1、 13 届毕业设计食堂餐具自动回收车的设计学生姓名 学 号 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 13-2 指导教师 日 期 2013.05 塔里木大学机械电气化工程学院制前 言 据相关部门统计，2006 年全国餐饮企业数量已达 500 万家，学校、企业的内部食堂餐具分类及剩饭菜分离主要依靠人工进行，劳动强度大，效率低，特别是就餐高峰时期，需回收的餐具量大，往往难以及时将餐具分类处理，导致餐具大量堆积，剩饭菜无法及时清理，影响了环境卫生。目前，市场缺少餐具自动分类回收设备，国外的餐具自动回收清洗机较为先进，自动化标准化水平较高，很值得我们借鉴，但是成本较高。我国城
2、镇大小餐厅己达到 1.6 亿户，即使每年只有 1%的用户购买餐具回收车，其年市场需求也在百万台以上，可见小型化餐具回收车在我国具有巨大的市场潜力。制约餐具回收车在我国市场上发展的主要瓶颈还是其性能，过去几年的市场调研数据显示，用户比较顾虑餐具回收车的回收能力、分类效果、耗电量及操作是否方便等。因此，开发出具有高效率、节电、操作方便和人机界面友好的自动餐具回收机是有巨大市场的。本设计基于筷、勺、碗、碟及剩饭菜之间几何特征、形状特征、物料特性的差异，通过结构创新性设计及工作参数优化，实现碗、碟、筷的自动、快速分类及剩饭菜的分离。本设计是针对我校食堂的常见餐具，不使用机电自动控制及编程技术，是纯机械
3、式机器，采用纯机械设计，是为了降低成本，使用方便，维修简便，本设计原理可靠，结构简单，减低人工劳动强度，提高工作效率，并且保证不损伤餐具。此设计减轻了人力劳动，分离分类准确可靠，适用于高校企业等饮食场所对碗、盘 筷的分离分类。关键词：餐具；自动回收；几何特征全套图纸，加 153893706目 录1 绪论 11.1 课题来源及研究的目的和意义 11.2 本课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析 11.3 对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析 11.4 本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 12 设计内容 22.1 工作原理 22.2 设计的内容 32.3 设计的要求 32
4、.4 设计任务 33 动力及传动部分的设计 33.1 电动机类型和结构的选择 33.2 传动比计算 43.3 轴及轴上零件的设计 53.4 链轮的设计计算 .103.5 链传动方案的确定 .11总 结 12致 谢 13参考文献 .14塔里木大学毕业设计11 绪论1.1 课题来源及研究的目的和意义据相关部门统计，2006 年全国餐饮企业数量已达 500 万，家学校、企业的内部食堂餐具分类及剩饭菜分离主要依靠人工进行，劳动强度大，效率低，特别是就餐高峰时期，需回收的餐具量大，往往难以及时将餐具分类处理，导致餐具大量堆积，剩饭菜无法及时清理，影响了环境卫生。目前，市场缺少餐具自动分类回收设备，国内高
5、校(3000 所左右)、企业等的大型食堂需要投入大量的人力进行餐具分类回收及剩饭菜分离。本设计有利于降低劳动强度，提高回收效率，保证环境卫生，市场应用前景十分广阔。本产品基于筷、勺、碗、碟及剩饭菜之间几何特征、形状特征、物料特性的差异，通过结构创新性设计及工作参数优化，实现了碗、碟、筷的自动、快速分类及剩饭菜的分离。据资料统计，我国城镇大小餐厅己达到 1.6 亿户，即使每年只有 1%的用户购买餐具回收车，其年市场需求也在百万台以上，可见小型化餐具回收车在我国具有巨大的市场潜力。制约餐具回收车在我国市场上发展的主要瓶颈还是其性能，过去几年的市场调研数据显示，用户比较顾虑餐具回收车的回收能力、分类
6、效果、耗电量及操作是否方便等。因此，开发出具有高效率、节电、操作方便和人机界面友好的自动洗碗机是有巨大市场的。根据相关预测，随着餐具回收车性能不断改善和消费者认识不断提高，小型餐具回收车将成为我国“21 世纪厨房新亮点。为满足当前市场需要，本着“高效、节能、友好、安全、低成本”相统一的原则，设计出餐具回收车。1.2 本课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析虽然国外有很多自动餐厅，而且自动回收餐具的机械比较多，但是成本较高。并且大多数产品功能单一，人性化不足，很难适应当前市场需求。我国是人口大国，我国餐具回收车的开发和生产起步较晚，直至 90 年代初才逐渐发展起来，目前共有 20 余家厂家生
7、产此类产品。但国内的普及率尚不高，尚属超前消费产品。餐厅自动回收车在我国也有着飞速的发展。在我国各个城市都陆续出现了有自动回收车的自动餐厅。当服务人员将餐桌上的各种餐具、酒具一一装筐，并把筐子装在小推车上，缓步推向餐具、酒具清洗消毒工作间，到这个工作间后，自动餐具回收清洗机将整筐的餐具、酒具送入清洗消毒机内。该机器的工作程序是 ：分类-清洗-消毒-烘干，之后，包装机器人将烘干后的餐、酒具分别用塑料薄膜封好，并送餐、酒具库内，以备顾客到时拿出使用。通过查阅资料和社会调查，我发现国内有自动回收清洗的自动餐厅也有着各种不足，没有充分的全自动化，而全自动的餐具回收餐厅的发展在国内还有着很大的空间。餐厅
8、自动回收车在我国也有着飞速的发展。在我国各个城市都陆续出现了有自动回收车的自动餐厅。1.3 对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析通过查阅资料和社会调查，我们发现国内有自动回收清洗的自动餐厅也有着各种不足，没有充分的全自动化。因此，设计出基于筷、勺、碗、碟及剩饭菜之间几何特征、形状特征、物料特性的差异，实现碗、碟、筷的自动、快速分类及剩饭菜的分离的餐具自动回收车在国内还有着很大的发展空间。1.4 本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路成功设计出餐具自动回收车应有以下几个任务要求：（1）高效。（2）节能。（3）安全。当餐具回收车在回收过程中出现了异常情况，洗碗机应停止工作，且报警
9、提示。（5）低成本。系统设计中，在达到控制要求的基础上，尽可能地考虑其经济性。塔里木大学毕业设计22 设计内容2.1 工作原理1、机架 2、进料滑板 3、传送链 4、前后挡板5、传动皮带轮 6、翻转分离弯槽 7、毛刷辊 8、传动链条 9、减速机图 2-1 整机结构图当筷、碗、盘放在进料滑板上，较小的筷子勺子从开有纵横槽的缝隙中落下，由收集箱集中。较大的碗和盘落到传送链上继续运动，首先被前挡板的斜面集中到传送链的左侧继续运动，到达后挡板时，高度低的餐盘从留有的间隙中通过，高度高的瓷碗和铁碗被后挡板分离到右侧继续运动。到达传送链的末端，进入到有开槽的半圆形翻转槽，此时餐具将随着弯槽翻转，倒掉餐具内
10、的残余，同时在翻转弯槽的后侧有带毛刷的滚动辊将餐具内的残余继续清洁。清洁后的餐具在重力作用下由落料滑板继续向下运动，低的餐盘和高的碗在不同的滑道内。在瓷碗和鉄碗滑道内开有圆形空，由于瓷碗和铁碗的半径不一样，所以可以将其分开。此设计减轻了人力劳动，分离分类准确可靠，适用于高校企业等饮食场所对碗、盘 筷的分离分类。原始数据如下表： 表 2-1 食堂常用餐具尺寸 项目 直径 （mm ） 高度（mm）铁碗 180 45瓷碗 170 45餐盘 250 20基本设计要求：（1）要求毛刷筒的转速为 100r/min,要求保证转速尽可能均匀；（2）餐具在链条上传动速度为 0.3m/s 左右可保证效率；（3）电
11、动机规格自选。塔里木大学毕业设计32.2 设计的内容本设计是针对我校食堂的常见餐具，不使用机电自动控制及编程技术，是纯机械式机器，采用纯机械设计，是为了降低成本，使用方便，维修简便，本设计原理可靠，结构简单，减低人工劳动强度，提高工作效率，并且保证不损伤餐具。（1）总体设计：使用电动机，减速器，轴，链轮，链条，皮带传动等简单机械的组合。(绘制总装图、绘制 soildworks 装配图呈现整机结构)（2）零部件设计：餐具自动回收车机架 传动轴 链轮 传动轴的设计和校核。2.3 设计的要求（1）对象为人流量大的食堂，因此需要产品体积小，体积小，移动方便，操作简单，成本低。（2）部件设计时应尽量避免
12、焊接及刚性固定，应多采用灵活的螺栓等方式固定，以方便安装和拆卸，并有利于维修。（3）设计时考虑加工工艺性和装配工艺性，尽量使用标准件，通用件，降低制造成本。（4）采用较为人性化的设计理念，方便劳动者的操作和使用，减少劳动者的体力消耗。2.4 设计任务（1）根据工艺动作要求拟定运动循环图；（2）根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在报告上画 出传动方案图；（3）进行轴的设计及校核；（4）进行齿轮的设计及校核；（5）餐具倾倒、分离机构设计；（6）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算； （7）编写设计计算说明书。3 动力及传动部分的设计3.1 电动机类型和结构的选
13、择因为本传动的工作状况是：工作机空载启动，有轻微振动，经常满载，单向运转,单班制工作，使用期限 15，每年工作 300 天,运输机允许速度误差 5%。按工作要求和条件，选用三相笼形异步电动机，封闭式结构，电压 380V，Y 型。选择电动机容量为保证工作效率传送链工作速度选取 3m/s 左右。电动机所需工作功率按式：P = （3-1)dwpP = kW (3-2)10FV=2.4 120=86.4NnMg因此： P = kW (3-3)d10由电动机至运输带的传动总效率为： 。4231a式中： ， ， ， ，分别为联轴器、轴承、齿轮传动和链传动的传动效率。取1234=0.99（联轴器） ， =0
14、.98（承轴） ， =0.97（齿轮传动） ， =0.96（链条） 。23则 242(0.9)(.8)(0.97).60.8a所以 P = =0.03kWd1FV塔里木大学毕业设计4确定链轮轴工作转速：(3-4) min/r2.568.014.32rnV按机械设计课程设计设计指导书 ，二级圆柱齿轮减速器的传动比 =8-40，a故电动机的转速的可选范围为： i/in/r96mi/r1408rnid 符合这一范围的同步转速为查机械设计课程设计手册可知根据容量和转速，由机械设计课程设计手册m/r10n35查出的电动机型号根据需要选择 YEJ100L2-4。表 3-1 电动机主要参数表 3-2 电动机
15、主要外形尺寸 mm其主要外形安装尺寸如图 3-1图 3-1 电动机主要外形安装尺寸3.2 传动比计算此处已删除额定功率/kW转速r/min电流A效率%最大转矩mN重量kg2.5 1430 6.8 82.5 2.3 44中心高 外形尺寸 地脚安装尺寸 地脚螺栓孔直径 轴伸尺寸 装键部位尺寸110 40275180 180130 10 2450 6塔里木大学毕业设计5， 。MPa3861Pa2601综合系数的计算：由 ， 知道因轴肩而形成的理论应力集中为 ，45.dr.dD23.。.轴的材料敏感系数为 ， ，8.0q7.故有效应力集中系数为：(3-33)052)1(k(3-34).查得尺寸系数为
16、，扭转尺寸系数为 ，72.076.轴采用磨削加工，表面质量系数为 ，9轴表面未经强化处理，即 ，则综合系数值为：1q（3-3.2kK35）（3-1.36）碳钢系数的确定：碳钢的特性系数取为 ， 。.05.安全系数的计算轴的疲劳安全系数为：(3-37)92.61maKS(3-38).4(3-39) SSca5.16.2轴向定位：为了防止轴上零件发生沿轴向的移动，必须对其进行定位，来保证齿轮的正确啮合，根据轴上零件的的安装要求和对轴的结要求，要选择不同的定位方式，常用的定位方式主要有轴肩定位、塔里木大学毕业设计6套筒定位、轴端挡圈和弹性挡圈，轴间定位方式在本设计中有用到,具体的结构和参数见零件图和
17、明细表。径向定位：键主要是为了实现轴上零件的周向定位来传递转距，键的形式用多种，因此要根据不同的要求来选择不同型号的键，根据传动的要求，本设计全部采用圆头普通平键（A 型），它的两个侧面是工作面，上表面与轮毂槽底之间留有间隙，其主要特点是定心性好、拆装方便。轴承的选择：轴两端由轴承固定在机架上。根据轴受力和轴径的不同，本设计选用的轴承是：深沟球轴承。已知此处轴径 d=45mm，所以选内径为 45mm 的轴承，在机械设计手册中选择深沟球轴承；查表 6-1，选择型号为 6008 GB/T2761994 的轴承。另一处已知轴径为 d=45mm，所以选内径也为45mm 的轴承，选择型号也为 6008
18、GB/T2761994 的轴承。所选的轴承基本参数如下：轴承外径：B =16mm，D=75mm。键的选择：根据轴的直径的不同，应该优先选用第一系列，在以上的说明书中知道安装键的轴有四处，分别是第一段，第四段和第六段，第九段。第三段的直径为 60mm，第五段的直径为 60mm，根据以上的数据选择两个相同的键：GB/T1096。从机械设计手册中查得键的截面尺寸为：宽度 ，高度 。由联轴器的标准mb18h1并参考键的长度系列，可以确定取此键的长度 （比伸入到联轴器的深度短一些），轴l0上的深度 轮毂的深度 。0.7t 4.1t校核键联接的强度轴和联轴器的材料是钢和铸铁，且属于静联接由文献 12 的表
19、 6-2 查得许用挤压应力为p=120-150MPa,取其平均值，p=135MPa。键的工作长度为 ，mbLl 321032键与轮毂的键槽的接触高度为 。可得:hk485.0.(3-40) cpcldT3102 MPa5.2312M传递的转矩（ ）mNd轴的直径（mm）键的工作长度（ mm）;A 型， =Lbl lk键与轮毂的接触高度（mm）;k=ht,h 为键的高度b键的宽度（mm）t切向键工作面宽度（mm）键的许用切应力（MPa）c键连接的许用挤压应力（MPa）p可见联接的挤压强度满足，即该键可以正常工作。3.4 链轮的设计计算图 3-4 链轮因为 =1：1 所以大链轮齿数为 21 齿。2
20、:i塔里木大学毕业设计7选用 ISO606-82 链号 16A 节距 P=25.40mm 滚子直径 mm8.16d分度圆直径 = =101.6mm (3-41)180(sinzpd)2/0sin(/5.63齿顶圆直径 =109.53mm (3-42)1max2.齿根圆直径 =101.6-16.88=84.72mm (3-43)1f齿高 (3-44)8.6pz065.hain）（侧齿凸缘直径：(3-45)mzpdg 79.356.04.120cot.37.4.180cot2 齿槽形状最大齿槽形状 =83.86mm (3-46)8(0.21minzdre齿沟圆弧半径 =0.5824 (3-47)r
21、R5ax出沟角 = (3-48)a094z074.3滚子链链轮轴向齿轮尺寸 单排齿宽 (3-49)mbf 511链轮材料和工艺由表 13-8 可查得：材料用 45 钢，硬度为 4050HBS。工艺为：（1）锻：按照锻件毛坯图锻制成品；（2）热处理：正火；（3）粗车：钻内孔，外廓及内孔按各部留量 车轮廓；23（4）调质：达到图纸硬度要求；（5）精车：各部车成品；（6）滚：滚齿按图成品；（7）倒角；（8）拉：内键成品；（9）电镀：按要求镀锌，72 小时盐浴实验。3.5 链传动方案的确定 主 动 轮 从 动 轮图 3-5 链传动布置图选择链轮齿数:取传动比为 i=1,参照链速和传动比取 Z1=21。
22、选择大链轮齿数。塔里木大学毕业设计8=iz1=121=21120 故合理。2确定计算功率:已知链传动工作平稳，设计功率为：(3-50) 41.301.8zMAkpd式中：P传递功率 kW；工况系数，查文献11表 11-3，取 =1.0；Ak A链轮齿数系数，查文献12表 13-13，取 =1.114；z z单排链系数，查文献12表 13-14，取 。m 0.1Mk根据设计功率 （取 = ）和小链轮转速 ，选用 16A 号链条，节距 P=25.4。宜用pdpn油刷或油壶人工定期润滑。总 结毕业设计的二十四周时间里，我学习到了很多书本外的知识，深刻的理解了实践和理论的区别。本设计主要根据现有的知识
23、理论设计试探餐具自动回收车，能初步实现碗、碟、筷的自动、快速分类及剩饭菜的分离并进行轴，齿轮等的计算和校核。通过毕业设计，我学到了以下几点:1、综合运用机械设计及其他先修课的知识，进行机械设计训练，使已学知识得以巩固、加深和扩展；2、学习和掌握通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤，培养学生工程设计能力和分析问题，解决问题的能力；3、提高在计算、制图、运用设计资料（手册、 图册）进行经验估算及考虑技术决策等机械设计方面的基本技能和机械 CAD 技术以及 solidworks 技术。在设计中也出现了很多问题，但学习就是一个不断发现问题和不断解决问题的过程，出现问题然后寻找原因
24、，再想办法解决，最终提升自己。各种各样的机械设备一般都要实现生产工艺过程和操作过程的自动化，这就要求进行各种机构的创新设计和常见机构的组合应用。因此，毕业设计对于培养学生对机械运动机构的构思和设计能力起到至关重要的作用。通过此次毕业设计，我在学到新知识的同时，还深刻感受到自己知识储备的不足，在今后的工作和学习中我会继续努力，不断提升自己，力争自己运用机械知识有所作为。塔里木大学毕业设计9致 谢经过近六个个月的努力，毕业设计终于可以截稿了，食堂餐具回收车的三维图，二维图，以及设计说明明书都完成了，在此期间，我查阅了大量的相关资料，不断进行实践尝试和理论计算，在进行设计，画图及说明书的写作过程中遇
25、到了很多的困难和障碍，但在自己不懈的努力和老师、同学的帮助下顺利解决了。尤其要感谢我的设计指导老师李传峰老师，他在我的设计过程中给予我耐心的指导和深刻的教诲，因此我在设计中始终能保持正确的方向，并最终顺利完成，在此，对于不厌其烦帮助我修改和改进的老师和同学再次表示诚挚的感谢！本设计从选题、方案论证到课题的研究都是在指导老师李传峰老师的全面、悉心指导下完成的。在设计期间，导师在论文研究方面和设计过程中给予认真指导，大力支持和帮助。尤其是导师严谨的科学研究精神，认真负责工作态度深深地影响了我，使我受益匪浅。在此表示衷心感谢，并致以崇高的敬意。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，
26、并在说明书的撰写和排版过程中提供热情的帮助。本次毕业设计的顺利完成离不开老师和同学的协助指导,借此只言片语,对他们热心而无私的帮助表示衷心的感谢。由于我的学术水平有限,所写设计与说明书难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！塔里木大学毕业设计10参考文献1 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.第3版.北京:高等教育出版社,2006.2 纪名刚,濮良贵.机械设计M.第八版.北京:高等教育出版社,2006.3 王运炎,朱莉.机械工程材料M.第3版.北京；机械工业出版社,2008.4 刘朝儒,彭福荫.高政一机械制图M.第四版.北京:高等教育出版社,2000.5 孙桓.机械原理M.第七版.北
27、京:高等教育出版社,2000.6 刘鸿文.材料力学M.第4版.北京：北京教育出版社.7 机械工程手册编委会编.机械工程手册M.第2版.北京:工业出版社,1997.9 王太辰.中国机械设计大典M.江西:江西科学技术出版社,2002. 10 牛鸣岐,王保民,王振甫.机械原理课程设计手册M.重庆.重庆大学出版社.11 裘建新.机械原理课程设计指导书M.第5版.北京:高等教育出版社，2008. 12 陆凤仪.机械原理课程设计M.北京:机械工业出版社,2002. 13 杨可祯,李仲生.机械设计基础M第5版.北京:高等教育出版社,2006.14 哈尔滨工业大学理论力学教研室主编.理论力学M.第七版.北京:高等教育出版社.15 哈尔滨工业大学理论力学教研室主编.理论力学M.第七版.北京:高等教育出版社.16 王中杰,柴天佑.智能控制综述J.基础自动化,哈尔滨工程大学出版社,2006(6).3-5.17 章浩,张西良,周士冲.机电一体化技术的发展与应用J.农机化研究,2006(7).4-12.28 梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的发展及应用J.科技资讯,2007(9).101-12.塔里木大学毕业设计11
