可拆卸自动炒饭夹盘

Hefei University第六届机械创新设计大赛作品名称：可拆卸自动炒饭夹盘作品系别：机械工程系参赛选手：王旸许俊林黄旭（计科系）王宗扬（电子系）指导老师：徐厚昌2012 年11月26 日目录一、作品概述 (3)1.作品介绍 (3)二．结构及运动原理 (3)1.整体结构 (3)2.主盘 (4)3.转盘 (6)4．自动转位倾倒系统 (6)5.连杆机构 (10)6.搅翻系统 (11)7.调料槽 (13)8.电机输出轴 (14)9．轴支座 (15)三．电路控制及用户控制系统 (15)1.结构 (15)2.功能 (16)3.功能执行 (17)4．步进电机工作原理 (18)5.步进电机原理的代码及思想 (20)6.温度报警系统 (22)一、作品概述1.作品介绍可拆卸自动炒饭夹盘是一种用来实现自动炒饭工作的装置。

用户设定好烧炒流程（如总共烧5分钟，在第60秒时放盐，在第120秒放油，第180秒放葱等），然后把调料及其他食物放进料槽中，按下开始按钮后，自动炒饭夹盘便可按照用户设定流程自动完余下的翻炒、调料添加等工作，并在烧好后通知用户。

可拆卸自动炒饭夹盘由主盘，转盘,主盘支架，搅饭机构，自动转位倾倒系统及用户控制系统六个部分组成。

其中除用户控制系统外其他五个部分均可拆卸，方便清洗，维护。

自动炒饭夹盘装有自动报警装置，如果烧饭过程中出现温度异常情况时能及时发出报警声通知用户。

2.作品定位可拆卸自动炒饭夹盘是一种家庭用辅助烹饪设备，其结构简单，操作方便。

其材料大部分为塑料，造价低，价格便宜，是一种实用性很强的小型家用设备。

3.作品特点①搅饭机构能小角度偏移及上下移动，这样不管是圆锅还是平底锅都能适用，并能保证有充分的翻炒。

②炒饭流程输入简单，可存储，能反复调用。

③运用机械传动装置实现了一个伺服电机先完成作料添加后完成作料倾倒的任务。

④可拆卸折叠，体积小，方便存放。

⑤带有自动温度报警装置。

防止意外发生。

二．结构及运动原理1.整体结构①整体结构。

可拆卸自动炒饭夹盘由主盘，转盘,主盘支架，搅饭系统，自动转位倾倒系统及用户控制系统六个部分组成。

②整体尺寸炒饭夹盘的大小是180mm×180mm×40mm，支架长度为220mm,调料槽可装容积Q=1.6L 。

整体三维模型图③制造材料为减轻作品重量和成本，本设计中除主盘支架、传动轴轴、搅翻系统之外的所有部件均采用塑料制造，选择的塑料是pp 板(半晶体性材料塑料),PP 挤出板材具有质轻、厚度均匀、表面光滑平整、耐热性好、机械强度高、优良的化学稳定性和电绝缘性、无毒等特征。

PP 板广泛应用于化工容器、机械、电子、电器、食品包装、医药、装潢和水处理等领域。

PP 板实用温度可达100度。

传动轴和主盘支架材料选择的是HT100，本设计支架和轴的厚度小于5mm ，根据机械手册查的材料的最小抗拉强度m R =100MP ，对于本设计小负荷来说，显然满足强度要求。

搅翻机构中斜圆盘，搅翻杆，搅翻扇叶均采用铝合金制造。

2.主盘主盘是自动炒饭机的基体部分，用来安放其他各个部分：主盘下面安放主盘支架，支撑住整个设备。

主盘上面安放搅饭系统，自动转位青岛系统及用户控制系统。

在转盘边缘有转盘固定槽，配合转盘固定夹，使转盘固定在主盘上，并能做旋转运动。

主盘分为6个扇形区，每个60度，分别编号1.2.3.4.5.0号位，分别对应转盘上的1.2.3.4.5号调料槽的位置，0号位为安装连杆机构的地方。

主盘模型图转盘固定架三维模型图3.转盘转盘是安放在主盘上，可以旋转，用来将调料转到指定位置的部件，转盘上面方有5个调料槽，分别编号1.2.3.4.5.。

对应主盘上的1.2.3.4.5号位，转盘旋转带着调料旋转，使1~5号调料槽转到主盘0号位进行调料倾倒。

转盘内圆为内啮合齿轮，与自动转位倾倒系统中的自动转位部分相连。

转盘上平面装有5个弹簧，与各个调料相连，当调料在顶杆顶翻后能使调料槽复位。

转盘三维模型图4．自动转位倾倒系统自动转位倾倒系统用来完成使转盘转到相应位置并将调料槽中的调料倒入锅中的工作。

通过机械传动方式控制先转位后倾倒的时间差。

自动倾倒系统由一个步进电机，若干圆柱齿轮、圆锥齿轮、带轮、带、外齿轮内棘轮机构、外带轮内棘轮机构、发条、连杆机构、滑筒和轴支座等组成。

自动转位倾倒系统三维模型图自动转位倾倒系统分为两个部分，自动倾倒部分和自动转位部分。

①自动倾倒部分自动倾倒部分三维模型图带传动部分传动比（小齿轮为齿轮8，大齿轮为齿轮7）齿轮7 z=30齿轮8 z=20788720(1) 1.530m w z i w z ==-=-=-自动倾倒部分通过带传动和齿轮传动带动连杆机构运动，使顶杆在滑筒内做直线往复运动，从而完成将料槽顶翻的任务。

②自动转位部分自动转位部分通过控制步进电机的转速及运转时间，通过齿轮传动，使转盘1~5号调料槽转到0号位置并停止运动，在停歇2秒后电机开始反转，使转盘回复初始状态。

自动转位部分三维模型图步进电机部分传动比计算(齿轮编号顺序按由低到高)齿轮1 z=40齿轮2 z=20直齿圆锥齿轮3,4 z=20齿轮5 z=32齿轮6 z=1553115642322040(1) 4.27152020m z z z w i w z z z ⨯⨯==-=-=⨯⨯自动倾倒部分和自动转部分位由同一个步进电机控制，为保证在自动转位即转盘旋转过程中，连杆机构保持不运动，而连杆机构运动即将料槽顶翻时转盘不转动，在自动倾倒部分中设置了一个由外带轮内棘轮，外齿轮内棘轮，发条组成的机构来实现对这个时间差的控制。

实现时间差的机构三维模型图当步进电机得到指令开始运转后，在驱动自动转位部分的同时通过带传动使自动倾倒部分中的外带轮也开始转动，设定此时外带轮能带动内棘轮和轴一起转动，定此时轴转动方向为正方向，从而带动发条的上紧和外齿轮内棘轮机构中内棘轮的转动，设定轴正向转动时，外齿轮内棘轮机构中内棘轮不能带动外齿轮运动，即连杆机构保持不运动状态。

当步进电机停止运动后，发条开始释放能量，带动轴转动，此时轴转向为反方向，与正方向转动时情况相反，内棘轮不能带动外带轮转动，既与自动转位部分及步进电机隔开，同是棘轮能带动外齿轮运动，从而带动连杆机构运动，使顶杆在滑筒内作直线运动，顶出调料槽，然后复位，发条能量释放完毕。

然后电机开始反转，自动转位部分转动回复初始位置，而此时自动倾倒部分中外带轮不能带动内棘轮转动，轴不转动，连杆机构不运动。

电机反转结束后，整个自动转位倾倒系统停止运动。

外带轮内棘轮机构三维模型图外齿轮内棘轮机构三维模型图5.连杆机构连杆机构为曲柄滑块连杆，有3个转动副和一个移动副自由度F=3n—2Pl—Ph=3×3—2×4—0=1连杆机构三维模型图6.搅翻系统搅翻系统用来代替用锅铲炒饭的工作，实现自动搅翻、炒饭。

搅翻系统分为动力和传动机构和搅动机构两个部分。

整个搅翻系统由一个直流电机提供动力。

①动力和传动部分动力和传动部分三维模型图传动部分共有4直齿齿轮和2个直齿圆锥齿轮，从电机输出轴开始依次啮合的齿轮开始按顺序编号，各齿轮设计参数如下: 直齿齿轮齿轮1：模数 0.5 齿数 20 压力角20 齿轮2：模数 0.5 齿数 40 压力角 20 齿轮3：模数0.5 齿数 20 压力角20 齿轮4：模数0.5 齿数 60 压力角20 传动比计算()242411340601(1)62020m Z Zi Z Z ωω⨯==-=-=⨯直齿圆锥齿轮1,2 大端模数:1.0 齿数:20 齿宽:3.0 压力角:20 节锥角:45（两个直齿圆锥齿轮作用是改变齿轮的传动方向，使传动方向由轴向转变为径向，所以设计参数一样，传动比不改变，即1i =） 传动比计算()16655201(1)120m Zi Z ωω==-=-=-②搅动机构搅动机构三维模型图竖直安放的轴连接一个斜圆盘，斜圆盘下面连有4个搅翻杆。

轴转动带动斜圆盘转动，从而带动搅翻杆转动，并能使搅翻杆在转动同时上下运动。

与搅翻杆下端的搅翻扇叶相配合，搅翻机构可以充分的对饭进行搅拌、翻炒。

搅翻杆和搅翻扇叶三维模型图搅翻杆上端装有弹簧，使搅翻杆在竖直方向上能有一定量的伸缩，扇叶松套在搅翻杆上，并有5mm的上下运动空间，使扇叶能做小角度倾斜和上下移动。

这样保证当搅翻杆上下旋转运动时不至于和锅底、锅边顶死，并因此使炒饭夹盘既适用于圆底锅也适用于平底锅。

7.调料槽一共有5个调料槽，用推卡与转盘的槽位连接，拆装方便，方便清洗。

调料槽的内部为倾斜平面，方便调料的倒出。

调料槽后面板上装有弹簧，与转盘上平面相连，使调料槽再被顶杆顶翻后迅速复位。

调料槽三维模型图8.电机输出轴电机输出轴安放一个带轮和一个齿轮，分别用来带动自动转位部分和自动倾倒部分..齿轮带轮三维模型图9．轴支座轴支座与主盘粘合连接，轴空中心与底座下表面距离为18.5mm，材料为pp板，通过小角度塑性变形来实现轴的安装。

轴支座三维模型图三．电路控制及用户控制系统1.结构①控制佐料添加的系统通过四相步进电机的原理来实现，具体的原理后面介绍，这个系统的作用是为了控制在用户希望的时间进行作料的添加控制，确保添加佐料的时间是用户希望的时间。

定义一个系统结构体，控制系统的运行开关，默认flag=0即系统关闭，不运行，当打开开关的时候，flag=1即系统开始运行,默认工作时间为-1，即达到工作时间时系统关闭：Struct SystemS{Int flag；//控制系统是否工作Int WorkT; //系统工作时间}；SystemS SystemS1{0，-1}；②承载佐料的转盘转盘通过动力系统转动后，其上的五个调料槽盛放着调料，在达到调料添加的的条件后进行添加操作。

定义一个凹槽结构体，控制添加佐料的时间和状态。

默认flag= 0，即不进行添加操作，默认添加时间time= -1，即不进行添加操作，当满足time时，flag=1，即进行添加操作。

Struct Slot{int flag；//控制凹槽执行添加操作Int time； //用户定义凹槽的添加操作的判断条件}；Slot Slot1[6]={{0，-1}，{0，-1}.，{0，-1}，{0，-1}，{0，-1}，{0，-1}}；③警报装置在工作快结束时，提前给用户一个警示，提醒用户工作即将完成。

定义一个警报装置的结构体，提供警报功能，当系统工作即将完成时，对用户进行提醒，默认警报时间为1分钟，警报持续时间为10秒：Struct AlarmApp{Int flag；};AlarmApp App1 {0}; //警报装置默认为不开启2.功能注意默认添加过程为2秒，所以用户设置的时间中，系统会将这添加的过程的时间算入，但对用户不透明，即用户不需要理会。