咖啡機(jī)分杯器原理及機(jī)構(gòu)設(shè)計

咖啡機(jī)分杯器原理及機(jī)構(gòu)設(shè)計

作為一臺全自動多功能的咖啡機(jī)，其實(shí)質(zhì)是一套自動控制系統(tǒng)，包含研磨器、醞釀器、攪拌器、容器系統(tǒng)、攪拌棒供給系統(tǒng)、分杯系統(tǒng)、供杯系統(tǒng)、支付系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)等核心子系統(tǒng)。其中，分杯系統(tǒng)是咖啡機(jī)性能和質(zhì)量的關(guān)鍵部分之一。本文將介紹分杯系統(tǒng)中的核心部件——分杯器的原理設(shè)計、機(jī)構(gòu)設(shè)計以及需要考慮的各方面，為相關(guān)產(chǎn)品的研究者提供參考。在設(shè)計分杯器之前，需要充分了解市場需求和行業(yè)使用情況。自動售賣咖啡機(jī)使用的杯子具有一定規(guī)律，如表1所列出的部分規(guī)格，讀者可作為參考。杯子的包裝方式是將50或100個相同規(guī)格的杯子重疊成一條后裝箱運(yùn)輸。這種包裝方式可能會導(dǎo)致杯子之間壓得太緊或放置不平整，從而對分杯效果和穩(wěn)定性造成一定影響。因此，在設(shè)計前需要充分考慮各種不利因素，以便設(shè)計出更適應(yīng)各種情景的機(jī)構(gòu)。分杯器的設(shè)計要求和總體目標(biāo)是：兼容更多規(guī)格的杯子，易于裝配；寬度尺寸小，分杯動作平穩(wěn)，不能有震動，分出的杯子不能傾斜，以免掉落偏移；動作可靠性高，每次只能分一個杯，壽命可靠，不易受到外部干擾；填杯方便，容杯數(shù)量合理，不易受到外部污染；能智能判斷分杯狀況，記錄已分出杯子的數(shù)量，檢測杯子剩余狀態(tài)，具有超強(qiáng)的糾錯能力，在分杯出錯時能自動探測并修正。分杯器的運(yùn)動原理設(shè)計巧妙地運(yùn)用了帶螺旋面的分杯輪，通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動分杯。整列杯子被壓在輪子上，當(dāng)分杯輪旋轉(zhuǎn)時，最下面一個杯子的杯沿會被帶入螺紋面內(nèi)。當(dāng)分杯輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，杯子被帶到螺旋面下方，處于懸空狀態(tài)。杯子將在重力和螺旋面壓力作用下順暢下落，準(zhǔn)確掉入下方取杯器中，從而達(dá)到設(shè)計意圖?？刂圃碓O(shè)計采用傳感器控制分杯輪的初始角度、運(yùn)動方向和運(yùn)動角度，探測分杯是否成功，以及杯筒內(nèi)的杯子是否用完。最后，詳細(xì)設(shè)計中需要考慮齒輪參數(shù)，以確保分杯器的動作平穩(wěn)、可靠、精準(zhǔn)。分杯器2由分杯齒環(huán)、分杯輪和驅(qū)動齒輪組成。分杯齒環(huán)的模數(shù)為1mm，齒數(shù)為90，內(nèi)孔直徑為83mm；分杯輪的模數(shù)為1mm，齒數(shù)為12；驅(qū)動齒輪的模數(shù)為1mm，齒數(shù)為24。當(dāng)驅(qū)動齒輪運(yùn)動半圈時，分杯輪就會運(yùn)動一整圈，完成一次分杯運(yùn)動。分杯器2的外殼采用巧妙的設(shè)計，上下殼為同一個零件，可通過周邊直口及內(nèi)部孔軸定位，周邊均勻分布的四個卡鉤可將其穩(wěn)定地扣在一起，形成分杯器外殼。裝配時，先將分杯齒環(huán)裝入外殼內(nèi)，再將六個分杯輪的缺口在夾具的定位下裝入外殼，最后將驅(qū)動齒輪裝入帶定位的卡鉤內(nèi)，注意其裝配方向。傳感器放置在另一個外殼內(nèi)，其中一個為hall傳感器，作用為定位驅(qū)動齒輪的初始及停止角度，另一個為光電傳感器，作用為利用紅外線，探測杯子的剩余狀態(tài)。兩個分別裝有元件的外殼互配成為一個分杯器。整列杯子放置在分杯器中，處于復(fù)位狀態(tài)。六個分杯輪經(jīng)過分杯齒環(huán)傳動同時做逆時針旋轉(zhuǎn)，運(yùn)動到一個位置，此時最下面一個杯子被帶到螺紋面下方，而上方杯子仍擱在分杯輪上，這樣就將一個杯子從整列杯中分離開來。分杯輪繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)，被分離杯子被帶到螺旋面下方，處于懸空狀態(tài)，同時其杯沿上表面在分杯輪下方螺紋面的壓力作用下，加大與上方杯子距離，并順利下落。驅(qū)動齒輪驅(qū)動分杯輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過一整圈運(yùn)動后，在傳感器定位下，再次停在復(fù)位位置，這樣，一次分杯動作完成。為了適應(yīng)不同大小的杯子，分杯器采用更換分杯輪的方式。各尺寸的分杯輪保持與分齒環(huán)配合的齒輪不變，只改變上部螺紋面的直徑。如此設(shè)計，配合其余零件便可做出一個系列的分杯器。此例設(shè)計的分杯器可適應(yīng)的杯子尺寸直徑范圍是63mm～80mm。分杯器的外殼設(shè)計方面考慮節(jié)省模具成本，優(yōu)化物料管理及裝配便利，上下殼設(shè)計為一個零件，裝配時通過調(diào)整方向，自身互配，組合成一個外殼。材料及成型考慮，由于各件需要在此件上運(yùn)動，選用用耐磨工程塑料，同時加工與成型尺寸精密、穩(wěn)定。綜合各方面要求，此件選用POM＋TF。分杯器是一種常見的自動分杯設(shè)備，具有分杯快、準(zhǔn)、穩(wěn)的特點(diǎn)。在設(shè)計分杯器時，需要考慮以下三個方面。首先是互換性。為了適應(yīng)不同規(guī)格的杯子，我們設(shè)計了不同規(guī)格的分杯輪，并通過更換分杯輪來組合不同規(guī)格的分杯器。這種設(shè)計不僅裝配簡單，而且運(yùn)動穩(wěn)定。其次是分杯平穩(wěn)性。在一套分杯器中，分杯輪放置的個數(shù)直接影響到分杯的平穩(wěn)性。行業(yè)內(nèi)一般設(shè)計為4～8個。我們在設(shè)計中也遵循了這個原則。最后是材料選用。我們選擇了食品級的POM作為材料，并重點(diǎn)控制了分杯輪內(nèi)孔尺寸，以確保材料的安全性和分杯的準(zhǔn)確性。除了分杯輪，分杯齒環(huán)也是分杯器中的重要部件。在設(shè)計分杯齒環(huán)時，需要考慮杯子尺寸及各分杯輪裝配時的定位方向