新型三高度家用攪拌機的開發設計

趙林

摘 要：設計的新型家用攪拌機是通過將牛奶、冰塊、水果等食材均勻攪拌，以達到變成果漿的制作目的。其具有多種方式輸出，方便調節，三高度攪拌結構可以實現均勻攪拌，具備快速拆卸清洗的功能，產品更符合人機工程的要求。

關鍵詞：家用攪拌機；三高度攪拌；快速拆卸

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：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

隨著我國食品設備的飛速發展，在小型家電行業中，不但有價格定位的制約，并且對食品加工質量的要求也越來越高。傳統的家用攪拌機，單靠攪拌杯底部的刀片高速旋轉，在水流的作用下把食物反復打碎難以滿足實際應用需要[1]，本設計為家用攪拌機的升級版，其動力傳動系統具有強度高、運轉平穩、堅固耐用、打漿均勻、便于拆卸清洗的特點，具有更加良好的攪拌混合效果。

1 工作原理

本設計的新型家用攪拌機使用AC7030交流電機為動力源，動力通過齒輪副以1：1傳到自上而下旋進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和刀盤的同步周轉，以及三把攪拌刀的高度落差，對杯中的食物進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、擴散和交錯剪切，以達到快速均勻攪拌食材的效果。

2 總體結構設計

如圖1所示，所設計的家用攪拌機整體長263mm、寬176mm、高320mm，包括基座、支撐、攪拌杯、升降旋轉結構、攪拌結構與齒輪傳動機構，攪拌機外殼材料為ABS。機頭部分設置在前上方，內安裝有電機，電機往下通過電機罩連接著攪拌刀盤，三把不同長度的攪拌刀分別旋進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。后部為支撐機構，支撐上端裝有氮氣氣泵，氣泵頂端再通過銷釘與包裹著電機的電機罩連接，形成整體的緊湊結構。支撐機構側面裝有調檔旋鈕，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 關鍵機構設計

3.1傳動機構設計

如圖2所示，電機通過聯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Z=17、模數m=1.25、壓力角a=20，再通過三個齒數、模數、壓力角一樣的過渡齒輪把動力傳動到外圈三個裝配在刀盤上的帶套輸出齒輪，其參數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其對應帶套輸出齒輪的凹槽，兩者過渡配合，以便后續拆卸清洗。通過上述一系列齒輪組的動力傳遞，以實現把電動機的轉速1：1傳動到攪拌刀的功能。

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

其中

由于齒輪1與內齒圈3的轉向相反，得

故主軸電機轉速以51：7傳動到行星架H，即約以7.28倍減速。

行星架H與齒數Z4=14模數、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5參數為大端齒數Z51=33、模數m51=1、壓力角a51=20，小端齒數Z52=14、模數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6參數為大端齒數Z61=45、模數m61=0.8、壓力角a61=20，小端齒數Z62=14、模數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內嚙合，齒圈7參數為齒數Z7=112、模數m7=0.8、壓力角a7=20，材料為PA66+30%GF。齒圈7下接刀盤，查相關機械設計書籍，得定軸輪系傳動公式[2]

故齒輪4余齒圈7傳動比計算為

綜合以上計算結果，故電機主輸出軸到刀盤傳動比為

以實現把電機轉速以441：1傳動到刀盤的功能。

3.2攪拌刀具設計

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構分布，刀刃末端到刀柱中軸線的旋轉半徑為18mm，使刀刃快速旋轉運動時呈直徑為36mm的切削立體圓形的切割區域。在電機快速運轉時，攪拌杯子內部利用食物重力、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攪拌杯具設計

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，當攪拌刀具上升旋轉離開時，杯子便可直接拆卸出來，便于機器使用前后清洗。在攪拌機閑置的時間內，攪拌杯子還可以直接當飲用杯使用。為了使用安全，攪拌杯頂部中間位置設有微型的安全凸位結構，在安裝攪拌杯時，只有當杯頂安全凸位結構與機身電氣連接撥動裝置鑲嵌到位才能連通攪拌機電路，啟動電動機[5]。此裝置用于防止杯子未安裝到位的電機意外啟動，以確保用戶的使用安全。

3.4升降旋轉機構設計

如圖8所示，在后基座支撐的上半部分內嵌有氮氣氣泵，外徑D為50mm、小徑d為28mm，行程為0到110mm，實現電機頭的升降與功能。氣泵頂部的支撐蓋與前端電機罩采用銷釘連接，實現電機頭的旋轉功能，其旋轉范圍為0到90度。此功能旨在使電機、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

本攪拌機選用家用攪拌機通用交流電機AC7030，最高轉速為18700rpm，額定電壓為220V、頻率為50Hz、額定功率為500W[6]。根據測試，零負載時轉速約為18717rpm，最高效率點負載217mN.m、轉速為13281rpm、輸出功率為310.7W，最大輸出功率點為負載375 mN.m、轉速為9322rpm、輸出功率為366W，堵轉點扭矩為747 mN.m。考慮到此家用攪拌機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，不需要太大扭矩，對攪拌機電機的輸出功率要求不太高[7]。對此，AC7030電機完全適用本設計攪拌機。

攪拌機設有四個不同檔位，分別為空檔、點動檔、低速檔和高速檔[8]。其中低速檔采用二極管降壓，其輸出參數約為高速檔參數的平方根。點動檔、低速檔和高速檔等三個檔位的運動能基本滿足不同水果食物的攪拌加工，保證其果漿的質量。

5 結論

本設計的攪拌刀具空降攪拌杯的裝配方式與傳統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：（1）電機兩種速度輸出的方式，節約了整體設計的空間；（2）刀盤與三把攪拌刀同時旋轉的設計，大大提高的食物的攪拌質量；（3）借助空降刀具的結構，使用戶拆卸清洗時更加方便，并附有安全保護開關，使設計顯得更加符合現代要求。且其機構設計巧妙，所用零件基本為標準件，價格便宜，互換性良好。其非標準件容易加工，材料通用，方便以后維修時更換配件。綜上所述，本次設計的攪拌機結構新穎、合理，符合人機工程，促進效率的提高，順應時代發展，是家用攪拌機行業的一個質的飛躍。

參考文獻

[1]朱秀娟.多功能攪拌機傳動裝置的創新設計[J].制造業自動化，2010，07.

[2]楊可楨，程光蘊. 機械設計基礎[M]. 5版. 北京：高等教育出版社，2006，07

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

[4]張平亮. 新型食品攪拌機的原理、結構及其應用[J] . 食品工業，2013，10.

[5]張玲.全自動多功能食品攪拌機的設計[J]. 工業設計，2015，08.

[6]江慶.食品混和攪拌機變頻調速的應用研究[J]. 包裝與食品機械，2007，01.

[7]譚玉龍.全自動多功能食品攪拌機的研究與設計 [D]. 西華大學，2014.

[8]趙建剛.大功率變頻高速攪拌機的研究 [J]. 中國地質大學學報（北京），2011，10.