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1、29自动米饭售卖机执行机构设计1 绪论1.1 国内外技术现状目前, 自动售货机这种前卫的零售业态已经在65个国家和地区出现，自动售货机产业已发展相当规模。世界上已有饮料、食品、纸巾、报刊、自动照相机、鲜花、票类等自动售卖机，通过自动售货机出售的商品多达6000余种。根据美国统计，目前美国自动售货机拥有量是550万台，平均每40人一台，1998年通过自动售货机销售的商品金额为5377亿美元；日本的拥有量是750万台，平均每23人一台，1998年通过自动售货机销售的金额达608969亿日元，其中罐装饮料占其总销量的40%;欧洲平均60人拥有一台。而目前国内的自动售卖机大约有78万台。作为一种新型商
2、业形态和广告媒体，自动售货机从1999进入中国市场以来，受到了喜欢追逐时尚的年轻人的欢迎，但是在国内大陆，自动售卖机的品种却很单一。中国的自动售货机拥有量相对于13亿的人口，这个数字微不足道。即使是按现在中国城市人口3.9亿人计算，平均每20000城市人口中才有一台自动售货机。 1.2 发展趋势自动售货机具有广泛的发展前途。我国现有城市人口约4亿多人，如果按平均500人拥有一台自动售货机的话，那么，中国的自动售货机潜在市场需要量就要80万台。据有关资料介绍，在天津，一台自动售货机每天销售额平均为200元，在大连平均为280元。如以每台自动售货机每天销售额为200元计，全年通过自动售货机的销售额
3、就可达到600亿元。在一些国家，自动售货机的商品销售额占全国零售业的六成以上，并以每年10%的速度递增。随着中国经济的快速发展和消费者日趋富裕，中国的零售市场以7%的年递增率快速增长，成长速度快于其它任何新兴市场。到2010年整个市场规模即将达到57000亿人民币，中国已成为世界上最大的潜在自动售货机消费市场。自动售货机的高技术、新销售方式、市场潜力巨大、商品货真价实等优点，决定了其具有广阔的发展前景。根据有关专家测算，在中国，自动售货机的市场容量最保守的估计也可达47万台之巨。中国的自动售货机将发展成为一个巨大的产业。1.3 课题的目的、意义毕业设计是在校学习课程中一个很重要的环节，通过让学
4、生对自动米饭售卖机的设计，把学生在校所学的基础知识和专业知识综合地进行应用。使学生在学完全部理论课程和专业课程以后，进一步地巩固和扩大专业知识，锻炼学生实际动手能力。培养学生从接到一项设计课题开始到设计完整的全套图纸及设计说明书为止整个设计步骤的具体操作（收集资料、写开题报告、进行方案比较并确定设计方案、设计总装图、部装图及零件图、撰写设计说明书），这不但是走向工作岗位前的一个演习，也为从学校走向社会打下扎实的基础，使我们的科研能力得到了初步的训练。1.4 本课题主要解决的问题及难点（1）托盘a）托盘的形状应设计的方便售卖、传输b）为便于装切米饭，托盘的其中一侧或两侧挡板应可抽出c）在米饭蒸熟
5、前应保证良好的密封，不可漏水（2）米饭a）生米兑好水后，应将米铺平b）为保证米饭的清洁，应在蒸米和传输米饭的过程安装防护罩，避免米饭被污染（3）切刀a）切刀可能粘饭，所以应在切刀上刷一层不粘漆 b）切刀切开米饭后，推出米饭的过程中可能带动周围米饭，使量的精度受到影响，所以应把切刀设计成直角形状或在切刀切米饭前在米饭中插入固定挡板（4）保温a）储藏米饭的蒸米箱应有自动恒热保温装置，托盘离开蒸米箱后在传输过程中应有保温功能b）若长时间不卖，应使托盘返回储藏箱（5）清洗与米饭直接接触的机构或装置应设计成尽量便于清洗的形状（6）控制a）对进饭装置和出盘装置的设计应便于自动控制，准确定位b）使整个机构按
6、规定地运动是难点，且整机结构要紧凑2 总体方案论证本节主要是对总体方案的论证，以及对储饭送饭装置、饭盘、 托台、切刀装置、收盘装置等机构进行了多种方案的比较，详细说明了各种机构的优缺点。最终确确定了设计方案，绘制了整机的流程图。2.1 概论2.1.1 结构简图如图2-1所示图2-1 原理方案图1饭盒传送带 2饭盒传送带电机1 3装饭托盘 4托盘储送料电机2 5托盘储送架 6托盘 7托盘储送架链轮 8切刀丝杠 9切刀电机3 10切刀电机架 11切刀机构 12托盘传输电机4 本机由电机、链轮、同步齿形带、丝杠、切刀、饭盘、联轴器等机构组成，主要包括储送料装置、托盘传送装置、饭盘传送装置、米饭切割装
7、置四部分。2.1.2 原理过程饭盘事先安放在带附件的链条上，当电机2转动时，链轮转动使饭盘自动平落到托盘同步传送带上。当有人刷卡（打米饭）时，电机4正转使托盘到切刀工位时停止，然后切刀机构运动完成对米饭的切割，电机3动作把米饭送出。当第一列米饭售完后，电机4开始运动T时间后，到达下一个工位停止。如此往复直至整盘米饭售完，进行下一轮循环。因此米饭自动售货机是一台洁净卫生的、有较高的可靠性和精确度，全自动的先进机械电子产品，它除了能保障米饭的清洁卫生、为人们节省时间减少排队等待的痛苦、使顾客获得更加公平外，还为社会节余了大量劳动力，同时它也是我国机械电子行业发展的标志、对其他自动售卖机的开发与研究
8、起到了一定的作用。2.2 重要零件的方案论证2.2.1 储饭送饭装置（1）设计方案一设计方案如图2-2所示：图2-2 储饭送饭装置结构示意图 该机构犹如物流仓库一样，饭盘预先放在固定的支架上。然后，由电机控制插板进行三维运动，依次把饭盘从指定位置取下，送到托台上，之后再相继执行下一动作。插板的三维运动由步进电机带动三根组装好的螺母丝杠控制，此装置由三个电机各带动一根丝杠，而三个电机的停转由售卖机控制部分自动控制。机构优点：控制简单，设计思路简单，定位准确，而且可省去饭盘被送到托台上的传动部分。机构缺点：电机的数目较多，所以要三个电机驱动器来驱动，导致造价过高性价比太低，而且丝杠要三根，所以计算
9、复杂。经过优缺点的比较，此方案不为最佳。（2）设计方案二设计方案如图2-3所示：图2-3 储饭送饭装置结构示意图 该机构将米饭托盘直接放在传送带上，此传动带为同步齿形带。电机输出轴和带轮轴由联轴器连接在一起，电机转动带动同步齿形带的移动，通过步进电机的转速来控制主动轮在相应时间内的转速，进而控制饭盘可将饭盘1、2、3、4先后在预计的时间里被送上拖台。此机构设计、计算简单，只需一个电机驱动即可且和丝杠相比造价较低，而且和普通平带相比同步齿形带的同步性较好，不会出现打滑现象，这对控制精度来说是非常有益的。（3）设计方案三设计方案如图2-4所示：图2-4 储饭送饭装置结构示意图 如上图所示，机构由链
10、轮、带附件的链，配合方案二中的同步齿形带。其中带轮与链轮通过锥齿轮相连实现同步传动。链轮顺时针转动将其上存储的米饭盘依次放在同步齿形带上，由同步齿形带将饭盘送到托台上，进而完成下一步动作。此机构优点是：整个机构由一个电机控制通过锥齿轮实现同步运动，避免了方案一中的电机过多导致的性价比下降的缺点。同时兼具了方案二的全部优点，最重要的是链的附件上能储存多盘米饭，可减少人工操作，而且为多口售饭机的开发设计提供了方便。此机构的缺点是：由于链传动需要润滑油，若链的附件部分设计不好，会导致对米饭的污染，不能保证米饭的清洁。所以，此方案设计的难点之一是如何保米饭不被污染。2.2.2 拖台、托盘（1）托台的功
11、能：承载饭盘 、固定饭盘、可横向移动（2）托台结构设计设计方案如图2-5所示，此方案可使饭盘横向固定且易被送上托台，固将托台进口边设计成敞口形，两边有挡边，但切下米饭后推出的问题不好解决：图2-5 托台示意图（1）饭盘的固定将饭盘的周围采用电磁夹紧装置，当饭盘移动到位时，电磁机构得电，夹紧饭盘。（2）托台横向运动的设计 a）设计方案一设计方案如图2-6所示：图2-6 托台横向运动示意图此机构由电机、螺母丝杠副、托台组成,螺母上面与拖台固接在一起,电机带动丝杠转动，使得丝杠带动螺母和托台一起横向运动。横向运动的位移量与移动速度通过步进电机的转速来控制。此机构定位准确,电机易于控制。b）设计方案二
12、设计方案如图2-7所示：图2-7 托台横向运动示意图此机构由气缸、活塞、电磁控制阀、托台等组成。缸体与托台联结在一起，缸体可左右移动，活塞杆固定。缸体运动带动托台横向运动,电磁阀控制气缸缸体的左右运动。运动的位移量由行程开关控制，缸体的左右运动速度由流量阀决定。此机构易于控制,但定位精度不是很高。2.2.3 切刀机构（1）设计方案一设计方案如图2-8所示：图2-8 齿轮齿条式传动切刀机构示意图该机构采用齿轮齿条式传动，传动精确，动作迅速，作用力较大，但必须使用精度高的电机作为动力源，整机结构较复杂，体积较大，质量较重，不适合作丝杠传动时螺母上的附属机构。（2）设计方案二设计方案如图2-9所示：
13、切刀气缸图2-9 流体传动式切刀机构示意图该机构采用流体传动（气压或液压），可输出较大的作用力，传动位置精确可靠，控制方便，性能稳定，但该机构使用时必须附带一套压力源，而且更重要的是流体传动机构有不可避免的污染，所以该机构不适合对食品直接接触的工作场合，更不适合对直接实用的食品接触的场合。（3）设计方案三该机构采用直线电机对切刀进行切饭方向的控制，在直线电机和齿轮轴的共同配合下，切刀主体会在z方向运动从而完成切饭动作。该机构可能造价比较昂贵。（4）设计方案四设计方案如图2-10所示：该机构采用曲柄滑块机构。通过弹簧、铰链和电磁铁共同配合对切刀进行切饭方向的控制，在电磁铁的吸力之下，软钢丝带动铰
14、链运动，完成切刀向下运动的动作，该动作用于切割米饭，当电磁铁失电复位时，铰链机构在弹簧的作用下向切饭的反方向运动，如此往复，完成一次又一次的切割动作。该结构的动力源仅是电磁铁，不需要电机。图2-10 曲柄滑块式切刀机构示意图3 机械结构的详细设计及计算3.1 设计任务切刀 推力： 10N ， 行程： 800mm 切力： 1N ， 行程： 90mm盘子尺寸： 800mm 600 mm 80mm每份米饭尺寸： 100 mm50mm 80 mm3.2 详细设计过程3.2.1 机构简图如图3-1所示：图3-1 切刀机构简图最终决定采用曲柄滑块机构，切刀的伸出靠电磁阀的吸合拉动钢丝绳带动曲柄的转动；切刀的收回通过弹簧的拉力复位。3.2.2 结构分析所用机构为一曲柄滑块机构。D的工作行程为90mm，为使工作时各杆摆动灵活，故应使机构避开死点位置。考虑到若BC与CD的夹角过大时，会产生过大的压力角。在满足 压力角man
