【文章內(nèi)容簡介】 、大齒輪 3）4 個低副，故機(jī)構(gòu)的自由度為 13 ( 2 ) 3 3 2 4 1hF n P P? ? ? ? ? ? ? ? 由此可以看出該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動，即只要電動 機(jī)主軸 旋轉(zhuǎn)，便可帶動鍋旋轉(zhuǎn)。 22222 11 2． 3． 4 鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 1) 組成及工作原理 鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)原理圖如圖 25 所示 。 圖 25 鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)原理圖 鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由 1—杠桿、安裝板、電動機(jī)、鍋蓋、聯(lián)軸器、滾動軸承等組成。其工作原理是電動機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動杠桿運(yùn)動，鍋蓋和杠桿之間通過螺釘連接為一體，當(dāng)電動機(jī)主軸轉(zhuǎn)動方向控制著鍋蓋的開合，當(dāng)電動機(jī)主軸正轉(zhuǎn)時，鍋蓋閉合；當(dāng)電動機(jī)主軸反轉(zhuǎn)時，鍋蓋打開。電動機(jī) 主軸通過聯(lián)軸器與另一根軸聯(lián)接安裝在安裝板上。 2) 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算： 由圖 25 不難看出，此機(jī)構(gòu)共有 1 個活動件， 1 個低副，故機(jī)構(gòu)的自由度為 13 ( 2 ) 3 1 2 1 1hF n P P? ? ? ? ? ? ? ? 由此可以看出該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動，即只要電動機(jī)轉(zhuǎn)動，便可帶動整個機(jī)構(gòu)運(yùn)動起來。 2． 4 小結(jié) 本章主要介紹了自動烹調(diào)機(jī) 總體結(jié)構(gòu)組成及其 工作原理 ： 1） 自動烹調(diào)機(jī)主要由 控制計(jì)算機(jī)部分、伺服驅(qū)動部分、檢測部分以及機(jī)械運(yùn)動部分22222 12 組成。 自動烹調(diào)機(jī)的運(yùn)動部 分主要是翻炒運(yùn)動、鍋旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、鍋蓋翻轉(zhuǎn)運(yùn)動和送投料運(yùn)動。 2）詳細(xì)闡述 說明自動烹調(diào)機(jī)的基本工作原理 ， 并且對烹調(diào)機(jī)本體的各部分機(jī)構(gòu)（包括鍋鏟機(jī)械手、鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等）分別進(jìn)行分析 。 3） 畫出各機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)原理圖以及機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算，最終驗(yàn)證各機(jī)構(gòu)是否有確定的運(yùn)動，為后面的研究作好鋪墊工作。 22222 13 3 鍋定位及鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 3． 1 引言 根據(jù)第二章所述的烹調(diào)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，自動烹調(diào)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括：鍋鏟機(jī)械手、鍋定位及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)。本章將對鍋定位及鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行 具體分析設(shè)計(jì)及計(jì)算，自動烹調(diào)機(jī)的鍋定位及鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是通過機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)均勻翻炒，使鍋內(nèi)所有被烹調(diào)物均勻受熱的目的，同時保證鍋蓋翻轉(zhuǎn)時與鍋蓋機(jī)構(gòu)和投料裝置不發(fā)生干涉。 3． 2 基于 SolidWorks 的虛擬設(shè)計(jì) 虛擬設(shè)計(jì)（ Virtual Design， VD）開發(fā)是數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)的最新進(jìn)展，通過各種虛擬現(xiàn)實(shí)裝置，例如頭盔、虛擬墻、立體眼鏡、數(shù)據(jù)手套、音頻設(shè)備以及軟件可以營造一個三維的虛擬環(huán)境，設(shè)計(jì)者能夠多方位、多形態(tài)地與設(shè)計(jì)對象交互，提高設(shè)計(jì)者和所設(shè)計(jì)的實(shí)體之間的互動性。在將來，從消費(fèi)者對產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的 約定到對產(chǎn)品的生命周期支持和最終的回收處置，建模和仿真都將是所有制造企業(yè)的基本工具。設(shè)計(jì)者和消費(fèi)者將在一個豐富的仿真環(huán)境中交互，這個環(huán)境映射了真實(shí)的世界并且能夠使開發(fā)快速而準(zhǔn)確，同時找到消費(fèi)者需要的潛在解決方案。這種交互的輸出將是一個完全被定義了的數(shù)字化需要，它既確定了產(chǎn)品的外型，性能、生命周期、成本，也確定了產(chǎn)品交接的時間和數(shù)量。 虛擬設(shè)計(jì)主要是開發(fā)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，建立產(chǎn)品的數(shù)字模型，用于整個企業(yè)的各個部門。通過對產(chǎn)品的實(shí)時性功能仿真，工程師、設(shè)計(jì)人員或用戶可以在產(chǎn)品生命周期內(nèi)尋求其最優(yōu)化設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)中對產(chǎn) 品進(jìn)行實(shí)時分析，如有限元分析、人機(jī)工程分析、干涉分析、加工過程分析等，然后迅速地修改產(chǎn)品的外觀形狀、裝配、加工工藝、材質(zhì)等。這種功能為制造商提供了前所未有的技術(shù)，使他們更快、更全面地了解想象中的產(chǎn)品，這將提高他們的競爭力。 虛擬設(shè)計(jì)（ VD）主要涉及到以下幾方面內(nèi)容： 1．虛擬建模。 虛擬建模不僅僅是運(yùn)用現(xiàn)有的三維 CAD/CAE 系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中建立產(chǎn)品各零部件的實(shí)體模型。虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)充分得體現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法論如并行工程等思想 ，充分利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和 PDM 所構(gòu)造的并行設(shè)計(jì)與管理環(huán)境，采用數(shù)字化產(chǎn)品模型， 并能用不完備產(chǎn)品模型和迷糊產(chǎn)品來仿真產(chǎn)品全生命周期。 2．虛擬分析。 根據(jù)需要，對產(chǎn)品進(jìn)行人機(jī)工程分析、干涉分析、有限元分析22222 14 等。有限元分析是用來檢驗(yàn)產(chǎn)品可靠性和性能的，它可以預(yù)測復(fù)雜零部件的應(yīng)力、變形、溫度等。在設(shè)計(jì)階段，使用有限元分析能夠幫助做出設(shè)計(jì)選擇，可以避免重復(fù)設(shè)計(jì)制造造成的時間和成本的浪費(fèi)。 3．仿真。 對虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的仿真包括： ① 虛擬產(chǎn)品模型的演變過程的仿真； ② 虛擬產(chǎn)品性能仿真，包括運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、精度特性、熱物性及其它特殊性能的仿真； ③ 虛擬裝配仿真，用計(jì)算機(jī)仿真產(chǎn)品的實(shí)際裝配過程，確定裝配 的好壞。要求首先進(jìn)行裝配建模、裝配序列與路徑規(guī)劃、實(shí)況裝配零部件及在裝配路徑各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動態(tài)干涉檢查。 3． 2． 1 SolidWorks 的簡介 SolidWorks 是在總結(jié)和繼承了大型機(jī)械 CAD 軟件優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在 Windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個機(jī)械 CAD 軟件，是面向產(chǎn)品級的機(jī)械設(shè)計(jì)工具。它全面采用非全約束的特征建模技術(shù)，為設(shè)計(jì)者提供了極強(qiáng)的設(shè)計(jì)靈活性。其設(shè)計(jì)過程的全相關(guān)性，即零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的完全動態(tài)連接，使得設(shè)計(jì)者可以在設(shè)計(jì)過程的任何階段修改設(shè)計(jì)，同時牽動相關(guān)部分的改變。 SolidWorks 與其它三維軟件相比，具有以下顯著的特點(diǎn)： （ 1）生動的人性化用戶交互界面。由于 SolidWorks 是在 Windows 環(huán)境下開發(fā)的，它能夠充分利用 Windows 的優(yōu)秀界面，為設(shè)計(jì)者提供簡易方便的工作界面。其首創(chuàng)的特征管理員，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)過程的每一步都記錄下來，并形成特征管理樹，放在屏幕的左側(cè)，設(shè)計(jì)者可以隨時點(diǎn)取任意一個特征進(jìn)行一改變零件的形狀。在特征樹的基礎(chǔ)上， SolidWorks 創(chuàng)新地提出 配置管理器的功能，能使一個零件在每個文檔內(nèi)生成多個不同的派生樣式，它能夠在不同部分、不同屬性或其它方式下開發(fā)和管理零件組和實(shí)體組。 （ 2）快速而靈活的裝配設(shè)計(jì)。 SolidWorks 不是一個簡單的實(shí)體建模工具，而是一個面向產(chǎn)品級的機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它既提供自底而上的裝配方法，同時還提供自頂而下的裝配方法。自頂而下的裝配方法使設(shè)計(jì)者在裝配環(huán)境中參考裝配體和其它零部件的位置及尺寸設(shè)計(jì)新零件，更加符合工程習(xí)慣。并提供了孔選擇和插入標(biāo)準(zhǔn)螺栓，增加螺母墊片的 “智能零件 ”和 “智能裝配 ”功能。同時 SolidWorks 還 提供了動態(tài)仿真的功能，并在仿真過程中提供了干涉檢查、間隙控制等功能，給設(shè)計(jì)帶來了極大的便利。 （ 3）迅速生成完整詳細(xì)的工程圖。 SolidWorks 提供了從 3D 模型自動生成 2D 工程圖和任意剖面視圖的功能。對工程圖或 3D 模型的任何一個改動都能關(guān)聯(lián)到整個設(shè)計(jì)，有效地保證了圖紙的準(zhǔn)確性和實(shí)時更新。通過拖動、解剖、投影等方式生成各種22222 15 工程圖，自動標(biāo)注、自動生成剖面線，自動生成材料清單。 （ 4）完善而強(qiáng)大的插件。 SolidWorks 還根據(jù)設(shè)計(jì)者的不同需要，提供了各種插件。 Photoworks 插件提供了方便 易用的、最佳品質(zhì)的渲染功能，可有效地展示概念設(shè)計(jì)，減少樣機(jī)的制作費(fèi)用。而動畫插件 Animator 則可以方便地實(shí)現(xiàn)演示產(chǎn)品的外觀和性能，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期，減少新產(chǎn)品投放市場的時間，能迅速地制作動畫文件并通過電子郵件發(fā)送或在網(wǎng)站展示。 本研究選取 SolidWorks 作為虛擬設(shè)計(jì)開發(fā)平臺，也正是基于以上幾個方面：他提供的特征管理樹可以使設(shè)計(jì)者對零部件的結(jié)構(gòu)特征有全面的了解。這樣設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)各零部件時可有的放矢，零部件的再設(shè)計(jì)也更為簡單更具針對性；再者， SolidWorks可實(shí)現(xiàn)從底而上和從頂而下兩種裝配設(shè)計(jì)，為 我們基于全局約束的裝配設(shè)計(jì)提供了極大的便利；運(yùn)動仿真、干涉檢驗(yàn)、渲染等功能以及零部件、裝配體和工程圖之間的聯(lián)動，對參數(shù)化虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)來說，更是強(qiáng)有利的補(bǔ)充，使之更趨完備。 3． 2． 2 SolidWorks 的裝配方法 裝配是產(chǎn)品生命周期的一個重要環(huán)節(jié)，是產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)的主要過程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中，產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中大約 1/3 左右的人力在從事產(chǎn)品裝配有關(guān)活動，40%以上的生產(chǎn)費(fèi)用用于產(chǎn)品的裝配和調(diào)試，產(chǎn)品裝配所需工時占產(chǎn)品生產(chǎn)制造總工時的 40%60%。另據(jù)有關(guān)研究表明，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中良好的裝配設(shè)計(jì) ，可減少 20%40%的制造費(fèi)。同時提高 100%200%的生產(chǎn)率。因此，良好的裝配設(shè)計(jì)和裝配性能，對保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，降低產(chǎn)品成本和提高市場競爭力具有十分重要的意義。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，對裝配問題考慮越早，所獲取的 質(zhì)量、成本和時間效應(yīng)就越明顯。 隨著 CAD 技術(shù)的發(fā)展，特別是實(shí)體造型功能和特征造型技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)者可以方便地設(shè)計(jì)出各種形狀的零件。輸入零件之間的幾何約束關(guān)系，將設(shè)計(jì)好的零件裝配成產(chǎn)品，這是目前 CAD 系統(tǒng)可以支持的一種自底而上（ Bottomup）的設(shè)計(jì)過程；另一種是自頂而下（ Topdown）的方法，即在零件設(shè)計(jì)的初期就考慮零件與零件之間的約束和定位關(guān)系，在完成產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)之后，再實(shí)現(xiàn)單個零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，SolidWorks 的裝配遵循這兩種方法。 自底而上（ Bottomup）是傳統(tǒng) CAD 軟件通常使用的一種設(shè)計(jì)過程。他的主要思路是先設(shè)計(jì)好各個零件，然后將這些零件拿到一起進(jìn)行裝配，如果在裝配過程中發(fā)現(xiàn)某些零件不符和要求，諸如：零件與零件之間產(chǎn)生干涉，某一零件根本無法進(jìn)行安裝等，就要對零件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，重新裝配；再發(fā)現(xiàn)問題，再進(jìn)行修改。這樣做的優(yōu)點(diǎn)很明顯，思路簡單，容易理解。 22222 16 自頂而下（ Topdown）則是從產(chǎn)品的功能出發(fā)，選用一系列的零件去實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能：先設(shè)計(jì)出初步方案及其結(jié)構(gòu)草圖，建立約束驅(qū)動的產(chǎn)品模型，通過設(shè)計(jì)計(jì)算，確定每個參數(shù)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，通過幾何關(guān)系求解將零件裝配成產(chǎn)品。這種設(shè)計(jì)過程充分利用計(jì)算機(jī)的優(yōu)良性能，最大限度地發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)潛力，最大限度地減少設(shè)計(jì)實(shí)施階段不必要的重復(fù)工作。 本課題在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，利用 SolidWorks 的以上優(yōu)點(diǎn)，并同時應(yīng)用自底而上（ Bottomup）和自頂而下（ Topdown）的兩種裝配設(shè)計(jì)方法，極大地提高了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和可靠 性。 3． 3 鍋定位的工作原理 由于鍋鏟機(jī)構(gòu)的運(yùn)動限制在一個平面內(nèi)，顯然不能達(dá)到均勻翻炒，使鍋內(nèi)所有被烹調(diào)物均勻受熱的目的。為此，通過合理地使鍋旋轉(zhuǎn)，采用一種主動的方式，讓鍋內(nèi)的被烹調(diào)物未受熱部分接受鍋鏟動作，均勻受熱，就可以解決問題。 圖 31 鍋定位及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 模型 鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 模型 參見圖 31 所示。支撐圓盤的一端面均布滾珠安裝孔，內(nèi)加潤滑22222 17 劑后將滾珠放入其中，從而可以支撐到齒輪轉(zhuǎn)盤的弧面導(dǎo)軌凹槽；齒輪轉(zhuǎn)盤的上部為齒輪環(huán)，齒輪環(huán)上 端 面有螺孔，用以安裝支架，中部為圓環(huán)，圓環(huán)外直徑小于齒輪環(huán)的齒根圓直徑，避 免齒輪嚙合時的干涉；圓環(huán)下面有突起臺階，臺階外圓直徑大于中部圓環(huán)外徑；下部圓環(huán)端面是弧面導(dǎo)軌槽，弧面半徑與滾珠相同；齒輪轉(zhuǎn)盤內(nèi)圓面焊接鍋的支架；通過電機(jī)驅(qū)動動齒輪從而帶動齒輪轉(zhuǎn)盤在滾珠上旋轉(zhuǎn)，電機(jī)安裝在動齒輪的下方，用一個套筒固定，可以有利于鍋的安置，且有效避免高溫的影響；齒輪環(huán)上面可以安裝固定定位卡槽，而定位卡槽是 由 具有彈性的金屬板材作成，為 “U”形的卡槽，兩邊微向內(nèi)彎曲，當(dāng)用力壓下適當(dāng)寬度的鍋把手時，定位卡槽端面限制鍋在齒輪轉(zhuǎn)盤直徑方向的自由度，兩邊彈性片限制鍋在齒輪轉(zhuǎn)盤切線方向的自由度，所以當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)盤 旋轉(zhuǎn)時，將帶動鍋旋轉(zhuǎn)，而又不會發(fā)生晃動。在支撐圓盤外圓面均布了 3個限位輪架，滾輪直接套在限位輪架的銷軸上；限位輪架斜壓住齒輪轉(zhuǎn)盤下部的突起臺階，保證齒輪轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時不會偏出弧面導(dǎo)軌槽，也限制其向上運(yùn)動，從而將整個旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連成一個整體。 3． 4 鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3． 4． 1 電動機(jī)的選擇 根據(jù)實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)，鍋及鍋內(nèi)烹調(diào)物總重量約為 ，即 F=25N。設(shè)齒輪轉(zhuǎn)盤帶動鍋轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速為 60r/min，即 n 從 =60r/min 設(shè)齒