【正文】 過(guò)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(wú)法進(jìn)行安裝等，就要對(duì)零件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，重新裝配；再發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，再進(jìn)行修改。這樣做的優(yōu)點(diǎn)很明顯，思路簡(jiǎn)單，容易理解。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(dòng)的產(chǎn)品模型，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，確定每個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，通過(guò)幾何關(guān)系求解將零件裝配成產(chǎn)品。這種設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)程中，利用SolidWorks的以上優(yōu)點(diǎn)，并同時(shí)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(dòng)限制在一個(gè)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(guò)合理地使鍋旋轉(zhuǎn)，采用一種主動(dòng)的方式，讓鍋內(nèi)的被烹調(diào)物未受熱部分接受鍋鏟動(dòng)作，均勻受熱，就可以解決問(wèn)題。圖31 鍋定位及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)模型Fig. 31 The orientation and rotation mechanism for pan鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)模型參見(jiàn)圖31所示。支撐圓盤(pán)的一端面均布滾珠安裝孔，內(nèi)加潤(rùn)滑劑后將滾珠放入其中，從而可以支撐到齒輪轉(zhuǎn)盤(pán)的弧面導(dǎo)軌凹槽；齒輪轉(zhuǎn)盤(pán)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(shí)的干涉；圓環(huán)下面有突起臺(tái)階，臺(tái)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(pán)內(nèi)圓面焊接鍋的支架；通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒輪從而帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)盤(pán)在滾珠上旋轉(zhuǎn)，電機(jī)安裝在動(dòng)齒輪的下方，用一個(gè)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(shí)，定位卡槽端面限制鍋在齒輪轉(zhuǎn)盤(pán)直徑方向的自由度，兩邊彈性片限制鍋在齒輪轉(zhuǎn)盤(pán)切線方向的自由度，所以當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，將帶動(dòng)鍋旋轉(zhuǎn)，而又不會(huì)發(fā)生晃動(dòng)。在支撐圓盤(pán)外圓面均布了3個(gè)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(pán)下部的突起臺(tái)階，保證齒輪轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)偏出弧面導(dǎo)軌槽，也限制其向上運(yùn)動(dòng)，從而將整個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連成一個(gè)整體。3．4鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3．4．1電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)，即F=25N。設(shè)齒輪轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)鍋轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速為60r/min，即n從=60r/min 設(shè)齒輪轉(zhuǎn)盤(pán)的直徑D從=200mm，則由公式 有： （31）齒輪轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)鍋旋轉(zhuǎn)所需要的功率Pw由公式： （32）取圓柱齒輪傳動(dòng)效率 η=故電動(dòng)機(jī)輸出功率 （33）所以，鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選擇直流電動(dòng)機(jī)，采用直流電壓24V，參數(shù)說(shuō)明見(jiàn)下表31： 表31 直流電機(jī)的基本參數(shù) Characteristic of direct current motivation parameter額定功率（kw）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）電動(dòng)機(jī)質(zhì)量（kg）額定電壓（V）125024由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可知?jiǎng)育X輪的轉(zhuǎn)速 n主=250r/min，則： （34）由參考文獻(xiàn)[20]查得圓柱齒輪傳動(dòng)比范圍 i=3～6可知以上計(jì)算的傳動(dòng)比屬于該范圍，所以，電動(dòng)機(jī)選擇合適。3．4．2 齒輪的設(shè)計(jì)及其計(jì)算（一）齒輪材料選擇設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)使齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對(duì)齒輪材料性能的基本要求為：齒面要硬，齒芯要韌。齒輪材料的選擇原則：齒輪材料的種類很多，在選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素也很多，下述幾點(diǎn)可供選擇材料時(shí)參考：①齒輪材料必須滿足工作條件的要求。例如：用于飛行器上的齒輪，要滿足質(zhì)量小、傳遞功率大和可靠性高的要求，因此必須選擇力學(xué)性能高的合金鋼；礦山機(jī)械中的齒輪傳動(dòng)，一般功率很大、工作速度較低，但要求傳動(dòng)平穩(wěn)、低躁聲或無(wú)躁聲、以及能在少潤(rùn)滑或無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程塑料作為齒輪材料?？傊?，工作條件的要求是選擇齒輪材料時(shí)首先應(yīng)考慮的因素。②應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型方法及熱處理和制造工藝。大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常選用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時(shí)，可選用圓鋼做毛坯。③金屬制的軟齒面齒輪，配對(duì)兩齒面的硬度差應(yīng)保持為30～50HBS或更多。當(dāng)小齒輪與大齒輪的齒面具有較大的硬度差（如小齒輪齒面為淬火并磨制，大齒輪齒面為?；蛘{(diào)質(zhì)），且速度又高時(shí)，較硬的小齒輪齒面對(duì)較軟的大齒輪齒面會(huì)起較顯著的冷作硬化效應(yīng)，從而提高了大齒輪齒面的疲勞極限。因此，當(dāng)配對(duì)的兩齒輪齒面具有較大的硬度差時(shí)，大齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力可提高約20%，應(yīng)注意硬度高的齒面，粗糙度值也要相應(yīng)地減小。根據(jù)上述齒輪材料的選擇原則，本課題鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，7級(jí)精度，小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。（二）齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算⒈ 選定齒輪精度等級(jí)、材料及齒數(shù) ⑴ 按照?qǐng)D31，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 ⑵ 鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為一般工作，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB1009588）。 ⑶ 材料選擇。由表及齒輪材料選擇原則，選擇小齒輪小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 ⑷開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，由于齒輪主要為磨損失效，為使齒輪不致過(guò)小，故小齒輪不宜選用過(guò)多的齒數(shù)，一般可取Z1=17～20。故選小齒輪齒數(shù)Z1=20，大齒輪齒數(shù)Z2=iZ1=6*20=120。⒉ 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行試算，即 （35） ⑴ 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 ① 試選載荷系數(shù) Kt= ② 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 （36） ③ 取齒寬系數(shù)Φd=1 ④ 材料的彈性影響系數(shù)= MPa1/2 ⑤ 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=500MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=450MPa； ⑥ 接觸疲勞壽命系數(shù) =。 = ⑦ 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率1%，安全系數(shù)S=1，由式得 （37） （38） ⑵ 計(jì)算 ① 試算小齒輪分度圓直徑d1t，代入[σH]中較小的值 （39）② 計(jì)算圓周速度 v （310）⑶ 計(jì)算齒寬b （311）⑷ 計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h 模數(shù) （312） 齒高 （313） b/h=（314）⑸ 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v=，7級(jí)精度，得動(dòng)載荷系數(shù)Kv=； 直齒輪，假設(shè)KAFt/b﹤100N/mm。得； 取使用系數(shù)； 7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置時(shí)， 將數(shù)據(jù)代入后得 （315） 由b/h=，得=；故載荷系數(shù) （316）⑹ 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式得： （317）⑺ 計(jì)算模數(shù) m （318）3．按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 ⑴ 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 ① 小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限； ② 彎曲疲勞壽命系數(shù)； ③ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=，由式得 （319） （320） ④ 計(jì)算載荷系數(shù)K （321） ⑤ 取齒形系數(shù) 由表查得 ⑥ 取應(yīng)力校正系數(shù) ⑦ 計(jì)算大、小齒輪的并加以比較 （322） （323）大齒輪的數(shù)值大。⑵ 設(shè)計(jì)計(jì)算 （324） 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪的模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，=2mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=，算出小齒輪齒數(shù)： （325） 取z1=30，則大齒輪齒數(shù)，取z2=126。 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。4．幾何尺寸計(jì)算 ⑴ 計(jì)算分度圓直徑 （326） （327） ⑵ 計(jì)算中心距 （328）⑶ 計(jì)算齒輪寬度 （329）取B2=60mm，B1=65mm。5．驗(yàn)算 （330） ，合適。 （331） 由于鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的特殊結(jié)構(gòu)，要求齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也很特殊，它不同于普通齒輪的結(jié)構(gòu)，如下圖32所示大齒輪零件圖，33所示小齒輪零件圖：圖32 大齒輪零件圖 The part pursues a big gear wheel圖33 小齒輪零件圖 The part pursues a small gear wheel3．4．3潤(rùn)滑 在鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，支撐圓盤(pán)的一端面均布滾珠安裝孔，因此內(nèi)部需要加入潤(rùn)滑劑后將滾珠放入其中，從而可以支撐到齒輪轉(zhuǎn)盤(pán)的弧面導(dǎo)軌凹槽。根據(jù)鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的特殊結(jié)構(gòu)，無(wú)法靠潤(rùn)滑裝置來(lái)進(jìn)行潤(rùn)滑，所以必須依靠人工將潤(rùn)滑劑涂抹到摩擦表面上。由于電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速比較慢，以及自動(dòng)烹調(diào)機(jī)正常工作時(shí)鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)等原因，所以選擇粘度較大、油性好以及氧化安定性強(qiáng)的潤(rùn)滑油和針入度較小的潤(rùn)滑脂。3．5 鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3．5．1 工作原理 鍋蓋是烹調(diào)工藝十分常用的一項(xiàng)動(dòng)作。本設(shè)計(jì)中，最主要的問(wèn)題是如何避免鍋蓋翻轉(zhuǎn)時(shí)與鍋鏟機(jī)械手和投料裝置的干涉問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題主要是靠鍋蓋翻動(dòng)的杠桿設(shè)計(jì)來(lái)解決。鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，如圖33所示。 圖33 鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)模型Fig. 33 The cover overturn mechanism電動(dòng)機(jī)的主軸通過(guò)聯(lián)軸器與另外一根軸連接穿過(guò)杠桿固定在安裝板上，軸的另一端套過(guò)滾動(dòng)軸承也固定在安裝板上。電動(dòng)機(jī)主軸的轉(zhuǎn)向決定著鍋蓋的開(kāi)合，當(dāng)電動(dòng)機(jī)主軸正轉(zhuǎn)時(shí)，鍋蓋閉合；當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，鍋蓋打開(kāi)。同時(shí)，鍋蓋本身還承擔(dān)了烹調(diào)工藝中食物需要暫時(shí)盛出時(shí)所用容器的功能。3．5．2 其它零部件設(shè)計(jì)與選擇（一）聯(lián)軸器的選擇1．類型選擇為了隔離振動(dòng)與沖擊，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。 2．載荷計(jì)算 公稱轉(zhuǎn)矩 （332）取 ，故由式得計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 （333） 3．型號(hào)選擇從GB432384[19] 中查得TL4型彈性套柱銷聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為，許用最大轉(zhuǎn)矩5700r/min，軸徑為20～28mm之間，故合適。（二）滾動(dòng)軸承的選擇 軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。由于鍋蓋重量較輕，且該翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速很慢，與軸承配合的電動(dòng)機(jī)的直徑為20mm，故選擇角接觸球軸承7204C，它可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷，也可以單獨(dú)承受軸向載荷。由于一個(gè)軸承只能承受單向的軸向力，因此，一般成對(duì)使用。3．6 小結(jié) 在前一章介紹基本理論、基本方法的基礎(chǔ)上，本章實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的參數(shù)化虛擬設(shè)計(jì)，完成了以下幾個(gè)方面： 1．完成了鍋定位方案的確定，實(shí)現(xiàn)了鍋旋轉(zhuǎn)和鍋蓋翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且以虛擬設(shè)計(jì)軟件SolidWorks作為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)符合人的思維習(xí)慣，三維模型形象直觀。 2．完成了每個(gè)機(jī)