咖啡機(jī)送杯器機(jī)構(gòu)介紹

□ 李 勇 法雷奧發(fā)動機(jī)冷卻（佛山）有限公司

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咖啡機(jī)送杯器機(jī)構(gòu)介紹

□ 李 勇 法雷奧發(fā)動機(jī)冷卻（佛山）有限公司

隨著咖啡市場擴(kuò)大，近年我國咖啡機(jī)行業(yè)也迅速發(fā)展，市場上咖啡機(jī)種類也不斷由低端的半自動機(jī)向全自動機(jī)，由單功能向多功能發(fā)展，咖啡機(jī)的設(shè)計、生產(chǎn)技術(shù)不斷得到提高。一臺全自動、多功能的咖啡機(jī)，擁有一套由各個獨(dú)立功能的核心系統(tǒng)組成的自動控制系統(tǒng)。筆者展示的送杯器是核心部件之一供杯系統(tǒng)中的主要組件，其運(yùn)行效果好壞直接影響到整臺咖啡機(jī)的性能與質(zhì)量。本文詳細(xì)介紹了送杯器組件的原理設(shè)計、機(jī)構(gòu)設(shè)計等，以期為相關(guān)研究者提供借鑒。

杯子結(jié)構(gòu)及市場需求分析

在設(shè)計前需要調(diào)查了解實(shí)際狀況和各種不同需求，這樣做出的送杯器結(jié)構(gòu)與控制方式才能符合市場需求。自動售賣咖啡機(jī)使用的杯子是有一定規(guī)律的，經(jīng)不完全統(tǒng)計，如圖1所示。因此，機(jī)構(gòu)設(shè)計的重點(diǎn)是兼容性與靈活性。

原理設(shè)計

設(shè)計要求及總體目標(biāo)

功能性：接杯時不出現(xiàn)歪斜現(xiàn)象，送杯時動作平穩(wěn)，接滿飲料后仍然能抓牢杯子，用戶取飲料方便；可靠性：尺寸小巧，結(jié)構(gòu)牢固，動作可靠，易于維護(hù)，不易受到外部污染，經(jīng)濟(jì)可靠；智能性：能智能判斷接杯、送杯狀況，能檢測飲品取走狀態(tài)，能識別是否有用戶自帶杯子，具有超強(qiáng)的糾錯能力。

運(yùn)動原理設(shè)計

此組件配置了兩種送杯組件，待命位置設(shè)計在接杯處（左右位置），當(dāng)接住杯后自動旋轉(zhuǎn)到接飲品位置（中部），當(dāng)用戶取走飲品后自動復(fù)位。本例巧妙運(yùn)用凸輪擺桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計了上下兩極，通過馬達(dá)正反轉(zhuǎn)，驅(qū)動相應(yīng)的送杯手臂旋轉(zhuǎn)到預(yù)定位置。復(fù)位時，靠彈簧力驅(qū)動，保證其回位。

控制原理設(shè)計

機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)計了兩個光電傳感器，其一用來控制馬達(dá)的初始角度、運(yùn)動方向及運(yùn)動角度；其二用來控制送杯手臂的接飲品位置。通過兩個傳感器，分別控制機(jī)構(gòu)內(nèi)的原動件與受動件，可以更加準(zhǔn)確、可靠地控制位置及動作。

詳細(xì)設(shè)計及動作講解

部件組成及裝配方式

部件組成及裝配方式，如圖2所示：

如圖2所示，此組件包含左右兩個可旋轉(zhuǎn)的送杯手柄。裝配順序?yàn)椋孩賹⑼斜Ъ苎b入下殼下方；②內(nèi)部支架組裝：左右送杯手柄與彈簧組裝成送杯組件，從上向下裝入送杯支架，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿從上向下裝入支架中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿下方卡上旋轉(zhuǎn)圓盤及馬達(dá)，最后裝入兩個定位傳感器，形成一個組件，裝入下殼內(nèi)；③裝配上蓋，鎖緊螺釘，裝配完成。

具體運(yùn)動動作

圖1 歐洲市場上使用的部分杯子尺寸

圖2 送杯器裝配圖

圖3 運(yùn)動過程

此部件設(shè)計的用途是能準(zhǔn)確接住杯子，然后自動送到預(yù)定位置接飲品。如圖3所示，系統(tǒng)停在左右復(fù)位位置（如圖3（a）所示），左右送杯支架可以準(zhǔn)確接住從上方掉下的杯子。中部托杯支架為自帶杯子的用戶設(shè)計的，可手動左右旋轉(zhuǎn)。主要動作過程是，當(dāng)其中一個送杯支架接到杯子后，設(shè)計在外框上的傳感器會探知到，并給馬達(dá)下達(dá)旋轉(zhuǎn)指令。當(dāng)馬達(dá)按預(yù)定方向旋轉(zhuǎn)，帶動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿同步轉(zhuǎn)動，同時驅(qū)動相應(yīng)的送杯支架旋轉(zhuǎn)到圖3（b）或（c）位置，等待接飲品（旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿順時針旋轉(zhuǎn)驅(qū)動左邊送杯支架，逆時針旋轉(zhuǎn)驅(qū)動右邊送杯支架）。為保證送杯支架能準(zhǔn)確到達(dá)中間位置，本組件設(shè)計的定位方式為：在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿上設(shè)計了一個同步旋轉(zhuǎn)圓盤，根據(jù)圖2所示的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿定位傳感器（右）的信號準(zhǔn)確定位預(yù)定位置，送杯支架下方設(shè)計了結(jié)構(gòu)，可通過送杯柄定位傳感器（左）的信號準(zhǔn)確定位在預(yù)定位置接飲品。當(dāng)裝滿飲品的杯子被用戶取走后，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿在馬達(dá)力作用下復(fù)位，而送杯支架在彈簧力作用下復(fù)位。

接飲品位置的設(shè)計需要注意以下幾點(diǎn)。①防止送杯支架在彈簧作用力下推動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿反轉(zhuǎn)，從而使杯子不能準(zhǔn)確停在接飲品位置。解決方法是：送杯支架對旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿的反作用力方向設(shè)計在指向圓心方向，此為死點(diǎn)位置，這樣就不會有扭矩，送杯支架就不會在彈簧力作用下反轉(zhuǎn)。②由于控制不準(zhǔn)確，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿旋轉(zhuǎn)過多，造成杯子不能送到或送過預(yù)定位置。解決方法是：送杯支架的被驅(qū)動臂的弧線在此處設(shè)計到最高點(diǎn)，這樣就不會因?yàn)樾D(zhuǎn)驅(qū)動桿轉(zhuǎn)角偏差而造成送杯位置不準(zhǔn)。③運(yùn)動磨損造成運(yùn)動不平穩(wěn)與強(qiáng)度下將。解決方法是：運(yùn)動摩擦部件需使用耐磨POM，手柄選用PC，殼體部分選用ABS材料。

總結(jié)

此設(shè)計運(yùn)用凸輪傳動原理，結(jié)構(gòu)巧妙，考慮全面。外形尺寸小，裝配靈活，更換方便。在設(shè)計上充分考慮各件共用，節(jié)省模具成本，方便管理，優(yōu)化裝配。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，開模方便，制造與成型精度易保證。裝配順序合理、簡單，易于保證裝配精度，值得相關(guān)行業(yè)人員研究與借鑒。