摘要

为提升手摇咖啡磨豆机的研磨精度与操作稳定性，本文设计了一套以锥齿轮传动为核心的纯机械结构方案，完成了整机模块化设计、关键零部件参数计算与核心受力部件的有限元仿真分析。方案采用动力输入、传动转换、研磨执行、间隙调节四大模块，通过锥齿轮组实现水平手摇扭矩向垂直研磨扭矩的高效转换，依托螺纹调节机构实现磨盘间隙的精准控制，适配多场景咖啡冲泡需求。设计过程中结合人体工学确定基础参数，完成齿轮转轴、锥齿轮组、转动臂等核心部件的强度与刚度校核，选用食品级金属材料保障使用安全性与耐用性。
针对核心受力部件转动臂开展静力学有限元仿真，结果显示在 20 牛毫米手摇力矩载荷下，转动臂最大变形量为 0.070576 毫米，最大等效应力为 2.8478 兆帕，均远低于材料许用阈值，验证了结构的强度与刚度可靠性。仿真同时揭示了底部施力孔过渡区域的应力集中问题与臂身材料利用率不足的缺陷。研究表明，所设计的手摇咖啡磨豆机结构合理、性能稳定，可满足日常使用需求，为后续结构优化与样机研制提供了理论依据与技术支撑。

关键词：手摇咖啡机；结构设计；仿真分析

第1章绪论 1
1.1 咖啡的发展 1
1.1.1 无机器速溶咖啡时代 1
1.1.2 意式咖啡时代 1
1.2 课题研究背景和意义 2
1.3 咖啡豆研磨的作用 2
1.4 国内外研究现状 3
1.5 本文主要的研究任务 4
第2章总体方案设计 5
2.1 咖啡机的工作原理 5
2.2 手摇咖啡机的方案设计 5
2.3 手摇咖啡机的工作原理 6
第3章关键零部件设计 9
3.1 设计基础参数与计算前提 9
3.2 动力传动类零部件设计与计算 10
3.2.1 手摇把手与齿轮转轴设计计算 10
3.2.2 锥齿轮组设计与计算 11
3.3 研磨执行类零部件设计与计算 13
3.3.1 转动轴设计与计算 13
3.3.2 动磨盘与静默盘设计与计算 14
3.4 间隙调节与支撑类零部件设计与计算 16
3.4.1 旋紧机构与压紧架设计计算 16
3.4.2 咖啡豆仓设计与计算 17
第4章关键零部件有限元仿真 19
4.1 仿真软件介绍 19
4.2有限元模型简化 19
4.3 机架材料选择 20
4.4机架网格划分 21
4.5机架约束载荷施加 22
4.6 结果分析 23
结论 27
致谢 29