方案，果汁機的整體結(jié)構(gòu)如圖3-5、3-6所示，機械結(jié)構(gòu)包括以下幾部分：傳動系統(tǒng)：采用齒輪傳動，把傳動比分到凹輪，凸輪上，使凹輪與凸輪能精確配合，達到進料，對中切半，榨汁等功能，且齒輪定傳動比能夠使每次清洗完畢后，榨汁部件再進行安裝時，定位精確，能夠快速便捷地進行安裝。外殼：不銹鋼鈑金設(shè)計對整個內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行防護，防止榨汁時中將酸性水果汁濺入傳動系統(tǒng)，腐蝕傳動件并能避免旋轉(zhuǎn)件損傷人和出現(xiàn)人機安全事故。機架：用作安裝零部件的整體機器的底座。輸送裝置：由進料管道，凹輪和驅(qū)動軸組成，本裝置通過進料管道把售貨機落果機構(gòu)下落的果實每一次都有秩序地單送至榨汁機內(nèi)，從而達到果實自動進料與分離。對中切半裝置：由定位凹輪組，切刀及有關(guān)傳動件組成，可適應(yīng)各種尺寸水果的對中切半；榨汁裝置：由凹輪，凸輪，集汁料斗及有關(guān)傳動件組成，以確保被切去一半果實在落下前，由凹凸輪相配合，對果實進行壓榨，通過集汁料斗可對壓榨后的水果汁進行收集以存儲；排渣裝置：由凸輪和排渣擋板組成，使粘附于凸輪表面的水果皮脫落，從而達到榨汁機自動排渣的效果。圖3-5榨汁機整機圖圖3-6榨汁機去掉機架與外殼結(jié)構(gòu)圖1.3.2輸送裝置輸送裝置主要包括驅(qū)動軸，凹輪和進料管道，以實現(xiàn)每一次將掉入進料管道內(nèi)的果實有序個別輸送至榨汁機內(nèi)。為實現(xiàn)該機的緊湊和功能完善，擠壓凹輪可直接用作進料盤。驅(qū)動軸驅(qū)動凹輪轉(zhuǎn)動，果實會持續(xù)進入凹輪半球形凹槽中，從而實現(xiàn)持續(xù)個別進料。因榨汁后果實最大直徑80mm，在兼顧榨汁機外形尺寸約束及效率前提下，凹輪半球形凹槽的直徑設(shè)計成80mm，把半球形凹槽的個數(shù)設(shè)計成四個，并盡可能地對機構(gòu)進行了簡化，其簡化原理見圖3-7。圖3-7進料機構(gòu)原理圖對上述原理圖進行了分析，認為輸送裝置應(yīng)確保需頻繁清理的凹輪可拆卸性和所需安裝方便快捷且不容易發(fā)生錯誤。本實用新型在使得整體結(jié)構(gòu)盡可能縮小的同時，確保果實可以順暢地進入進料管道內(nèi)，當最大果實進入進料管道內(nèi)時，果實無法卡入進料管道與凹輪內(nèi)，凹輪轉(zhuǎn)動時果實可以從進料管道內(nèi)脫出；當最小果實進入進料管道時，確保凹輪處于靜止狀態(tài)下任意位置處，果實均不脫落，凹輪轉(zhuǎn)動過程中有時且只有1個果實進入半球凹槽內(nèi)，并能平穩(wěn)分離，實現(xiàn)進料與分離功能。果實位于進料管道上時，進料管道的底部需具有一定傾斜角以確保果實在重力作用下能進入凹輪半球凹槽。從市場分析來看，榨汁用果實直徑分布范圍為50mm~80mm，因此設(shè)計時采用極限尺寸為50mm與80mm進行設(shè)計。因此取dd=80mm時，為了確保最大直徑的果實可從進料管道中穿過L=90mm；在凹輪不轉(zhuǎn)動的情況下，防止水果脫落或卡在h<50mm、Dh>0和p=5mm內(nèi)；d=125mm時，為限制榨汁的外形尺寸取為m=130mm、n=110mm；通過計算可得D≈193mm,β≈71°,α≈16°,DΔh≈5mm,K≈109.8mm。經(jīng)計算得出上述參數(shù)是最優(yōu)解，可供設(shè)計時參考，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的榨汁機輸送裝置如圖3-8所示。圖3-8輸送裝置1.3.3對中切半裝置對中切半裝置多采用由兩個凹輪半球形凹槽構(gòu)成的球形凹槽來自動對中不同尺寸的果實，再由兩個凹輪轉(zhuǎn)動使果實受到向下壓力而由中部切半片，其原理如圖3-9。圖3-9對中切半裝置由前一節(jié)所得凹輪結(jié)構(gòu)參數(shù)可知：外圓直徑125mm，半球形凹槽80mm，可進行凹輪結(jié)構(gòu)設(shè)計；因兩凹輪需要同步轉(zhuǎn)動，故兩凹輪速度大小相等、方向相反，可采用齒數(shù)相等的一對外圓柱齒輪傳動；因凹輪需頻繁清理，凹輪和傳動軸應(yīng)可拆卸，其具體構(gòu)造見圖3-10。圖3-10凹輪結(jié)構(gòu)圖切刀是水果切半環(huán)節(jié)中的一個重要部件，其刀片隨使用時間延長而變鈍，切半力也隨之增大，應(yīng)經(jīng)常對水果切刀進行跟換，由于刀片屬于易損件，其應(yīng)當設(shè)計分成兩部分，主要由刀架和刀片組成，當?shù)镀冣g時，可以直接將刀片拆卸，更換新的刀片，節(jié)約成本；考慮到其切刀是以直接和果肉接觸為零部件的，故需頻繁清洗且需便于拆裝，經(jīng)方案優(yōu)化后最終切刀結(jié)構(gòu)如圖3-11。圖3-11切刀結(jié)構(gòu)中切半裝置零部件結(jié)構(gòu)確定之后，通過優(yōu)化參數(shù)并結(jié)合輸送裝置確定的外形尺寸和綜合整體方案，中切半裝置最終如圖3-12和3-13所示。圖3-12對中切半正面圖圖3-13對中切半剖面圖1.3.4擠壓裝置擠壓榨汁裝置由凹輪和凸輪配合，在半球形凹槽中擠壓處及果實，從而擠壓出水果汁實現(xiàn)榨汁，如圖3-14。圖3-14擠壓裝置原理圖前一小節(jié)中凹輪結(jié)構(gòu)已定型，凹輪圓周上開有4個半球形槽，該小節(jié)要求凸輪上半球個數(shù)一定。由于凹輪和凸輪均需定期清洗，凹輪半球形凹槽球心需與凸輪半球球心重疊，即具有固定位置，凸輪半球個數(shù)不超過4個，也因結(jié)構(gòu)所限，切刀所占位置空間一定，凸輪半球數(shù)要在4個以下，取為3個。凸輪結(jié)構(gòu)確定之后，就必須對凸輪安裝位置進行設(shè)計，而凸輪位置需考慮以下幾個方面：凹輪半球形凹槽球心應(yīng)和凸輪球形結(jié)構(gòu)球心相吻合；需留一定空隙以便于貯存榨干水果皮，經(jīng)測定凸輪結(jié)構(gòu)見圖3-15。圖3-15凸輪結(jié)構(gòu)圖1.3.5排渣裝置排渣裝置主要是將榨干的水果皮排出榨汁機。由于榨汁是通過凹輪與凸輪的擠壓榨汁，所以榨汁完成后，凹輪與凸輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，被榨干的水果皮由于水分丟失，與凸輪半球形成負壓，水果皮會附著在凸輪的半球上面，不能靠重力自動下落，需要排渣裝置將水果皮剝落。由于排渣擋板與水果汁也有直接接觸，需要經(jīng)常清洗，要求更換方便，采用直插的安裝方式可達到要求。排渣擋板是通過插入凸輪半球的溝槽內(nèi)將水果皮剝落，由于在制造和裝配過程中存在一定的誤差，排渣擋板的擋片會與凸