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1、北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 餐具分揀裝置的設(shè)計 餐具分揀裝置的設(shè)計 摘要 中國餐飲行業(yè)發(fā)展迅速，企業(yè)數(shù)量巨大，消費者離開后往往會產(chǎn)生大量帶有剩菜殘渣及油污的餐具餐盤，目前絕大部分的

2、餐具清洗都使用傳統(tǒng)的人工完成，人工進(jìn)行餐具清潔并分揀的效率低下，勞動強(qiáng)度大。 本次設(shè)計初期首先對市面上現(xiàn)有的洗碗機(jī)進(jìn)行了調(diào)查研究，明確洗碗機(jī)的總體設(shè)計要求，根據(jù)洗碗機(jī)的實際需求，設(shè)計了一款更全面的自動洗碗機(jī)，可用于學(xué)校或者中小型企業(yè)食堂，，在原本固有的清洗裝置后加上了分揀與收納餐具的裝置。根據(jù)餐具不同的外形特征，利用傳動過程中不同縫隙大小來實現(xiàn)餐具分揀并實現(xiàn)整理收納，內(nèi)容主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、校核和建模。 關(guān)鍵詞：餐具清洗；結(jié)構(gòu)設(shè)計；分揀；建模 Design of tableware sorti

3、ng device Abstract With the rapid development of Chinas catering industry and a large number of enterprises, consumers often produce a large number of tableware plates with leftovers and oil stains after leaving. At present, most of the tableware cleaning is done by traditional manual work. The ef

4、ficiency of manual cleaning and sorting of tableware is low and the labor intensity is high. At the beginning of this design, firstly, the existing dishwashers on the market were investigated and studied to clarify the overall design requirements of dishwashers. According to the actual

5、needs of dishwashers, a more comprehensive automatic dishwasher was designed, which can be used in school or small and medium-sized enterprise canteen. After the original fixed cleaning device, the device for sorting and receiving tableware was added. According to the different shape characteristics

6、 of tableware, different gap sizes in the transmission process are used to realize the sorting and sorting of tableware. Key words: tableware cleaning; structure design; sorting; modeling 目錄 1 前言 1 1.1小組課題綜述 1 1.2分揀裝置的市場狀態(tài) 4 1.3本設(shè)計的主要任務(wù)及特點 5 2 總體設(shè)計 6 2.1原理分析

7、 6 2.2方案分析及選擇 6 3 設(shè)計過程 10 3.1餐盤與勺筷分揀的設(shè)計 10 3.1.1餐盤與勺筷分揀的設(shè)計理念和要求 10 3.1.2無動力輥筒和軸承的選用 10 3.1.3無動力輥筒斜坡的設(shè)計 12 3.2勺筷分揀裝置的設(shè)計 12 3.2.1 勺筷分揀裝置的設(shè)計理念和要求 12 3.2.2 滾子鏈與鏈輪輥筒的設(shè)計 13 3.2.3 勺筷方向定位漏斗的設(shè)計 18 3.2.4 勺筷分揀輥筒裝置整體裝配 19 3.3動力輥筒輸送牽引力的計算與電機(jī)的選擇 20 3.4 V帶傳動設(shè)計 22 3.5餐盤收納裝置的設(shè)計 26 3.5.1餐盤收納裝置的設(shè)計理念與要求

8、26 3.5.2彈簧和支撐板的設(shè)計 26 3.6勺筷收納裝置的設(shè)計 29 3.6.1勺筷收納裝置的設(shè)計理念與要求 29 3.6.2勺筷收納裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 29 3.7 標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 31 4 設(shè)計成果展示 32 4.1三維建模 32 4.2二維裝配圖 33 4.3主要零件的零件圖 34 5 結(jié)論 40 參考文獻(xiàn) 41 謝 辭 42 附 錄 43 4 1 前言 1.1小組課題綜述 1.1.1餐具自動清洗機(jī)市場背景 中國餐飲行業(yè)發(fā)展迅速，企業(yè)數(shù)量巨大，消費者離開后往往會產(chǎn)生大量帶有剩菜殘渣及油污的餐具餐盤。人工收集餐盤并傾倒剩菜、清洗餐盤餐具再將其分

9、類，效率低下，勞動強(qiáng)度大，為應(yīng)對市場需求，有些企業(yè)和學(xué)校會選擇使用餐具自動清洗機(jī)。 餐具清洗機(jī)的分類有多種，根據(jù)使用場所的不同有酒店，食堂，消毒公司，家用洗碗機(jī)等。目前市面上的全自動洗碗機(jī)可以分為兩大類，主要是家用和商用，全自動家用洗碗機(jī)因其體積功率較小一般來說只適用于家庭，而商用洗碗機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的不同可分為箱式和傳送式兩類。 表1.按結(jié)構(gòu)分類的家用洗碗機(jī)特點 分揀機(jī)器在目前不管是國內(nèi)還是國外市場大多使用特殊結(jié)構(gòu)，通過餐具本身的幾何特征不同而用不同結(jié)構(gòu)將其分篩開來，多數(shù)使用長龍式或斜坡式，分揀速度快，分揀餐具的數(shù)量一次也可以達(dá)到數(shù)十個或上百，帶有分揀機(jī)構(gòu)的洗碗機(jī)機(jī)身十分龐大且長度很

10、長，整機(jī)占地面積較大，耗費電量多，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易于安裝或修理，只適用于大型企業(yè)，一般食堂或?qū)W校不適用此種類型的機(jī)器。 圖1.1清洗分揀一體化機(jī)器 目前國內(nèi)市面上的洗碗機(jī)產(chǎn)品多為單獨清洗各類餐具或單獨分揀餐具的機(jī)器，抑或是“一條龍服務(wù)”式，在這臺機(jī)清洗完人工搬至下臺機(jī)進(jìn)行分揀。國外的餐具自動回收清洗的科技水平較高，機(jī)器自動化程度高，可以滿足更多需求，與此同時帶來的也是更高的造價，再者，由于中外餐飲文化的差異，若非是直接定做，否則難以有現(xiàn)成的機(jī)器可供使用，種種原因使得該設(shè)備的成本更高，企業(yè)難以輕易抉擇。 鑒于此，設(shè)計一種適用于國內(nèi)現(xiàn)狀的洗碗機(jī)是很有實用價值的。本文設(shè)計的餐具自動清洗機(jī)是專

11、門為食堂餐盤及餐具設(shè)計的。與市面上洗碗機(jī)最大不同的一點便是它具備清洗與分揀一體化功能。清潔完畢后的餐盤，筷子，勺子可以被機(jī)器分揀開來，而不需要再進(jìn)行人工分揀，實現(xiàn)更高程度的機(jī)械自動化，真正做到節(jié)省人力資源，使分揀操作不再繁雜，降低工作人員勞動強(qiáng)度的同時帶來更大的實用性和經(jīng)濟(jì)性。同時，該食堂餐具自動清洗機(jī)為餐盤及餐具量身定做，適用于最常見的食堂不銹鋼餐盤，雖適用范圍不廣，但針對性極高，能給餐具清洗帶來更好的體驗感。該機(jī)器所具備的清潔功能雖遜色于超聲波洗碗機(jī)的清潔能力，占地面積中等大小，但其經(jīng)濟(jì)性和所具備的性能十分適用于學(xué)校食堂及各企業(yè)食堂場所。 1.1.2小組總體設(shè)計 目前，餐具自動清洗

12、機(jī)的設(shè)計問題主要有三個： a. 餐具的清洗效率和清洗效果是清洗機(jī)最關(guān)鍵的問題，清洗效果的好壞決定了這款機(jī)器的價值，食物中各種成分如何有效的被去除是設(shè)計中首要解決的問題。 b. 餐具分大中小餐具，在一般的清洗過程中，餐具容易發(fā)生位置的滑動或者掉落。設(shè)計的傳動裝置需既能固定住餐具又方便后期的分揀。 c. 需要實現(xiàn)餐盤、勺子、筷子三者的單獨分離并且收納，且不需太大程度的人工介入，實現(xiàn)較高程度的機(jī)械自動化。 為解決這三個問題，我們有如下設(shè)計方案： 圖1.2清洗分揀流程圖 1. 將需要清洗的餐盤餐具人工放置于傳送帶上，傳送帶為鑲嵌結(jié)構(gòu)，帶有豎直桿，可支撐餐盤豎直放置，節(jié)省空間，鑲嵌結(jié)構(gòu)的

13、連接處間距較小，勺筷可以擺放于連接處上方清洗，傳送帶將其運輸進(jìn)清洗區(qū)（為半封閉空間）。 2. 清洗區(qū)分兩級清洗，查閱資料我們知道淀粉類污漬在65℃時呈α淀粉狀態(tài)，蛋白質(zhì)污漬在60℃以上污漬固化，脂肪類污漬在45℃以上，餐盤上殘留的廚余一般分為以上三類?？紤]到餐盤清洗時的實時狀態(tài)，我們采用溫度從低到高進(jìn)行的兩級清洗。首次清洗時設(shè)置水溫在60℃左右，這樣能一次保證三種污漬的清洗效果。水泵將水流抽入水箱之中，與洗滌劑混合并在水箱中升溫, 然后再經(jīng)由管道向外噴射，噴管的受到螺旋噴頭的阻礙而旋轉(zhuǎn)形成多層傘狀熱水流沖刷餐具與勺筷。通過高壓水的沖刷、熱水浸泡的溶解變性以及洗滌劑對油污的分解等三重作用, 可

14、以成功將分解后的污物沖刷排出。不僅如此，整個過程由于沒有人為接觸, 所以不會出現(xiàn)餐具的二次污染。第二次噴淋水流的溫度是85℃的高溫水，進(jìn)行二次清潔，主要目的是過清消毒。另外還增加了烘干操作，使餐盤洗完更無菌無水滋。 圖1.3清洗機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 3.清洗完畢后的餐具餐盤從清洗區(qū)域出口傳送出來。在餐盤與勺筷的分揀中我們選擇利用傳送間隙的大小來分揀,在所有餐具經(jīng)清洗后傳送到輸送帶末端，傳送帶在盡頭循環(huán)，餐具會因盡頭截斷而自然落下，下方設(shè)置有多個無動力輥筒形成的斜坡，輥筒間隙大于勺筷小于餐盤，勺筷會在間隙中落下；盤因其長度較長，而輥筒間隙遠(yuǎn)小于餐盤長度且稍低于傳送帶高度，將滑落與輥筒上依靠自

15、身重量在斜坡上傳輸。斜坡終點為餐具收納區(qū)域，完成餐盤與勺筷的分揀。 4.余下的勺筷于傳送帶末端落入出口為窄長方形的漏斗，傾瀉出時勺筷擺放角度一致。漏斗底下放置有斜坡式輥筒傳動裝置，因輥筒擺放角度與勺筷一致，各輥筒之間縫隙大于筷子直徑小于勺子大小。傳動時筷子于縫隙中落下，勺子傳動至裝置末端落下，勺筷成功分揀。 1.1.3小組任務(wù)分工 該食堂餐具自動清洗機(jī)主要分為清洗與分揀兩大功能，其中餐盤餐具的清洗由組員關(guān)志明負(fù)責(zé)，餐具餐盤分揀與勺筷分揀由組員張曉麗負(fù)責(zé)。 1.2分揀裝置的市場狀態(tài) 自動化分揀裝置能針對所需的物品根據(jù)自己的要求篩選結(jié)果，市面上目前較常使用的幾類分揀裝置

16、按機(jī)器結(jié)構(gòu)和原理可分為以下幾個： 表2.分揀裝置類別 根據(jù)以上幾種類型的分揀結(jié)構(gòu)可以判斷得出，設(shè)計分揀裝置的最初依據(jù)都是根據(jù)需要被分揀的物品的一些特征，如大小，形狀，重量等。根據(jù)特征的不同而設(shè)計相關(guān)結(jié)構(gòu)來分揀物品。本次我們需要設(shè)計的是專門為餐具分揀的機(jī)器，市面上具有餐具分揀結(jié)構(gòu)的洗碗機(jī)機(jī)身都較為龐大，長度較長，洗滌過程中部分需要人工翻動餐具表面使后續(xù)分揀能順利進(jìn)行，自動化程度還不是很高。 因長龍式分揀機(jī)器所需成本較高，占地面積大，暫不適用于中小企業(yè)或?qū)W校，但在要降低人力成本及提高清洗效率的前提下，需要有適合他們的自動清洗分揀設(shè)備出現(xiàn)。所以設(shè)計一款適用于中小型企業(yè)或?qū)W校食堂的自動清洗分

17、揀裝置是被市場所需求的。 圖1.4長龍式分揀機(jī)器 1.3本設(shè)計的主要任務(wù)及特點 餐具自動清洗機(jī)需要實現(xiàn)清洗，分揀兩個主要功能。本人負(fù)責(zé)的分揀部分的研究目的是為了將清洗后的三種餐具分揀開并回收好，同時要求不需人工操作，所以分揀裝置的要求主要有以下幾點： (1) 將清洗后的餐盤與勺筷分揀開來，并實現(xiàn)餐盤的回收。 (2) 將勺子與筷子單獨分揀開來，并實現(xiàn)兩者分揀后的回收。 (3) 實現(xiàn)上續(xù)功能時，除人工放置餐具以外，要求無需人工操作，實現(xiàn)較高程度的機(jī)械自動化。 特點：目前市面上較少洗碗機(jī)有結(jié)合分揀功能，將清洗與分揀合并在一起可以極大效率提高餐盤的回收效果。帶有分揀功能的其他洗碗機(jī)多

18、為長龍式，機(jī)身龐大，耗能多成本高，本次設(shè)計的分揀裝置只需利控制輥筒裝置的傳動縫隙大小便可有效分揀，成本低，機(jī)子小巧靈活，與市面上現(xiàn)有的分揀機(jī)構(gòu)大有不同，更加適用于中小企業(yè)與學(xué)校食堂。 2 總體設(shè)計 （1） 此次研究主要針對商用洗碗機(jī)的清洗與分揀。根據(jù)大量資料的查閱，目前國內(nèi)市場上多數(shù)商用洗碗機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的不同可分為兩大類，分別是箱式和傳送式。根據(jù)食堂所需要求我們選擇設(shè)計傳送式洗碗機(jī)。設(shè)計過程中先需要了解所要分揀的物件的幾何特征與重量等特征，如餐盤大小、薄厚，勺子長度，筷子長度與直徑，確保傳送帶的設(shè)計能在有限范圍內(nèi)最大量輸送并可以清洗干凈餐具。通過網(wǎng)上資料的

19、搜尋對比和自己的想法結(jié)合后，通過各個餐具外形體積不同的特征作為分揀的要點。 （2） 初步確定機(jī)器結(jié)構(gòu)后確定標(biāo)準(zhǔn)件與非標(biāo)準(zhǔn)間等零部件的選擇與校核，采用3D繪圖軟件對洗碗機(jī)的清洗和分揀部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計與三維建模，通過對零部件的選擇和設(shè)計，再通過它們之間的裝配關(guān)系，最后形成我們所設(shè)想的機(jī)器完整結(jié)構(gòu)；最終通過導(dǎo)出裝配圖和主要零部件工程圖及必要的數(shù)值計算，完成機(jī)器的設(shè)計。 2.1原理分析 該餐具自動清洗機(jī)主要分為清洗與分揀。通過變速器主軸的勻速旋轉(zhuǎn)運動帶動傳送帶與分揀裝置運作，運輸過程中餐具接受噴淋裝置清洗，噴淋水使用水循環(huán)系統(tǒng)。分揀部分利用各個餐具的不同的幾何特征采用特殊結(jié)構(gòu)分篩。餐

20、盤與勺筷分揀區(qū)域利用無動力輥筒，餐盤從傳送帶落于輥筒上依靠自重滑落，勺筷落于輥筒間隙中。其中勺筷分揀區(qū)使用的輥筒裝置利用電機(jī)帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，再結(jié)合雙排鏈輪與鏈條讓輥筒轉(zhuǎn)動起來從而達(dá)到利用間隙分揀勺筷的效果。 2.2方案分析及選擇 方案一： 餐盤與餐具的分揀： 內(nèi)凹傳送帶上放置著餐盤與餐具，傳送帶在傳送的過程中，下方的磁力在一處地點失去磁力，然后傳送帶的一側(cè)逐漸升高，形成一個具有坡度的傳送帶，勺筷因沒有磁力作用，沿著坡度向側(cè)方滾動，側(cè)方有鐵片遮擋，使傳送帶與鐵片呈V型，防止餐具飛出。這樣，餐盤繼續(xù)停留在傳送帶上傳送至餐盤清洗處，而勺子筷子則被傾斜處下方的水箱收納。

21、 圖2.1餐盤狀卡槽傳送帶 圖2.2二層振動箱 勺子與筷子的分揀： 勺子筷子清洗完成后，水箱傾倒，使勺筷落入二層網(wǎng)狀振動箱內(nèi)，網(wǎng)孔比筷子的直徑稍大而小于勺子的勺頭大小，振動箱持續(xù)抖動使筷子掉落至振動箱一層。而勺子因為無法掉落，處于振動箱二層，達(dá)到勺筷分揀的效果。 方案二： 勺筷與餐盤的分揀： 將帶有油污的勺筷和餐盤放置于傳送帶上，傳送帶寬度略寬于餐盤寬度，兩側(cè)帶有卡槽可恰好使餐盤定向穩(wěn)定傳動。餐具被傳送到某一固定位時，該位置頂部設(shè)有通電磁鐵，通電時磁鐵將不銹鋼勺筷吸附，吸附后移至另一位置進(jìn)行后續(xù)工作，而餐盤由于卡槽設(shè)計不會被吸附

22、。 圖2.3分揀流程 圖2.4卡槽結(jié)構(gòu)示意 勺子與筷子的分揀： 將烘干后的勺筷傾倒入一立方漏斗中，漏斗底部開口為窄長方形，使勺筷傾瀉出時擺放角度一致。漏斗底下放置有斜坡式橫欄傳動裝置，橫欄擺放角度與勺筷一致，各橫欄之間縫隙大于筷子直徑小于勺子大小。傳動時筷子于縫隙中落下，勺子傳動至裝置末端落下，勺筷成功分揀。 圖2.5勺筷分揀結(jié)構(gòu) 設(shè)計方案比較及確定： 分揀過程主要有兩個內(nèi)容，分別是餐盤與勺筷的分揀，勺子與筷子的分揀。 先從餐盤與勺筷的分揀分析起，方案一中餐盤與勺筷的分揀利用坡度使勺筷沿著坡道滾下，投入清洗處，餐盤因卡槽原因不會下落傳送至清洗此，該方法無法保證分揀成

23、功率，在進(jìn)入斜坡時，多個餐盤上的勺筷落下順序不同，部分勺筷在前一個餐盤未到清洗區(qū)時便落下，易卡在前一個餐盤底下帶入餐盤清洗區(qū)，而方案二使用使用到磁力分類餐盤與勺筷，利用卡槽卡住餐盤的設(shè)計在抵抗磁力時，長期使用的話卡槽磨損程度高，機(jī)器壽命低，餐盤兩側(cè)也容易產(chǎn)生痕跡，所以在思考過后，通過清洗方案的前期設(shè)定（所有餐具使用傳送帶傳送并清洗），在餐盤與勺筷的分揀中我們選擇截斷式分揀，如圖所示： 圖2.6 洗碗機(jī)末端輥筒斜坡設(shè)計 在所有餐具經(jīng)清洗后傳送到輸送帶末端，傳送帶在盡頭循環(huán)，勺筷會因盡頭截斷而自然落下，下方設(shè)置有勺筷分揀裝置，而餐盤因其長度較長，而截斷空間遠(yuǎn)小于餐盤長度且稍低于傳送帶

24、高度，會滑落到后方一斜坡上，完成餐盤于勺筷的分揀。 而在勺子與筷子的分揀過程中，方案一使用的網(wǎng)格震動分篩勺筷法分揀成功率不易控制，在震動過程中容易有筷子混夾在勺子中，增加后續(xù)人工分揀手續(xù)，震動分篩且容易產(chǎn)生噪音，在震動過程中也易使勺筷發(fā)生碰撞刮花，反觀方案二中經(jīng)漏斗導(dǎo)向后使用斜坡式輥筒傳動裝置分揀勺筷的成功率更易提高，且分揀完后便能直接進(jìn)行回收，方便快捷所以在勺筷分揀的方案中我們選擇了方案二。 3 設(shè)計過程 此次設(shè)計的餐具清洗分揀機(jī)適用于市面上最常見規(guī)格的餐具，其中有：尺寸為265*365*3mm的餐盤，重量為

25、360g/個；長度為22cm，最大直徑為6mm的筷子，勺子尺寸為172*37mm。 放置方式：餐盤放置于傳送帶時將餐盤豎直放置，長度為265mm的位置貼合于傳送帶底部，勺筷橫放，傳送帶一排放置兩列。 3.1餐盤與勺筷分揀的設(shè)計 3.1.1餐盤與勺筷分揀的設(shè)計理念與要求 設(shè)計理念： 要實現(xiàn)餐盤與勺筷分揀的功能，我們需要了解所要分揀的物品的外形特征。知道餐盤與勺筷體積的大小差異較大，再結(jié)合清洗時傳送帶的移動方式，我們決定采用截斷傳送帶，在后方設(shè)置帶有間隙的無動力輥筒的方法分揀餐盤與勺筷。在傳送帶將餐具傳送至末端時，會被傳送至輥筒斜坡上，輥筒與輥筒的中心距大于勺筷大小，小于餐盤長度，

26、所以勺筷會落與輥筒間隙中，而餐盤會因輥筒傾斜放置依靠自身重量下滑。 要求： 依靠輥筒間隙來分揀餐盤與勺筷，需要滿足以下幾個要求： (1) 傳動帶末端距離第一個輥筒的間隙需保證不會使餐盤落下。 (2) 輥筒與輥筒之間的距離需保證能使勺筷落下，但不會讓餐盤翻轉(zhuǎn)或傾斜插入間隙當(dāng)中。 (3) 無動力輥筒要保證使餐盤能依靠自身重力滑下，輥筒表面需有一定粗糙度與餐盤產(chǎn)生足夠摩擦力。 (4) 由于餐盤在傳送帶是兩列清洗，在斜坡上也是兩列，輥筒中間需添加隔板放置餐盤滑落時偏移碰撞。 3.1.2無動力輥筒和軸承的選用 圖3.1無動力輥筒參數(shù) 無動力輥筒的規(guī)格我們選擇市

27、面上最常見的型號，選用碳鋼筒體材料進(jìn)行鍍鋅處理。再根據(jù)所設(shè)計的機(jī)型尺寸大小，我們可以確定下輥筒外形尺寸為：輥筒直徑φ60mm，軸徑φ12mm，壁厚為2mm，長度L根據(jù)清洗機(jī)寬度可確認(rèn)為1300mm，W為1200mm。 表3.動力輥筒技術(shù)參數(shù)表 根據(jù)實際應(yīng)用需求，動力輥筒載荷小，承受載荷方向主要為徑向載荷，轉(zhuǎn)速低，允許安裝空間為小軸，查《機(jī)械設(shè)計手冊》表13-2，我們可以選擇深溝球軸承。軸徑為φ12mm，根據(jù)表13-11得知我們選擇的深溝球軸承型號為6001，內(nèi)徑為12mm, 外徑為28mm , 厚度為8mm。因此處為無動力托輥且載荷較小無沖擊，軸承壽命計算可省略。 圖3.2 無動

28、力輥筒的三維設(shè)計圖 圖3.3 無動力輥筒的二維零件圖 3.1.3無動力輥筒斜坡的設(shè)計 綜合考慮清洗部分傳送帶的設(shè)計結(jié)構(gòu)后，第一個輥筒與傳送帶的輥筒中心距為280mm，斜坡的輥筒與輥筒的中心距為110mm，共計十一根，坡度為13.5，采用M8內(nèi)螺紋的安裝方式。如下圖所示： 圖3.4 無動力輥筒斜坡的三維設(shè)計圖 3.2勺筷分揀裝置的設(shè)計 3.2.1 勺筷分揀裝置的設(shè)計理念和要求 設(shè)計理念： 勺筷分揀裝置其實就是設(shè)有我們所要求距離的輥筒裝飾，市面上的輥筒裝置多應(yīng)用于傳送物品，但我們注意到輥筒裝置存在一定的縫隙，同時每個輥筒的轉(zhuǎn)動也能使物品能得到位置的移動，所以在綜合考

29、慮了勺筷的特征后，我們決定用帶有斜度的輥筒裝置來分篩勺筷。因勺子特征并不是平面的而是翹起，勺面呈隆起形，而筷子較為細(xì)長，可以在經(jīng)過導(dǎo)向漏斗后將勺筷落于分篩裝置上，在傳動過程中因兩者的外形特征而使筷子落下勺子被傳送至終點。 要求： 若要實現(xiàn)筷子落下而勺子能穩(wěn)定被傳送，需要滿足以下幾個要求： 1) 兩個輥筒的距離不得小于筷子最大直徑與不得大于勺子最小橫截面寬度。 2) 勺筷通過導(dǎo)向漏斗落下時不得對其本身外形有損壞，所以輥筒面可多設(shè)置一層包膠防止碰撞。 3) 鏈傳動速度不宜過快，輥筒傳送速度設(shè)為v=0.6m/s。 3.2.2 滾子鏈與鏈輪輥筒的設(shè)計 鏈條傳動中我們需要使用到的是傳動

30、用短節(jié)距精密滾子鏈，該滾子鏈分為A系列（應(yīng)用于工況較為惡劣的環(huán)境），B系列（在一般情況下使用）兩種，根據(jù)分揀機(jī)使用的場所判定，我們決定使用B系列傳動用短節(jié)距精密滾子鏈。材料為合金鋼。接頭處采用開口銷連接。 此處我們使用的托輥為雙鏈輪動力輥筒，由于載荷要求不高，我們采用鑄焊方式將輥筒與鏈輪一體化，不需插入鍵；輥筒材料為碳鋼，表面處理鍍鋅，安裝方式采用內(nèi)螺紋。 圖3.5 雙鏈輪輥筒傳動示意 （1）鏈條的設(shè)計 滾子鏈的規(guī)格、基本參數(shù)與尺寸應(yīng)符合表GB1243.1-83規(guī)定： 圖3.6 鏈條參數(shù)示意 因我們所需的滾裝裝置不作傳輸作用，輥筒與鏈條負(fù)荷較小，通過間隙分篩勺筷的載

31、荷可忽略不計，鏈傳動尺寸越大承載能力越強(qiáng)，但伴隨著越高的運動不均勻性，且增大振動噪音，所以在鏈條的選擇上我們可以選擇較小鏈號的鏈條，為后面電動機(jī)帶動傳動減少負(fù)荷。所以我們選擇06B號鏈條。 表4 B系列鏈條標(biāo)準(zhǔn)參數(shù) 即：鏈條節(jié)距P=9.525mm；滾子直徑dl=6.35mm；內(nèi)節(jié)內(nèi)寬b1=5.72mm；銷軸直徑d2=3.28mm；銷軸長度Lmin=13.15mm，Lcmax=14.1mm；內(nèi)鏈板高度h2=8.2mm；鏈板厚度t/T=1.3mm；初定中心距a0=47.5mm，如圖所示： 圖3.7 鏈節(jié)的三維設(shè)計圖 圖3.8 鏈節(jié)的零件二維圖 （2） 滾子鏈鏈輪的設(shè)計

32、 滾子鏈鏈輪已標(biāo)準(zhǔn)化（按3RGB1244-85規(guī)定制造），設(shè)計時主要確定結(jié)構(gòu)與尺寸： 圖3.9 鏈輪參數(shù)示意 滾子鏈鏈輪主要尺寸為分度圓直徑d、齒頂圓直徑da、齒根圓直徑df、遲側(cè)凸緣直徑dg。 基本參數(shù) 鏈輪齒數(shù) z=12 計算主要尺寸： 分度圓直徑： mm 節(jié)圓直徑： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 分度圓弦齒高： 齒側(cè)凸緣直徑：

33、 取dg=29mm 齒寬： （3）鏈輪中心距與鏈條節(jié)數(shù)的計算 初定中心距： a0=47.5mm 根據(jù)節(jié)距計算初定中心距： 鏈條節(jié)數(shù)： 鏈條長度： 計算中心距： 47.625mm 實際中心距： 根據(jù)市面上食堂使用的筷子我們可知筷子桿部最大直徑

34、一般為6mm，綜合考慮得出輥筒直徑為41mm，所以由該水平中心距配合而出的輥筒裝置的縫隙符合我們對分揀勺筷的要求。 （4） 鏈輪輥筒的尺寸計算 圖3.10雙排鏈輪輥筒內(nèi)部示意 由前面數(shù)據(jù)可得我們所需輥筒直徑為41mm，又考慮到輥筒表面需進(jìn)行包膠處理防止勺筷落下時碰撞損傷，所以我們選擇直徑為38mm的輥筒，后續(xù)在輥筒表面設(shè)置厚度為1.5mm的包膠即可。筒體選用碳鋼材質(zhì)進(jìn)行鍍鋅處理。 查前面表2可知輥筒尺寸為：輥筒直徑；軸徑，壁厚，長度，軸底部螺紋孔選擇M6。 圖3.11鏈輪輥筒整體的三維設(shè)計圖 （5） 軸承的選用與壽命計算 此處實際應(yīng)用需求和軸徑都與前文無動力

35、輥筒參數(shù)相同，所以軸承這里也選擇相同型號：深溝球軸承6001. 表5.深溝球軸承參數(shù) 基本壽命計算： 式中：P為當(dāng)量動載荷； C為基本額定動載荷，對于向心軸承，C為徑向載荷，此處C=Cr=5.1KN； n為轉(zhuǎn)速，； ?為壽命指數(shù)，球軸承?=3，滾子軸承?=10/3； 計算當(dāng)量動載荷 式中：為載荷系數(shù)，載荷性質(zhì)為輕微沖擊，查表得=1 x為徑向動載荷系數(shù)，查表得x=1 y為軸向動載荷系數(shù)，查表得y=0 為徑向載荷，均布在每個輥筒上的物品的質(zhì)量(kg)，約是0.03kg，鏈條的質(zhì)量（kg）=0.2kg，單個輥筒

36、自重=0.3kg所以 所以當(dāng)量動載荷 所以該軸承的基本壽命為： 圖3.12鏈輪輥筒局部的三維設(shè)計圖 圖3.13鏈輪輥筒總裝的二維零件圖 3.2.3 勺筷方向定位漏斗的設(shè)計 為使得落在輥筒裝置上的勺筷方向與輥筒間隙水平，我們需要設(shè)置一個漏斗放置于傳送帶末端的下方，當(dāng)勺筷運輸至傳送帶末端自然掉落，落在底下承接的漏斗上，經(jīng)過斜坡控制勺筷方向再同一豎直平面，從而使輥筒裝置能更好的對勺筷進(jìn)行分揀。 圖3.14 導(dǎo)向漏斗的三維設(shè)計圖 圖3.15 導(dǎo)向漏斗的零件二維圖 3.2.4 勺筷分揀輥筒裝置整體裝配 輥筒裝置采用有一定傾角的支架安裝，支架采用3030mm

37、的鋁型材焊接而成，型材上打M6沉頭孔對滾軸的內(nèi)螺紋進(jìn)行銜接固定，下方放置收納裝置。 圖3.16 輥筒裝置的三維設(shè)計圖 圖3.17輥筒裝置傳動與安裝的三維設(shè)計圖 圖3.18 單邊輥筒支架的零件二維圖 3.3動力輥筒輸送牽引力的計算與電機(jī)的選擇 由于我們設(shè)計的是雙鏈傳動，輸送牽引力計算公式為： 式中： f——摩擦系數(shù)；? D——傳動輥筒直徑(mrn)?； d——傳動輥筒鏈輪分度圓直徑(m

38、ln)； Q——傳動系數(shù)； 傳動系數(shù)： ? 式中：i為對傳動輥筒鏈傳動效率損失系數(shù)，i=0.01～0.03，i值與工作條件有關(guān)，潤滑情況越好值數(shù)越??；這里我們?nèi)=0.01，n是傳動輥筒數(shù)=8。 所以傳動系數(shù)： 單個傳動輥筒計算載荷，式中：a為傳動輥筒與傳動滾子數(shù)量比，a=Ci/Cd=5/154=0.052?；?mr為均布在每個輥筒上的物品的質(zhì)量(kg)，約是0.03kg；me——一圈鏈條的質(zhì)量（kg）=0.2kg，=單個輥筒轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量（kg）=0.3kg 所以傳動輥筒計算

39、載荷： 表6.滾子摩擦系數(shù)表 由計算可知作用在單個滾子上的載荷為0~100N，勺筷與滾子接觸的材料為金屬，所以查表可得f=0.04。所以動力輥筒輸送牽引力： 電機(jī)的選擇 已知輥筒裝置傳送速度v=0.6m/s 計算功率： 電機(jī)功率 式中：P——電機(jī)功率(KW)；?Po——傳動輥筒軸計算功率(KW)；?K——功率安全系數(shù)，K=1.2～1.5，取1.45；?n——驅(qū)動裝置效率，n=0.65～0.85，取0.65。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)參考JB/T9616-1999后，我們選擇的電機(jī)是三相異步電動機(jī)

40、，型號為Y100L2-6-B8，其主要參數(shù)如下： 額定功率：1.5w； 同步轉(zhuǎn)速：1000r/min； 滿載轉(zhuǎn)速n1：940r/min； 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩：2.0；最大轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩：2.2； 外形：機(jī)座不帶地腳、端蓋有凸緣； 由輥筒傳送速度可得輥筒轉(zhuǎn)速： ， 輥筒裝置與電機(jī)的傳動比： 3.4 V帶傳動設(shè)計 （1）確定計算功率與選擇v帶型號 計算功率： 式中：KA——工作情況系數(shù)； P——電機(jī)額定功率； 已知本次設(shè)計的滾筒裝置工作情況為小載荷低沖擊慢速傳動，根據(jù)食堂工作時間可判斷機(jī)器每日工作時間為2~8小

41、時。查表可得工作情況系數(shù)KA=1.2；所以計算功率： 根據(jù)計算功率和電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速940r/min我們可以從普通V帶選型圖中選取V帶型號為A型帶。 （2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 查《機(jī)械手冊》表8-6和表8-8，初選小帶輪基準(zhǔn)直徑D1=75mm。 由可得 查V帶輪得基準(zhǔn)直徑系列表，取近似值D2=255.5mm （3）驗算帶速 ＜25m/s，帶速符合要求。 （4）中心距與帶基準(zhǔn)長度計算 初定中心距：由公式得： 231.35＜a0＜661，取a0=400mm 所需基準(zhǔn)帶長： 根據(jù)普通V帶基準(zhǔn)長度系列取相近的基準(zhǔn)帶長Ld=1400mm 所以 （5）驗

42、算小輪包角 ，包角大小合適。 （6）計算帶的根數(shù) 帶的根數(shù)： 式中： ——普通V帶的基本額定功率，查表得P0=0.51kw； ——功率增量，查表可得功率增量； ——包角修正系數(shù)，查表得； ——修正系數(shù)，查表得； ——帶基準(zhǔn)長度，查表得； 所以： ≈3根 符合帶的根數(shù)限制，所以帶的根數(shù)為3。 （7）計算單根V帶的初拉力的最小值F0與壓軸力Fp 單根V帶的初拉力的最小值 式中q為V帶每米長的質(zhì)量，查表得q=0.1kg/m，所以： 壓軸力的最小值為： （8）帶輪的設(shè)計 A.帶輪的參數(shù)選擇 材料選

43、擇：本設(shè)計中轉(zhuǎn)速要求不高，帶輪材料選擇HT200。 帶輪結(jié)構(gòu)：因小帶輪基準(zhǔn)直徑為75mm，大帶輪基準(zhǔn)直徑D2=255.5mm，都小于300mm，所以采用腹板式結(jié)構(gòu)。 B. 小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 此次帶傳動選擇帶型為A型，查表得頂部寬 對帶輪：基準(zhǔn)寬度；基準(zhǔn)線上槽深；基準(zhǔn)線下槽深；槽間距；槽邊距；最小輪緣厚度； 所以外徑； 輪緣寬度； 輪轂長度L取B同值，L=B=48mm； ； ； 鍵的選擇：電機(jī)輸出軸直徑d=28，查表選鍵槽型號為圓頭普通A鍵，鍵寬度；鍵長度；鍵高度。材料選取為45鋼。 圖3.20小帶輪的三維設(shè)計圖 圖3.21小帶輪的二維零件圖 C.大帶輪的結(jié)構(gòu)尺

44、寸 d取輥筒軸直徑，d=12mm； 外徑； ； 圖3.23大帶輪的三維設(shè)計圖 圖3.24大帶輪的二維零件圖 綜合上述，V帶傳動的數(shù)據(jù)如下： 表7.V帶傳動參數(shù) 首根輥筒軸加長，伸出型材支架90mm，穿過型材的位置增加深溝球軸承6001，減少軸轉(zhuǎn)動時對支撐架的磨損?？拷渭芤欢税惭b直徑為24mm，長20mm的套筒。帶輪輪轂內(nèi)側(cè)安裝螺釘緊固于軸上。 圖3.25 滾筒裝置的傳動示意圖 3.5餐盤收納裝置的設(shè)計 3.5.1餐盤收納裝置的設(shè)計理念與要求 當(dāng)餐盤落至輥筒上依靠自身重量和輥筒形成的斜坡往下滑時，滑至末端餐盤的分揀即結(jié)束。需要進(jìn)行餐盤收納，由于斜

45、坡末端高度始終是固定的，餐盤傳送至此落下完成收納，但地平面距離斜坡末端高度太大或許會使餐盤收到損傷，若收納區(qū)設(shè)置的較高則無法一次性收集較多餐盤，人工拿取頻率高。所以我們需要設(shè)置一個承載不同而高度會自動變化的收納臺，使餐盤落在收納臺上的高度不會過高而又能承載足夠數(shù)量的餐盤。 所以這里我們設(shè)計了一個彈簧承重臺，由選定彈簧系數(shù)的壓縮彈簧與重量較輕薄的支撐板制成。當(dāng)數(shù)個餐盤重疊，其重量將彈簧座下壓，數(shù)個重疊的餐盤本身帶有的高度在空間上替換了原本支撐板的高度，所以新的餐盤下落時支撐板距離斜坡高度變化不大，不會由碰撞且能承載較多餐盤。 3.5.2彈簧和支撐板的設(shè)計 參考《機(jī)械設(shè)計手冊——第十六

46、章圓柱螺旋彈簧》，彈簧選擇圓形截面圓柱螺旋壓縮彈簧，材料選用碳素彈簧鋼絲CB/T 4357-1989。 已知一個餐盤重量是360g，傳送帶一行放置兩列餐盤，支撐板由四個彈簧支承。所以單個彈簧承重為： 兩餐盤重疊后厚度會增高1.5mm，所以我們需要彈簧支承板在每次承載多一個餐盤的變形量控制在1.5mm左右，所以： 根據(jù)圓柱螺旋彈簧的標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列表，結(jié)合實際需求，試選彈簧參數(shù)如下： 彈簧絲直徑d=3mm；彈簧中徑D2=42mm；彈簧指數(shù)C=8； 有效圈數(shù)n=50，死圈數(shù)n2=2，總?cè)?shù)n1=52； 彈簧節(jié)距； 彈簧螺旋角； 彈簧絲長度； 彈簧自由高度； 彈簧勁度系數(shù)；

47、 式中：G——彈簧材料的切變模量；（鋼為8104MPa，青銅為4104MPa） 受到載荷后的變形量≈1.5mm。 綜合上述計算，所選彈簧系數(shù)符合我們的設(shè)計需求。 圖3.26 彈簧的二維零件圖 彈簧自由長度為709mm，餐盤在斜坡落下高度為768mm，選擇13004002mm的PVC板，密度為1.4g/立方厘米，重量可忽略不計，PVC板底部與殼體打5mm深的孔，彈簧扣進(jìn)去后采用點焊方式安裝。綜合pvc板高度10mm后，彈簧支承板高度為714mm，該高度差可保證餐盤由足夠空間落下又不會受到損傷，符合實際需求。 圖3.27 彈簧支承板的三維設(shè)計圖 圖3.28

48、彈簧支撐板的二維零件圖 為使彈簧支承板的高度在變化時不會左右偏移，需使PVC板周邊貼合整體外殼運動，外殼后端需開槽方便后期工人收取餐盤。如下圖所示： 圖3.29彈簧支承板的安裝效果三維圖 彈簧支撐板高度為714mm，餐盤高度為3mm，厚度為1.5mm，彈簧全部壓縮后支撐板高度為161mm，為了延長彈簧使用壽命，我們選擇不將其壓到極限，設(shè)置最低高度為200mm左右，所以支撐板可以疊加餐盤數(shù)量N為： 3.6勺筷收納裝置的設(shè)計 3.6.1勺筷收納裝置的設(shè)計理念與要求 在餐具分揀結(jié)束后需要進(jìn)行餐具的收納，收納分為勺子和筷子?？曜雍蜕鬃油庑翁卣魃隙加蟹执箢^和小頭，分大小頭整理的工

49、序按以往流程來說多數(shù)為人工進(jìn)行，效率不是很高，且與餐具清洗一樣勞動強(qiáng)度高。因此需要設(shè)計一個收納裝置可以實現(xiàn)收納及大小頭的整理。 因勺筷的大小頭設(shè)計原因，利用其重心與整體中心不一致的特點，設(shè)計一個橫隔擋板，當(dāng)勺筷傳送至相應(yīng)位置時因重心的影響而使大頭或者小頭偏向兩邊的收集箱，最終呈現(xiàn)大頭朝下小頭朝上的效果。需要明確勺筷重心位置，準(zhǔn)確定下隔斷擋板設(shè)計的位置，確保大小頭整理效果。 3.6.2勺筷收納裝置的設(shè)計過程 3.6.2.1重心位置的確認(rèn) 筷子重心的確認(rèn)：選擇一根傳送帶所適用的筷子并水平放置在直尺上，筷子和直尺方向和長度一致，先用手調(diào)節(jié)筷子使它的大頭伸出直尺一段距離，觀察大頭會自動往下

50、沉?xí)r的長度，判斷得出在當(dāng)筷子伸出去101.5mm以上時會自動翻轉(zhuǎn)下掉。由此可判斷出筷子重心不在中心，在距離大頭101.5mm的位置，即當(dāng)橫隔板在中心位時，筷子一定會發(fā)生翻轉(zhuǎn)使大頭下落，小頭朝上。 勺子重心的確認(rèn)：方法同理筷子重心的確認(rèn)，多次試驗后可以確定勺子重心在距離大頭75mm左右的位置。 圖3.30筷子的重心示意圖 圖3.31勺子的重心示意圖 3.6.2.2筷子整理裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 勺筷在動力輥筒裝置處得到分揀，勺子被傳送至輥筒末端，筷子從輥筒間隙下落，所以我們需要在輥筒下方設(shè)計一個帶有斜度的平面使筷子因滾動而滑落至整理收納區(qū)域，因筷子本身外形為圓柱形，在有一定

51、斜度的平面會自帶動力滾落。斜坡與柱腳采用M8螺栓連接，相對于使用傳送帶，設(shè)置一個斜坡有更大的經(jīng)濟(jì)性。 圖3.32勺筷整理裝置的三維設(shè)計圖 圖3.33勺筷分揀整理整體的三維設(shè)計圖 斜坡的末尾設(shè)置有勺筷收納一體化的收納箱，箱中部有三角形隔板，當(dāng)筷子經(jīng)斜坡滑落至此時，因重心與中心位置不同，筷身會偏向重的一邊，最終呈現(xiàn)大頭朝下小頭朝上的整理效果。勺子收納原理如上。因勺子位于動力輥筒傳送，無需額外設(shè)置斜坡，被傳送至輥筒末端時掉落下方的整理收納盒便可完成整理。勺子收納與筷子收納盒相連處設(shè)置有突起部分防止筷子滑落時意外滑到勺子收納區(qū)。 圖3.34勺筷收納盒的二

52、維零件圖 圖3.35斜坡的二維零件圖 3.7 標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 參考《機(jī)械設(shè)計手冊——第四篇連接與緊固》表4-21，選擇六角頭螺栓C級（GB/T 5781-2000）。 型號：M8 螺栓頭半徑e（min）=14.2mm； 螺紋長度b=22mm； 螺栓頭高度k=5.3mm； 型號：M6 螺栓頭半徑e（min）=8.63mm； 螺紋長度b=16mm； 螺栓頭高度k=3.5mm； 型號：M12 螺栓頭半徑e（min）=19.85mm； 螺紋長度b=30mm；

53、 螺栓頭高度k=7.5mm； 參考《機(jī)械設(shè)計手冊——第四篇連接與緊固》表4-13。 4 設(shè)計成果展示 4.1三維建模 圖4.1餐具清洗分揀機(jī)整機(jī) 圖4.2餐具清洗機(jī)分揀部分 4.2裝配二維圖 4.3主要零件的零件圖 5 結(jié)論 通過本次設(shè)計的分析與計算，我發(fā)現(xiàn)這次設(shè)計餐具分揀裝置的設(shè)計符合一般實際場地中的需求。這個餐具分揀裝置能實現(xiàn)對一次性清洗完后的餐具的分揀，將三類不同餐具完全分揀開來，同時在工作中減少人力的參與，大大減輕分揀工作的負(fù)擔(dān)與人力成本，給企業(yè)帶來更大收益。將

54、餐具的洗滌與分揀合在一起的洗碗機(jī)市面上并非沒有，但按目前來說，較多都是長龍式機(jī)器，占地面積較大，功率相對于的也大，各方面費用便會增加，且不適合小型企業(yè)使用。 而這次設(shè)計的餐具分揀裝置具有小型輕巧的特點，特別是分揀結(jié)構(gòu)與市面上現(xiàn)有的長龍式分揀產(chǎn)生了較大對比，通過利用傳動輥筒間隙的方式將勺筷與餐盤分揀，分揀系統(tǒng)的完成成本很低；這種分揀方式能配合傳送帶速度分揀，而且機(jī)構(gòu)緊湊小巧，十分適用于小型企業(yè)和學(xué)校食堂使用。在分揀后還添加了收納裝置，簡單的機(jī)構(gòu)實現(xiàn)餐具大小頭的整理和餐盤的收納，經(jīng)濟(jì)效益高。 參考文獻(xiàn) [1] 張智煥.包凡彪.機(jī)械工程控

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