自动炒菜机快换式搅拌锅盖设计+CAD图纸(3)
5电机的选择：
设计之初原本是考虑到用伺服电机的，伺服电机可使控制速度，位置精度相当的准确，可以将电压的信号转化为转矩和转速用来驱动控制对象。伺服电机的转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度相当的高、始动电压等特性，可以把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流伺服电机和交流伺服电动机两大类，伺服电机最主要的特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。可是设计必须在一定经济条件下，符合市场的需求，不然就会失去它的意义。所以用了廉价的步进电机。步进电机是一种开环传动的电机，精度虽然比不上伺服电机，但是比较便宜。步进电机可分为3大类。PM,VR,HB型。根据传统的经验得到的数据是：扭力在0.8N.M一下的选20，28,35,39,42（电机的机身直径过方度）的电机，扭力在1N.M左右的选47mm的电机比较合适，扭力在几个牛米或者更大的情况下要选86,110,130等规格或者是定制的步进电机。步进电机一般在工作中适合大范围的调速使用，其功率是可以变化的，因此选择步进电机的主要还是看扭力的大小。根据设计要求锅盖的直径是362mm，制作的菜有1.5公斤。不锈钢锅底的摩擦系数是0.15~0.3之间。那么在锅中快换轴上的扭力是1.6N.M。扭力经过一对啮合直齿轮传动，直齿轮的分度圆是2比1，因此传动小轴上的扭力是0.8N.M。再经过2对直锥齿轮的传递。由于分度圆半径比是1比1，最初的扭力达到0.8N.M即可满足机构的正常运转。初选的步进电机是57BYG350DL-0601型的，相数3，步距脚0.6/1.2，相电流6.0，保持转矩0.9，重量0.75KG，外形尺寸57*57*54的。一般二相电机的步距角为0.9度/1.8度，三相的约为0.75度/1.5度，五相的约为0.36度/0.72度，通常二相的会比较常用一点，总上所诉，选择两相的步进电机型号为56BYG250C-0241。不过由于在步进电机后加了行星轮减速器，降低了传动比会导致扭力的曾大，其扭力增大的值为行星轮减速器传动比的反比。由于型号为56BYG250C-0241的步进电机扭力输出为1.04N.M。则行星轮减速器传出的扭力为20N.M。远远高于正常运作的搅拌模块所需要的扭力，因此步进电机的选择型号还得缩小。最终经过核算选择步进电机型号为42BYG250A-0151，其相数为2相，步距角为0.9/1.8度，相电流1.5A，保持扭矩0.23N.M，重量0.21KG，外形尺寸42*42*34mm。
6传动的设计
要完成整个锅盖的设计，转动是必不可少的关键一步。首先是确定了转动的组成部分，主要是步进电机带动行星轮减速器然后转动到一对直锥齿轮，在由直锥齿轮通过主轴传动到转动小轴上，通过传动小轴上的一对直锥齿轮改变传动动力的方向，转动到一对直齿轮上面，最后由直齿轮传动到快换轴上面。整个传动的过程是简单容易实现的，只要设计好齿轮的模数压力角就可以是直齿轮完美的配合在一起。整个传动用到了2对直锥齿轮，1对直齿轮，1根特殊的快换轴，以及一些传动的轴与轴承。传动比的选择先是定义预估了个模块的最高转速，先定义在了30转每分钟，在一对直齿轮上传动比是2比1。其他的直锥齿轮由于模数一致，传动比都是1比1.步进电机转速1000rad/min。行星轮减速器的减速比分几大类：一级减速时减速比是1/6-1/87，二级减速时减速比是1/99-1/7569，三级减速时减速比是1/5841-1/658503。最终选择减速比为20的行星轮减速器，反推最终得到的速度为1000/20/2=25rad/min，与实际的行星轮减速器减速效果相符合。整个传动过程如下：在气缸进气的时候推动主空心轴向上运动，把锅盖抬起来，这时候主空心轴中的一端直锥齿轮脱离了机架中的转动啮合，锅盖内的搅拌装置没有能够运作起来，当气缸出气的时候，空心轴中的主转动轴一端与机架中的直锥齿轮啮合，动力就传递过来了。主传动轴的另一对的直锥齿轮的受力，这对直锥齿轮的作用是将传递过来的的力改变其方向，再传递到小传动轴上面，接着是一对模数为3的直齿轮传动力，设计时把这两对直齿轮的大小做成2比1的关系这样转动过来的速度减半。一是可以降低了速度，二是改变了扭力的大小，使其跟符合搅拌装置正常运作所需的扭力大小。三是其传动正好传动到了锅盖中心位置，使其能对称的传递扭力，不会发成动平衡问题。图2是该传动过程中的应力有限元图分析，图3是传动中的合位移有限元分析。