水果榨汁機結(jié)構(gòu)設計及Solidworks仿真研究目錄TOC\o"1-3"\h\u205791緒論 緒論1.1選題背景鑒于市場需求，我國水果汁加工企業(yè)日益增多，主要加工工藝有：洗滌與選擇，榨汁，過濾，加添加劑，脫氣去油，巴氏殺菌，均質(zhì)，灌裝冷卻等。水果原果至可食水果汁全過程繁雜煩瑣，維生素含量高，營養(yǎng)物質(zhì)破壞嚴重。水果汁自出廠至消費者手中需進行多道工序加工，添加大量食品添加劑及勾兌成分等，營養(yǎng)成分受到大量損害。營養(yǎng)專家認為，維生素屬于極不穩(wěn)定營養(yǎng)素別，大多在受熱時損失，只要與空氣接觸就已損失并受到破壞。水果汁維生素的維持時間非常短暫，盡管到目前為止還沒有資料統(tǒng)計出水果汁維生素的損失率，但人們普遍認為保存半個小時已達到限度。因此市面之上很難買到有營養(yǎng)、維生素含量高的鮮榨水果汁。在中國經(jīng)濟不斷發(fā)展的過程中，人們對于食品的需求已經(jīng)不僅僅局限于基本營養(yǎng)需求，還需要綠色環(huán)保等等。家庭飲用新鮮水果汁通常采用高速旋轉(zhuǎn)榨汁機，其主要過程是：洗果，去皮，壓榨，灌裝，清潔設備等。其中剝皮及清洗設備十分煩瑣，目前家庭中普遍使用的榨汁機就是利用刀盤高速旋轉(zhuǎn)來切割果實，使果肉受到離心力的作用而被拋出濾網(wǎng)，果汁從濾網(wǎng)出來后，在高速轉(zhuǎn)動下容易產(chǎn)生高溫而破壞果汁的營養(yǎng)成分并容易氧化變色，因此此種榨汁方法還會對營養(yǎng)成分造成損害。因此，打破目前水果汁加工銷售模式并提出新方案即水果汁現(xiàn)榨現(xiàn)賣銷售模式進而推動我國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有著十分現(xiàn)實的意義。本課題以現(xiàn)榨水果汁售貨機為主，設計一款新型的水果榨汁機。1.2選題目的我國是一個人口大國，但水果消耗量相對較少，目前市場上果汁飲料大多是低濃度，多加勾兌果汁飲料，水果產(chǎn)量高與實際消耗量相差較大，導致農(nóng)業(yè)資源浪費嚴重。該產(chǎn)品旨在支持現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展、打造綠色產(chǎn)業(yè)化鏈條，為果農(nóng)傳遞最真實市場信息，不斷提升種植效率，同時切實增加果農(nóng)收入?，F(xiàn)榨水果售貨機集全自動收幣，榨汁，灌裝，制冷，消毒，語音功能和無線監(jiān)控于一體，實現(xiàn)榨汁工藝全透明自動售賣機。該產(chǎn)品“水果汁現(xiàn)榨現(xiàn)賣”的模式使人們對“現(xiàn)榨水果汁”有了新的認識，手工農(nóng)業(yè)與當前智能自動化科技相結(jié)合，手工農(nóng)業(yè)還增加了“高科技”以適應現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。1.3選題意義據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2020年我國水果產(chǎn)量達3億噸，居世界第一。而作為人口大國，我國水果消耗量卻非常的低，市面上的果汁飲料多為低濃度、多添加勾兌果汁，水果產(chǎn)量的居高不下和實際消耗量的巨大差距，導致農(nóng)業(yè)資源浪費嚴重，如：“湖南出現(xiàn)十萬斤水果滯銷”消息屢見不鮮。該產(chǎn)品旨在支持現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展、打造綠色產(chǎn)業(yè)化鏈條，為果農(nóng)傳遞最真實市場信息，不斷提升種植效率，同時切實增加果農(nóng)收入?，F(xiàn)榨水果售貨機集全自動收幣，榨汁，灌裝，制冷，消毒，語音功能和無線監(jiān)控于一體，實現(xiàn)榨汁工藝全透明自動售賣機。該產(chǎn)品“水果汁現(xiàn)榨現(xiàn)賣”的模式使人們對“現(xiàn)榨水果汁”有了新的認識，手工農(nóng)業(yè)與當前智能自動化科技相結(jié)合，手工農(nóng)業(yè)還增加了“高科技”以適應現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。1.4總體設計方案本課題主要是針對目前水果榨汁機所出現(xiàn)的一些問題，在現(xiàn)榨水果汁售貨機原理，安裝需求等基礎上研究出了一套新型榨汁原理，研制了一種新型水果榨汁機，可滿足各種水果尺寸，具有體積小，效率高，穩(wěn)定性好，自動去皮，自動壓榨等特點。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。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1.1中所描述的那樣，其具體的各個設備的原理是：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。3.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)。圖1.1自動榨汁工作原理圖2水果榨汁機原理介紹2.1榨汁機分類（1）手動型榨汁機手動型榨汁機在生活當中使用起來更加安全，并且環(huán)保型優(yōu)秀，備受人們喜愛，并且榨出的水果汁營養(yǎng)不受任何損害，體積小更具有實用性。（2）電榨汁機人們在生活中對時間格外的重視，因此許多人都會買一臺電動型的榨汁機進行壓榨，壓榨的速度也會更快，因此許多人對電動榨汁機都有好感，不需要親力親為也能壓榨出來，出汁的效率也更高。（3）高速離心式榨汁機生活中電動型榨汁機被許多人稱為榨汁速度快、榨出果汁更清澈、過濾效果更好、不含雜質(zhì)、因此市場上銷售很不錯。（4）低速擠壓榨汁機低速擠壓式榨汁機使用時噪音很低，榨出的果汁也較多，沒有渣滓，因此人們很喜歡飲用它榨出的果汁。（5）多功能水果蔬菜榨汁機市場上多功能果菜榨汁機銷售情況還算不錯，因此不少人購買榨汁機時都希望能看一下是否有一款多功能果菜榨汁機，本實用新型實用性強，集果汁機，榨汁機，磨豆機，打豆?jié){機于一身，可也許做奶昔，碎果肉，混合均勻。2.2水果榨汁機原理啟動后，電機驅(qū)動刀網(wǎng)高速轉(zhuǎn)動。推動蔬菜水果由加料口落入刀網(wǎng)刀網(wǎng)尖刺中，果菜被削碎，果渣在刀網(wǎng)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力作用下飛出刀網(wǎng)，進入渣盒，果汁穿出刀網(wǎng)，流到果汁杯中。刀網(wǎng)以數(shù)千轉(zhuǎn)/分鐘的高速旋轉(zhuǎn)，將水果擊碎巨大離心力，果汁噴入果汁杯，果渣被甩入收渣桶。2.3榨汁機注意事項（1）榨汁機應水平放置在牢固的柜臺內(nèi)，如果柜臺傾斜或不平，機器容易出現(xiàn)問題。（2）榨汁機為帶電設備，需安裝接地線和漏電保護開關(guān)后使用。（3）嚴禁在使用過程中將雙手或過細的棒插入機器，馬達旋轉(zhuǎn)，有切斷危險。（4）使用前應檢查焊絲（1.5mm平方焊絲適當）是否完好。如果電線插頭接觸不好或電線損壞時使用，則有觸電或火災的風險。（5）受渣桶和受汁杯應每日清洗并保持清潔。（6）停止后重啟時，必須離開5分鐘以上，如果電壓不穩(wěn)定，則必須配備2000W以上的調(diào)節(jié)器。（7）榨汁機應設置在通風良好的地方，在周圍留出15厘米以上的空間，在操作時進行散熱和通風。（8）榨汁機功率大，使用時必須使用專用插座，請勿與其他電器一起使用插座。（9）榨汁機應放入環(huán)境溫度低于35度的房間，在供暖過程中飲料溫度不得超過40度。（10）在制熱、制冷模式下禁止切換為制冷、制熱，否則容易對榨汁機造成損害。3水果榨汁機結(jié)構(gòu)設計3.1榨汁方案論證榨汁機應具備下列條件：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；3.進料機構(gòu)實現(xiàn)單個自動進料，能適應不同大小的水果；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，滿足設計要求。3.2總體方案設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。3.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)。3.3機械結(jié)構(gòu)設計3.3.1整體結(jié)構(gòu)按照總體設計方案，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3.3.2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計成80mm，把半球形凹槽的個數(shù)設計成四個，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，因此設計時采用極限尺寸為50mm與80mm進行設計。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3.3.3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，應經(jīng)常對水果切刀進行跟換，由于刀片屬于易損件，其應當設計分成兩部分，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3.3.4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3.3.5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輪溝槽側(cè)壁發(fā)生刮擦，因此排渣擋板在設計時應有調(diào)整機構(gòu)，方便存在誤差時可以通過調(diào)整機構(gòu)進行彌補，排渣擋板的結(jié)構(gòu)如圖3-16所示。圖3-16排渣擋板排渣擋板基座為直插式結(jié)構(gòu)，其設計應考慮使粘附于凸輪半球上的水果皮對排渣擋板所施加的作用力方向與排渣擋板基座上插槽的走向平行，達到了剝離水果皮過程中排渣擋板不與底座分離，吸附水果皮凸輪半球距凸輪軸心最遠處水果皮被剝離，避免水果皮落入集汁料斗上排渣裝置結(jié)構(gòu)圖見圖3-17。圖3-17排渣裝置4水果榨汁機仿真分析4.1基于Solidworks及虛擬樣機技術(shù)簡介Solidworks是目前世界上最暢銷的三維軟件之一，晚期由達索公司購買，Solidworks最突出的特點是操作方便、易于使用，對許多初學者都是很好的軟件，本節(jié)會對Solidworks軟件進行簡要介紹，以便后續(xù)自動榨汁建模。Solidworks作為Windows系統(tǒng)環(huán)境中的開發(fā)軟件，它所具有的強大CAD功能對于機械工程師來說是一個很有幫助的設計軟件。Solidworks軟件插件比較豐富，現(xiàn)在以Solidworks為平臺開發(fā)了CAE/CAM系列功能，隨著Solidworks版產(chǎn)品的更新，其功能變得更加強大，已能夠滿足大部分設計人員對產(chǎn)品的設計要求。Solidworks軟件最突出的特點就是數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，設計時首先建立一個三維模型，通過三維模型可自動生成可供機械加工用的二維工程圖，Solidworks已添加自動加尺寸后，設計者最終只需簡單調(diào)整就能完成工程圖，若是設計中發(fā)現(xiàn)零件設計存在問題，本實用新型可直接開件修正，修正后其對應裝配圖及工程圖將發(fā)生變化，大大節(jié)省設計人員時間，無需對工程圖進行重繪和組裝，設計效率高。Solidworks經(jīng)過自己不斷地改進，目前已經(jīng)實現(xiàn)高級運動仿真，渲染功能和一系列共享數(shù)據(jù)庫，已完全能夠?qū)θS模型進行運動分析，并對產(chǎn)品進行功能仿真。SolidWorksMotion以ADAMS解算器為設計工具進行模擬仿真分析[26]，通過仿真可對機構(gòu)整體進行干涉檢查，證明機器設計合理。SolidWorksMotion的應用分三個步：1)預處理；2）求解；3)后處理。4.2榨汁機樣機建模經(jīng)過原理方案設計，實現(xiàn)了虛擬環(huán)境下機器各個零部件的設計建模，組裝，干涉檢查和運動仿真等功能，可以極大地縮短常規(guī)產(chǎn)品的設計周期，并在虛擬環(huán)境下能夠高效快速的檢測出產(chǎn)品設計上存在的不足并及時完善方案。該小節(jié)以水果榨汁機整體設計方案為基礎，基于Solidworks2014軟件環(huán)境下對各個零部件建模。建立虛擬模型為以后的運動仿真提供了依據(jù)，因此建模時應嚴格按設計尺寸操作，以便于分析機器，只有這樣才能使分析結(jié)果的數(shù)據(jù)真實、可靠。建模時的每個標準件均可由零件庫獲取或按其給出的標準尺寸分別構(gòu)建虛擬模型，從而完成榨汁機需要的標準零件庫。水果榨汁機是由零件組裝而成，該組裝具有結(jié)構(gòu)樹簡單直觀，便于改造零件系統(tǒng)和組裝思路清晰的優(yōu)點，首先通過各個零件模型組裝成各個零件圖，然后通過各個零件組裝成一個整體的模型，得到水果榨汁機的虛擬樣機，如下面的模型。圖4-1水果榨汁機虛擬樣機正面和背面4.3榨汁機樣機干涉檢查由于機器開發(fā)之初對單個零件的設計沒有充分考慮機構(gòu)裝配時的干涉問題，并且在設計的過程中也會根據(jù)需要對部分零件的尺寸進行修正，可能會造成新的干擾，因此整體樣機的干擾檢查十分必要。完成了水果榨汁機虛擬樣機的建模和組裝成之后，可利用Solidworks軟件中自帶的干涉檢查功能實現(xiàn)榨汁機的整體干涉檢查工作，其操作步驟為：在一個整體裝配模型中，在菜單欄里選擇[評估]指令，然后單擊二級指令[干涉檢查]指令，最后用鼠標在整個榨汁機整機裝配上進行選擇，并勾選[排除的零部件]，由于整體組裝文件已經(jīng)增加了標準件組裝，螺栓和螺母存在螺紋干涉，螺栓和機架一方存在干涉，彈性擋圈和軸也存在干涉，因此，螺栓，螺母和彈性擋圈與標準件間的干涉可直接忽略，由設計樹用鼠標點出無需干涉檢查零部件。然后點擊[干涉檢查]中的[選項]，根據(jù)需要進行選擇，為了能夠方便快捷的找出干涉零部件的位置，點選[選項]中的[使干涉零件透明]可以直觀的找出干涉零部件的位置，裝配體內(nèi)部存在大量重合邊或表面，因此要保證[視重合為干涉]不入選，若點選了該指令則誤報。具體設定見圖4-2所示。確認后，單擊[計算]，就可以檢查虛擬樣機是否發(fā)生干涉。圖4-2干涉檢查選項卡檢驗結(jié)果見圖4-3，可看出零部件間干涉情況。結(jié)構(gòu)條框內(nèi)顯示不干涉，因此整機內(nèi)不會出現(xiàn)干涉。若存在部件的干涉情況，在[結(jié)果]對話框顯示干涉條目的情況，使用鼠標雙擊干涉條目的情況下，Solidworks軟件會對干涉組件進行自動定位，同時對干涉面和透明干涉部件進行高亮顯示。針對干涉情況對所設計零部件做尺寸微調(diào)修正，最終使得干涉檢查結(jié)果不再出現(xiàn)零件干涉現(xiàn)象，也就是滿足了干涉檢查的要求。圖4-3干涉檢查結(jié)果4.4水果榨汁機運動仿真分析經(jīng)過前一節(jié)的水果榨汁機干涉檢查，還不能夠完全確保機器處于各種狀態(tài)時沒有干涉出現(xiàn)，還應該檢查工作狀態(tài)時是否會出現(xiàn)新的干涉現(xiàn)象，因此有必要進行機器運動仿真分析。運動仿真分析一方面考察了運動干涉問題，另一方面也能考察和分析各個機構(gòu)的運動是否符合設計要求，最后對水果榨汁機設計的合理性進行考察。（1）模型的簡化所設計的裝配體不同于運動仿真所需的裝配體，作運動仿真時就是要對該模型作一些簡化，使其不僅能直觀地觀察到運動情況，而且能降低計算量。所以在對榨汁機進行運動仿真分析之前需要對仿真沒有影響的零部件進行簡化處理，減少計算機的計算時間。如外罩、機器外殼等均為不影響機械運動、可壓縮的部件；螺栓螺母也不影響移動，因此把這些不影響干涉又不影響移動所需要的部件都擠壓了出來，最后得到的簡化模型見下圖。圖4-4榨汁機簡化圖（2）設定榨汁機運動仿真參數(shù)打開Solidworks軟件并將SolidworksMotion引入到SolidworksMotion插件中，如圖4-5所示，在將簡化的水果榨汁機模型引入到SolidworksMotion插件中之后，如圖4-6所示，新制作了名為水果榨汁機運動模擬的[運動計算例1]。圖4-5開啟SolidworksMotion插件圖4-6SolidworksMotion當模型導入到SolidworksMotion中后，該軟件會自動把建模時所設置的約束傳遞給運動仿真模型，其次只需加入定義運動所需的力量及馬達等相關(guān)參數(shù)，并最終加入動畫所需的鍵碼及所需視圖。水果榨汁機運動仿真時，以水果榨汁機實際工作參數(shù)來定義，榨汁機內(nèi)部僅有一臺減速電動機因此設定動力更方便，減速電動機的速度是13.5r/min；馬達管理器內(nèi)減速電動機的速度設定是13.5RPM；選對馬達旋轉(zhuǎn)方向如圖4-7所示。按照上述分析參數(shù)設置好之后，放上對應的鍵碼和所需視圖，鍵碼不同就能代表動畫點的差異，若鍵碼擺放得當，在模擬結(jié)束時能夠輸出效果良好的動畫圖或保存動畫。水果榨汁機仿真模型建立后，如圖4-8。圖4-7馬達管理器圖4-8設定好運動參數(shù)的運動仿真模型（3）運動仿真解算SolidworksMotion具有動畫，基本運動，Motion分析3類仿真運動。動畫就是非常單純地進行運動模擬，這類模擬無視一切力量的影響，僅僅是對產(chǎn)品運動正確性的檢驗?；具\動考慮到某些零部件的性質(zhì)情況來計算，實際模擬中很少用到。Motion分析是計算中考慮了產(chǎn)品各零部件屬性及部分受力情況與慣性的分析模塊之一，可計算力對于產(chǎn)品的影響程度等等。本部分僅需要對水果榨汁機動作是否達到設計要求進行驗證，因此采用動畫仿真計算，后文分析將采用Adams動力學模塊。當仿真類型設為動畫時，即可模擬水果榨汁機。運動仿真時可同時加入傳感器檢查干涉情況，若仿真過程發(fā)生干涉，則仿真停止工作，經(jīng)過修改參數(shù)并繼續(xù)仿真，直到?jīng)]有出現(xiàn)干涉情況即可，在本次仿真中沒有出現(xiàn)干涉。在模擬結(jié)束時可打開定向視同功能、選擇合適視同擺放鍵碼、生成模擬動畫便于后期