□ 李 勇 法雷奥发动机冷却（佛山）有限公司



咖啡机送杯器机构介绍

□ 李 勇 法雷奥发动机冷却（佛山）有限公司

随着咖啡市场扩大，近年我国咖啡机行业也迅速发展，市场上咖啡机种类也不断由低端的半自动机向全自动机，由单功能向多功能发展，咖啡机的设计、生产技术不断得到提高。一台全自动、多功能的咖啡机，拥有一套由各个独立功能的核心系统组成的自动控制系统。笔者展示的送杯器是核心部件之一供杯系统中的主要组件，其运行效果好坏直接影响到整台咖啡机的性能与质量。本文详细介绍了送杯器组件的原理设计、机构设计等，以期为相关研究者提供借鉴。

杯子结构及市场需求分析

在设计前需要调查了解实际状况和各种不同需求，这样做出的送杯器结构与控制方式才能符合市场需求。自动售卖咖啡机使用的杯子是有一定规律的，经不完全统计，如图1所示。因此，机构设计的重点是兼容性与灵活性。

原理设计

设计要求及总体目标

功能性：接杯时不出现歪斜现象，送杯时动作平稳，接满饮料后仍然能抓牢杯子，用户取饮料方便；可靠性：尺寸小巧，结构牢固，动作可靠，易于维护，不易受到外部污染，经济可靠；智能性：能智能判断接杯、送杯状况，能检测饮品取走状态，能识别是否有用户自带杯子，具有超强的纠错能力。

运动原理设计

此组件配置了两种送杯组件，待命位置设计在接杯处（左右位置），当接住杯后自动旋转到接饮品位置（中部），当用户取走饮品后自动复位。本例巧妙运用凸轮摆杆机构，设计了上下两极，通过马达正反转，驱动相应的送杯手臂旋转到预定位置。复位时，靠弹簧力驱动，保证其回位。

控制原理设计

机构内设计了两个光电传感器，其一用来控制马达的初始角度、运动方向及运动角度；其二用来控制送杯手臂的接饮品位置。通过两个传感器，分别控制机构内的原动件与受动件，可以更加准确、可靠地控制位置及动作。

详细设计及动作讲解

部件组成及装配方式

部件组成及装配方式，如图2所示：

如图2所示，此组件包含左右两个可旋转的送杯手柄。装配顺序为：①将托杯支架装入下壳下方；②内部支架组装：左右送杯手柄与弹簧组装成送杯组件，从上向下装入送杯支架，旋转驱动杆从上向下装入支架中，旋转驱动杆下方卡上旋转圆盘及马达，最后装入两个定位传感器，形成一个组件，装入下壳内；③装配上盖，锁紧螺钉，装配完成。

具体运动动作

图1 欧洲市场上使用的部分杯子尺寸

图2 送杯器装配图

图3 运动过程

此部件设计的用途是能准确接住杯子，然后自动送到预定位置接饮品。如图3所示，系统停在左右复位位置（如图3（a）所示），左右送杯支架可以准确接住从上方掉下的杯子。中部托杯支架为自带杯子的用户设计的，可手动左右旋转。主要动作过程是，当其中一个送杯支架接到杯子后，设计在外框上的传感器会探知到，并给马达下达旋转指令。当马达按预定方向旋转，带动旋转驱动杆同步转动，同时驱动相应的送杯支架旋转到图3（b）或（c）位置，等待接饮品（旋转驱动杆顺时针旋转驱动左边送杯支架，逆时针旋转驱动右边送杯支架）。为保证送杯支架能准确到达中间位置，本组件设计的定位方式为：在旋转驱动杆上设计了一个同步旋转圆盘，根据图2所示的旋转驱动杆定位传感器（右）的信号准确定位预定位置，送杯支架下方设计了结构，可通过送杯柄定位传感器（左）的信号准确定位在预定位置接饮品。当装满饮品的杯子被用户取走后，旋转驱动杆在马达力作用下复位，而送杯支架在弹簧力作用下复位。

接饮品位置的设计需要注意以下几点。①防止送杯支架在弹簧作用力下推动旋转驱动杆反转，从而使杯子不能准确停在接饮品位置。解决方法是：送杯支架对旋转驱动杆的反作用力方向设计在指向圆心方向，此为死点位置，这样就不会有扭矩，送杯支架就不会在弹簧力作用下反转。②由于控制不准确，旋转驱动杆旋转过多，造成杯子不能送到或送过预定位置。解决方法是：送杯支架的被驱动臂的弧线在此处设计到最高点，这样就不会因为旋转驱动杆转角偏差而造成送杯位置不准。③运动磨损造成运动不平稳与强度下将。解决方法是：运动摩擦部件需使用耐磨POM，手柄选用PC，壳体部分选用ABS材料。

总结

此设计运用凸轮传动原理，结构巧妙，考虑全面。外形尺寸小，装配灵活，更换方便。在设计上充分考虑各件共用，节省模具成本，方便管理，优化装配。产品结构设计简单，开模方便，制造与成型精度易保证。装配顺序合理、简单，易于保证装配精度，值得相关行业人员研究与借鉴。