新型三高度家用攪拌機(jī)的開發(fā)設(shè)計(jì)

趙林

摘 要：設(shè)計(jì)的新型家用攪拌機(jī)是通過將牛奶、冰塊、水果等食材均勻攪拌，以達(dá)到變成果漿的制作目的。其具有多種方式輸出，方便調(diào)節(jié)，三高度攪拌結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)均勻攪拌，具備快速拆卸清洗的功能，產(chǎn)品更符合人機(jī)工程的要求。

關(guān)鍵詞：家用攪拌機(jī)；三高度攪拌；快速拆卸

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672-7053（2017）08-0156-03

Abstract：The design of a new home mixer is through the milk， ice， fruit and other ingredients evenly stir， in order to achieve the purpose of becoming pulp. The utility model has the advantages of multiple modes of output， convenient adjustment， three height mixing structure， uniform stirring， quick disassembly and cleaning， and the product more in line with the requirements of man-machine engineering.

Key Words：Home mixer； Three highly agitated； Quick disassembly

隨著我國食品設(shè)備的飛速發(fā)展，在小型家電行業(yè)中，不但有價(jià)格定位的制約，并且對食品加工質(zhì)量的要求也越來越高。傳統(tǒng)的家用攪拌機(jī)，單靠攪拌杯底部的刀片高速旋轉(zhuǎn)，在水流的作用下把食物反復(fù)打碎難以滿足實(shí)際應(yīng)用需要[1]，本設(shè)計(jì)為家用攪拌機(jī)的升級版，其動力傳動系統(tǒng)具有強(qiáng)度高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、堅(jiān)固耐用、打漿均勻、便于拆卸清洗的特點(diǎn)，具有更加良好的攪拌混合效果。

1 工作原理

本設(shè)計(jì)的新型家用攪拌機(jī)使用AC7030交流電機(jī)為動力源，動力通過齒輪副以1：1傳到自上而下旋進(jìn)刀盤三把不同長度的攪拌刀，保證其攪拌效率。三把攪拌刀在刀盤上水平位置120度均勻分布。利用刀具的高速自轉(zhuǎn)和刀盤的同步周轉(zhuǎn)，以及三把攪拌刀的高度落差，對杯中的食物進(jìn)行全方位無差別立體性的粉碎，并使杯中水果牛奶等固液兩相全方位對流、擴(kuò)散和交錯(cuò)剪切，以達(dá)到快速均勻攪拌食材的效果。

2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，所設(shè)計(jì)的家用攪拌機(jī)整體長263mm、寬176mm、高320mm，包括基座、支撐、攪拌杯、升降旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、攪拌結(jié)構(gòu)與齒輪傳動機(jī)構(gòu)，攪拌機(jī)外殼材料為ABS。機(jī)頭部分設(shè)置在前上方，內(nèi)安裝有電機(jī)，電機(jī)往下通過電機(jī)罩連接著攪拌刀盤，三把不同長度的攪拌刀分別旋進(jìn)刀盤的帶套輸出齒輪中，凌空掛在對中安裝在基座上的攪拌杯內(nèi)。后部為支撐機(jī)構(gòu)，支撐上端裝有氮?dú)鈿獗?，氣泵頂端再通過銷釘與包裹著電機(jī)的電機(jī)罩連接，形成整體的緊湊結(jié)構(gòu)。支撐機(jī)構(gòu)側(cè)面裝有調(diào)檔旋鈕，共有4檔位，每檔位45度均布，共180度。支撐后面帶有折彎成形并包塑料的氣泵控制桿，用于控制氣泵的升降。

3 關(guān)鍵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2所示，電機(jī)通過聯(lián)軸器與主輸出軸把動力自上而下傳動到底部齒輪，齒輪選用粉末冶金鐵，齒數(shù)Z=17、模數(shù)m=1.25、壓力角a=20，再通過三個(gè)齒數(shù)、模數(shù)、壓力角一樣的過渡齒輪把動力傳動到外圈三個(gè)裝配在刀盤上的帶套輸出齒輪，其參數(shù)與上述底部齒輪一致，然后三把不同長度的攪拌刀具分別旋進(jìn)其對應(yīng)帶套輸出齒輪的凹槽，兩者過渡配合，以便后續(xù)拆卸清洗。通過上述一系列齒輪組的動力傳遞，以實(shí)現(xiàn)把電動機(jī)的轉(zhuǎn)速1：1傳動到攪拌刀的功能。

如圖3、圖4所示，電機(jī)主輸出軸中間連接太陽輪，其材料同為粉末冶金鐵，齒數(shù)Z1=14、模數(shù)m1=0.8、壓力角a1=20，與三個(gè)水平方向120度均勻分布的行星齒輪嚙合，三個(gè)行星齒輪齒數(shù)Z2=37、模數(shù)m2=0.8、壓力角a2=20，再與之相嚙合的恒固定內(nèi)齒圈齒數(shù)Z3=88、模數(shù)m3=0.8、壓力角a3=20，材料為PA66+30%GF。查相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)書籍，得具有固定輪的行星輪系傳動公式為

其中

由于齒輪1與內(nèi)齒圈3的轉(zhuǎn)向相反，得

故主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速以51：7傳動到行星架H，即約以7.28倍減速。

行星架H與齒數(shù)Z4=14模數(shù)、m4=1、壓力角a4=20的齒輪4連接，齒輪4與組合齒輪5外嚙合。組合齒輪5參數(shù)為大端齒數(shù)Z51=33、模數(shù)m51=1、壓力角a51=20，小端齒數(shù)Z52=14、模數(shù)m52=0.8、壓力角a52=20，組合齒輪5大端與組合齒輪6小端外嚙合，組合齒輪6參數(shù)為大端齒數(shù)Z61=45、模數(shù)m61=0.8、壓力角a61=20，小端齒數(shù)Z62=14、模數(shù)m62=0.8、壓力角a62=20。組合齒輪5余組合齒輪6材料同為粉末冶金鐵。組合齒輪6小端與齒圈7內(nèi)嚙合，齒圈7參數(shù)為齒數(shù)Z7=112、模數(shù)m7=0.8、壓力角a7=20，材料為PA66+30%GF。齒圈7下接刀盤，查相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)書籍，得定軸輪系傳動公式[2]

故齒輪4余齒圈7傳動比計(jì)算為

綜合以上計(jì)算結(jié)果，故電機(jī)主輸出軸到刀盤傳動比為

以實(shí)現(xiàn)把電機(jī)轉(zhuǎn)速以441：1傳動到刀盤的功能。

3.2攪拌刀具設(shè)計(jì)

如圖5所示，三把攪拌刀材料均為SUS304，刀柱直徑為6mm，在刀盤中水平方向120度均布，長度分別為95mm、125mm和155mm，每把刀相互垂直間距為30mm，使攪拌刀均勻垂掛于攪拌杯子下半部分[3]。如圖5、6所示，每條刀柱底部均有四片刀刃，每片刀刃從頭端到中段為水平方向，從中段到末端呈20度的斜度，刀刃后半段一對往上另一對往下呈十字形結(jié)構(gòu)分布，刀刃末端到刀柱中軸線的旋轉(zhuǎn)半徑為18mm，使刀刃快速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)呈直徑為36mm的切削立體圓形的切割區(qū)域。在電機(jī)快速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，攪拌杯子內(nèi)部利用食物重力、離心力與三把攪拌刀具剪切力交互作用，使杯中食材快速均勻地粉碎[4]。

3.3攪拌杯具設(shè)計(jì)

如圖7所示，攪拌杯子外觀類似普通古典圓形帶手柄杯具，材料為聚碳酸酯。杯子總體直徑為154mm、高153.5mm。杯子只需對中安放在基座上的杯座中，不需要擰杯座，當(dāng)攪拌刀具上升旋轉(zhuǎn)離開時(shí)，杯子便可直接拆卸出來，便于機(jī)器使用前后清洗。在攪拌機(jī)閑置的時(shí)間內(nèi)，攪拌杯子還可以直接當(dāng)飲用杯使用。為了使用安全，攪拌杯頂部中間位置設(shè)有微型的安全凸位結(jié)構(gòu)，在安裝攪拌杯時(shí)，只有當(dāng)杯頂安全凸位結(jié)構(gòu)與機(jī)身電氣連接撥動裝置鑲嵌到位才能連通攪拌機(jī)電路，啟動電動機(jī)[5]。此裝置用于防止杯子未安裝到位的電機(jī)意外啟動，以確保用戶的使用安全。

3.4升降旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖8所示，在后基座支撐的上半部分內(nèi)嵌有氮?dú)鈿獗茫鈴紻為50mm、小徑d為28mm，行程為0到110mm，實(shí)現(xiàn)電機(jī)頭的升降與功能。氣泵頂部的支撐蓋與前端電機(jī)罩采用銷釘連接，實(shí)現(xiàn)電機(jī)頭的旋轉(zhuǎn)功能，其旋轉(zhuǎn)范圍為0到90度。此功能旨在使電機(jī)、刀盤、刀具整體能從攪拌杯往上升，再從豎直方向往水平方向旋轉(zhuǎn)出來，便于三把攪拌刀與攪拌杯的快速拆卸與清洗。

4 電氣部分

本攪拌機(jī)選用家用攪拌機(jī)通用交流電機(jī)AC7030，最高轉(zhuǎn)速為18700rpm，額定電壓為220V、頻率為50Hz、額定功率為500W[6]。根據(jù)測試，零負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速約為18717rpm，最高效率點(diǎn)負(fù)載217mN.m、轉(zhuǎn)速為13281rpm、輸出功率為310.7W，最大輸出功率點(diǎn)為負(fù)載375 mN.m、轉(zhuǎn)速為9322rpm、輸出功率為366W，堵轉(zhuǎn)點(diǎn)扭矩為747 mN.m?？紤]到此家用攪拌機(jī)攪拌對象為普通冰塊、牛奶與水果等食物混合物，均屬于比較脆的物質(zhì)，不需要太大扭矩，對攪拌機(jī)電機(jī)的輸出功率要求不太高[7]。對此，AC7030電機(jī)完全適用本設(shè)計(jì)攪拌機(jī)。

攪拌機(jī)設(shè)有四個(gè)不同檔位，分別為空檔、點(diǎn)動檔、低速檔和高速檔[8]。其中低速檔采用二極管降壓，其輸出參數(shù)約為高速檔參數(shù)的平方根。點(diǎn)動檔、低速檔和高速檔等三個(gè)檔位的運(yùn)動能基本滿足不同水果食物的攪拌加工，保證其果漿的質(zhì)量。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)的攪拌刀具空降攪拌杯的裝配方式與傳統(tǒng)攪拌刀裝配杯底的方式相比，大大提高了攪拌效率。具有以下特點(diǎn)：（1）電機(jī)兩種速度輸出的方式，節(jié)約了整體設(shè)計(jì)的空間；（2）刀盤與三把攪拌刀同時(shí)旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)，大大提高的食物的攪拌質(zhì)量；（3）借助空降刀具的結(jié)構(gòu)，使用戶拆卸清洗時(shí)更加方便，并附有安全保護(hù)開關(guān)，使設(shè)計(jì)顯得更加符合現(xiàn)代要求。且其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，所用零件基本為標(biāo)準(zhǔn)件，價(jià)格便宜，互換性良好。其非標(biāo)準(zhǔn)件容易加工，材料通用，方便以后維修時(shí)更換配件。綜上所述，本次設(shè)計(jì)的攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)新穎、合理，符合人機(jī)工程，促進(jìn)效率的提高，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，是家用攪拌機(jī)行業(yè)的一個(gè)質(zhì)的飛躍。

參考文獻(xiàn)

[1]朱秀娟.多功能攪拌機(jī)傳動裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動化，2010，07.

[2]楊可楨，程光蘊(yùn). 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 5版. 北京：高等教育出版社，2006，07

[3]張紅娟，蔡正偉. 全自動食品攪拌機(jī)的開發(fā)及研究[J] .食品研究與開發(fā)， 2017，01.

[4]張平亮. 新型食品攪拌機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用[J] . 食品工業(yè)，2013，10.

[5]張玲.全自動多功能食品攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)[J]. 工業(yè)設(shè)計(jì)，2015，08.

[6]江慶.食品混和攪拌機(jī)變頻調(diào)速的應(yīng)用研究[J]. 包裝與食品機(jī)械，2007，01.

[7]譚玉龍.全自動多功能食品攪拌機(jī)的研究與設(shè)計(jì) [D]. 西華大學(xué)，2014.

[8]趙建剛.大功率變頻高速攪拌機(jī)的研究 [J]. 中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)（北京），2011，10.