新型三高度家用搅拌机的开发设计

赵林

摘 要：设计的新型家用搅拌机是通过将牛奶、冰块、水果等食材均匀搅拌，以达到变成果浆的制作目的。其具有多种方式输出，方便调节，三高度搅拌结构可以实现均匀搅拌，具备快速拆卸清洗的功能，产品更符合人机工程的要求。

关键词：家用搅拌机；三高度搅拌；快速拆卸

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：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

随着我国食品设备的飞速发展，在小型家电行业中，不但有价格定位的制约，并且对食品加工质量的要求也越来越高。传统的家用搅拌机，单靠搅拌杯底部的刀片高速旋转，在水流的作用下把食物反复打碎难以满足实际应用需要[1]，本设计为家用搅拌机的升级版，其动力传动系统具有强度高、运转平稳、坚固耐用、打浆均匀、便于拆卸清洗的特点，具有更加良好的搅拌混合效果。

1 工作原理

本设计的新型家用搅拌机使用AC7030交流电机为动力源，动力通过齿轮副以1：1传到自上而下旋进刀盘三把不同长度的搅拌刀，保证其搅拌效率。三把搅拌刀在刀盘上水平位置120度均匀分布。利用刀具的高速自转和刀盘的同步周转，以及三把搅拌刀的高度落差，对杯中的食物进行全方位无差别立体性的粉碎，并使杯中水果牛奶等固液两相全方位对流、扩散和交错剪切，以达到快速均匀搅拌食材的效果。

2 总体结构设计

如图1所示，所设计的家用搅拌机整体长263mm、宽176mm、高320mm，包括基座、支撑、搅拌杯、升降旋转结构、搅拌结构与齿轮传动机构，搅拌机外壳材料为ABS。机头部分设置在前上方，内安装有电机，电机往下通过电机罩连接着搅拌刀盘，三把不同长度的搅拌刀分别旋进刀盘的带套输出齿轮中，凌空挂在对中安装在基座上的搅拌杯内。后部为支撑机构，支撑上端装有氮气气泵，气泵顶端再通过销钉与包裹着电机的电机罩连接，形成整体的紧凑结构。支撑机构侧面装有调档旋钮，共有4档位，每档位45度均布，共180度。支撑后面带有折弯成形并包塑料的气泵控制杆，用于控制气泵的升降。

3 关键机构设计

3.1传动机构设计

如图2所示，电机通过联轴器与主输出轴把动力自上而下传动到底部齿轮，齿轮选用粉末冶金铁，齿数Z=17、模数m=1.25、压力角a=20，再通过三个齿数、模数、压力角一样的过渡齿轮把动力传动到外圈三个装配在刀盘上的带套输出齿轮，其参数与上述底部齿轮一致，然后三把不同长度的搅拌刀具分别旋进其对应带套输出齿轮的凹槽，两者过渡配合，以便后续拆卸清洗。通过上述一系列齿轮组的动力传递，以实现把电动机的转速1：1传动到搅拌刀的功能。

如图3、图4所示，电机主输出轴中间连接太阳轮，其材料同为粉末冶金铁，齿数Z1=14、模数m1=0.8、压力角a1=20，与三个水平方向120度均匀分布的行星齿轮啮合，三个行星齿轮齿数Z2=37、模数m2=0.8、压力角a2=20，再与之相啮合的恒固定内齿圈齿数Z3=88、模数m3=0.8、压力角a3=20，材料为PA66+30%GF。查相关机械设計书籍，得具有固定轮的行星轮系传动公式为

其中

由于齿轮1与内齿圈3的转向相反，得

故主轴电机转速以51：7传动到行星架H，即约以7.28倍减速。

行星架H与齿数Z4=14模数、m4=1、压力角a4=20的齿轮4连接，齿轮4与组合齿轮5外啮合。组合齿轮5参数为大端齿数Z51=33、模数m51=1、压力角a51=20，小端齿数Z52=14、模数m52=0.8、压力角a52=20，组合齿轮5大端与组合齿轮6小端外啮合，组合齿轮6参数为大端齿数Z61=45、模数m61=0.8、压力角a61=20，小端齿数Z62=14、模数m62=0.8、压力角a62=20。组合齿轮5余组合齿轮6材料同为粉末冶金铁。组合齿轮6小端与齿圈7内啮合，齿圈7参数为齿数Z7=112、模数m7=0.8、压力角a7=20，材料为PA66+30%GF。齿圈7下接刀盘，查相关机械设计书籍，得定轴轮系传动公式[2]

故齿轮4余齿圈7传动比计算为

综合以上计算结果，故电机主输出轴到刀盘传动比为

以实现把电机转速以441：1传动到刀盘的功能。

3.2搅拌刀具设计

如图5所示，三把搅拌刀材料均为SUS304，刀柱直径为6mm，在刀盘中水平方向120度均布，长度分别为95mm、125mm和155mm，每把刀相互垂直间距为30mm，使搅拌刀均匀垂挂于搅拌杯子下半部分[3]。如图5、6所示，每条刀柱底部均有四片刀刃，每片刀刃从头端到中段为水平方向，从中段到末端呈20度的斜度，刀刃后半段一对往上另一对往下呈十字形结构分布，刀刃末端到刀柱中轴线的旋转半径为18mm，使刀刃快速旋转运动时呈直径为36mm的切削立体圆形的切割区域。在电机快速运转时，搅拌杯子内部利用食物重力、离心力与三把搅拌刀具剪切力交互作用，使杯中食材快速均匀地粉碎[4]。

3.3搅拌杯具设计

如图7所示，搅拌杯子外观类似普通古典圆形带手柄杯具，材料为聚碳酸酯。杯子总体直径为154mm、高153.5mm。杯子只需对中安放在基座上的杯座中，不需要拧杯座，当搅拌刀具上升旋转离开时，杯子便可直接拆卸出来，便于机器使用前后清洗。在搅拌机闲置的时间内，搅拌杯子还可以直接当饮用杯使用。为了使用安全，搅拌杯顶部中间位置设有微型的安全凸位结构，在安装搅拌杯时，只有当杯顶安全凸位结构与机身电气连接拨动装置镶嵌到位才能连通搅拌机电路，启动电动机[5]。此装置用于防止杯子未安装到位的电机意外启动，以确保用户的使用安全。

3.4升降旋转机构设计

如图8所示，在后基座支撑的上半部分内嵌有氮气气泵，外径D为50mm、小径d为28mm，行程为0到110mm，实现电机头的升降与功能。气泵顶部的支撑盖与前端电机罩采用销钉连接，实现电机头的旋转功能，其旋转范围为0到90度。此功能旨在使电机、刀盘、刀具整体能从搅拌杯往上升，再从竖直方向往水平方向旋转出来，便于三把搅拌刀与搅拌杯的快速拆卸与清洗。

4 电气部分

本搅拌机选用家用搅拌机通用交流电机AC7030，最高转速为18700rpm，额定电压为220V、频率为50Hz、额定功率为500W[6]。根据测试，零负载时转速约为18717rpm，最高效率点负载217mN.m、转速为13281rpm、输出功率为310.7W，最大输出功率点为负载375 mN.m、转速为9322rpm、输出功率为366W，堵转点扭矩为747 mN.m。考虑到此家用搅拌机搅拌对象为普通冰块、牛奶与水果等食物混合物，均属于比较脆的物质，不需要太大扭矩，对搅拌机电机的输出功率要求不太高[7]。对此，AC7030电机完全适用本设计搅拌机。

搅拌机设有四个不同档位，分别为空档、点动档、低速档和高速档[8]。其中低速档采用二极管降压，其输出参数约为高速档参数的平方根。点動档、低速档和高速档等三个档位的运动能基本满足不同水果食物的搅拌加工，保证其果浆的质量。

5 结论

本设计的搅拌刀具空降搅拌杯的装配方式与传统搅拌刀装配杯底的方式相比，大大提高了搅拌效率。具有以下特点：（1）电机两种速度输出的方式，节约了整体设计的空间；（2）刀盘与三把搅拌刀同时旋转的设计，大大提高的食物的搅拌质量；（3）借助空降刀具的结构，使用户拆卸清洗时更加方便，并附有安全保护开关，使设计显得更加符合现代要求。且其机构设计巧妙，所用零件基本为标准件，价格便宜，互换性良好。其非标准件容易加工，材料通用，方便以后维修时更换配件。综上所述，本次设计的搅拌机结构新颖、合理，符合人机工程，促进效率的提高，顺应时代发展，是家用搅拌机行业的一个质的飞跃。

参考文献

[1]朱秀娟.多功能搅拌机传动装置的创新设计[J].制造业自动化，2010，07.

[2]杨可桢，程光蕴. 机械设计基础[M]. 5版. 北京：高等教育出版社，2006，07

[3]张红娟，蔡正伟. 全自动食品搅拌机的开发及研究[J] .食品研究与开发， 2017，01.

[4]张平亮. 新型食品搅拌机的原理、结构及其应用[J] . 食品工业，2013，10.

[5]张玲.全自动多功能食品搅拌机的设计[J]. 工业设计，2015，08.

[6]江庆.食品混和搅拌机变频调速的应用研究[J]. 包装与食品机械，2007，01.

[7]谭玉龙.全自动多功能食品搅拌机的研究与设计 [D]. 西华大学，2014.

[8]赵建刚.大功率变频高速搅拌机的研究 [J]. 中国地质大学学报（北京），2011，10.