螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)設(shè)計(jì)
螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)設(shè)計(jì),螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)設(shè)計(jì),螺旋式,滾筒,硬幣,分離,計(jì)數(shù),裝機(jī),設(shè)計(jì)
摘 要
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，主要目的是完成螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，技術(shù)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化，目的是把不同面值的硬幣通過(guò)一系列機(jī)構(gòu)分離計(jì)數(shù)，最終進(jìn)入包裝機(jī)構(gòu)進(jìn)行包裝。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)地分析了整體方案及各結(jié)構(gòu)，在對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)和目的總體把握的情況下，進(jìn)行整機(jī)結(jié)構(gòu)、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、分離系統(tǒng)、計(jì)數(shù)裝置和包裝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。由于裝置分離的精確性和計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性是一個(gè)至關(guān)重要的性能要求，因此需要對(duì)滾筒轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)形式、收集形式進(jìn)行分析選取，分析工作的實(shí)際情況進(jìn)行編程，根據(jù)安裝條件選取合適的傳感器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出選擇，同時(shí)選取最佳的包裝方式，保證最終效果。還需要站在全局角度進(jìn)行裝置的可靠性，加工工藝性和經(jīng)濟(jì)性分析，使得裝置得到優(yōu)化。并且在實(shí)際工程模式下，充分考慮加工工藝性和經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系，制定合理的加工工藝，保證加工精度，同時(shí)運(yùn)用合理的工程管理方法指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。
關(guān)鍵詞：硬幣分離；計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)；包裝裝置
I
ABSTRACT
The main purpose of this graduation design is to complete the structural design of the spiral drum coin separation and counting packaging machine, technical design and optimization, separate the coins with different face values and count the final packaging. This design systematically analyzes the overall plan and the various structures. In the case of the overall grasp of the design task and purpose, the design of the whole machine structure, the original mechanism, the transmission mechanism, the separation system and the counting device are carried out. As the accuracy of the separation of the device and the accuracy of the count is a critical performance requirement, it is necessary to select the rotating speed of the cylinder, choose the experimental results and select the best way of packing. From the global perspective, the reliability, manufacturability and economy of the device are analyzed, and the device is optimized. In the actual project model, the relationship between processing technology and economy is fully considered, the reasonable processing technology is formulated, and the production practice is guided by reasonable engineering management methods.
Key Words:Coin separation;Counting mechanism;Packing device
II
目 錄
摘 要 I
1．緒論 1
1.1螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)的目的和意義 1
1.2本課題應(yīng)解決的主要問(wèn)題及技術(shù)要求 1
1.3國(guó)內(nèi)外硬幣分離機(jī)的發(fā)展概況 2
2．總體方案設(shè)計(jì) 4
2.1螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)總設(shè)計(jì)要求 4
2.2螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)方法及方案選擇 5
3．螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
3.1整機(jī)機(jī)座的設(shè)計(jì) 6
3.2電動(dòng)機(jī)的選擇 6
3.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6
3.4分離機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8
3.5計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 10
3.6包裝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 11
4．零部件設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 12
4.1程序檢驗(yàn) 12
4.2零件設(shè)計(jì) 17
4.3強(qiáng)度校核 18
5.結(jié)論 20
致 謝 22
附錄3：計(jì)數(shù)程序 39
螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)設(shè)計(jì)
1．緒論
1.1螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)的目的和意義
本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來(lái)源于遼寧省機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽，命題與高校工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容相銜接，體現(xiàn)綜合性工程能力。隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，硬幣流通量逐漸增大，各種面值的硬幣會(huì)出現(xiàn)混合的情況，而現(xiàn)階段硬幣的分類和清點(diǎn)還主要依靠人手工完成，耗費(fèi)大量人力，國(guó)內(nèi)外可以實(shí)現(xiàn)此功能的裝置又大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難于大批生產(chǎn)且尚未成熟。無(wú)人售票、自動(dòng)售貨機(jī)的推廣，硬幣流通量大大增加，特別是公交公司、金融機(jī)構(gòu)等每天要對(duì)大量硬幣進(jìn)行分類。命題內(nèi)容體現(xiàn)“創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、制造工藝能力、實(shí)際操作能力和工程管理能力”四個(gè)方面的要求?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展不僅要求產(chǎn)品高質(zhì)量、高性能，而且為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝必須高效率、低成本、節(jié)約能源。
所以，從現(xiàn)實(shí)以及長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，都有必要掌握硬幣識(shí)別的核心技術(shù)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，打破壟斷，提高在該領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力?，F(xiàn)有的硬幣分離機(jī)主要有篩動(dòng)式硬幣分類裝置:該硬幣分離裝置由動(dòng)力及傳動(dòng)裝置、分離裝置、收集裝置及計(jì)數(shù)裝置等部分組成；旋轉(zhuǎn)式硬幣分離機(jī)：旋轉(zhuǎn)分離裝置、分類收集裝置、送幣裝置和機(jī)座組成；根據(jù)直徑及厚度進(jìn)行分離的：因?yàn)椴煌嬷档挠矌藕穸群椭睆讲煌?，通過(guò)一些機(jī)械裝置進(jìn)行分離。
因此我設(shè)計(jì)制作螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)，希望可以找到新的方法來(lái)更好的解決這個(gè)問(wèn)題。
1.2本課題應(yīng)解決的主要問(wèn)題及技術(shù)要求
主要問(wèn)題：
（1）完成螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
（2）完成螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（3）繪制相關(guān)的CAD設(shè)計(jì)圖紙
技術(shù)要求：主體的分離裝置是一個(gè)具有兩種不同直徑的圓柱筒，圓柱筒由鋼軸和圓盤支架支撐，鋼軸通過(guò)軸承固定于分離機(jī)的機(jī)座上，在鋼軸靠近軸端位置安裝一個(gè)鏈輪，交流伺服電機(jī)末端安裝一個(gè)鏈輪，兩者通過(guò)鏈條連接傳動(dòng)。滾筒的下方通過(guò)兩塊擋板相隔，下面通過(guò)三個(gè)收集裝置將不同面值的硬幣收集起來(lái)。硬幣下落時(shí)先到達(dá)一塊斜置的擋板上，然后滑落到一個(gè)通道里，硬幣滾出通道的末端時(shí)，通過(guò)安裝好的計(jì)數(shù)裝置進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后通過(guò)包裝機(jī)構(gòu)對(duì)收集好的硬幣進(jìn)行包裝。
1.3國(guó)內(nèi)外硬幣分離機(jī)的發(fā)展概況
硬幣與國(guó)民生活形影不離，國(guó)內(nèi)外很早已開(kāi)始對(duì)硬幣的識(shí)別研究。在這個(gè)領(lǐng)域里,國(guó)外較早的開(kāi)展了研究，并且做了大量的工作。開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品大致也分為三個(gè)檔次，低檔、中檔和高檔。低檔清分速度在1000 枚/ min以下，中檔為1000～1500枚/ min左右，高檔則在 1500 枚/ min 以上。所使用的清分方法上主要有兩大類，一類是根據(jù)物理技術(shù)進(jìn)行清分，另一類是根據(jù)性能指標(biāo)進(jìn)行清分。高速清分基本上都是采用性能指標(biāo)來(lái)進(jìn)行清分。國(guó)際上很多銀行器具公司也做了大量工作，如瑞典Scan CoinAB 公司，它是一家專業(yè)生產(chǎn)各種銀行器具的公司，也是國(guó)際上公認(rèn)的銀行器具做的最好的公司，成系列地研制了針對(duì)不同貨幣體制下的清分系統(tǒng)。但是，中國(guó)的貨幣比較復(fù)雜，他們的系統(tǒng)應(yīng)用在中國(guó)尚有一系列問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)使用，誤判率≤0.5%，但該公司的產(chǎn)品價(jià)格昂貴，且存在技術(shù)壟斷，從發(fā)展趨勢(shì)上來(lái)講，一味依靠國(guó)外企業(yè)，不利于我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
所以，從現(xiàn)實(shí)以及長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，都有必要掌握硬幣識(shí)別的核心技術(shù)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，打破壟斷，提高在該領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力?，F(xiàn)有的硬幣分離機(jī)主要有篩動(dòng)式硬幣分類裝置：該硬幣分離裝置由動(dòng)力及傳動(dòng)裝置、分離裝置、收集裝置及計(jì)數(shù)裝置等部分組成；旋轉(zhuǎn)式硬幣分離機(jī)：旋轉(zhuǎn)分離裝置、分類收集裝置、送幣裝置和機(jī)座組成；根據(jù)直徑及厚度進(jìn)行分離的：因?yàn)椴煌嬷档挠矌藕穸群椭睆讲煌?，通過(guò)一些機(jī)械裝置進(jìn)行分離。
在2004年7月7日公開(kāi)的中國(guó)專利公告CN2624299Y中公開(kāi)了一種“硬幣分離機(jī)的硬幣提供裝置”，它是為了解決硬幣容易被卡住、無(wú)法繼續(xù)分離的技術(shù)問(wèn)題，包括安裝在硬幣分離機(jī)上的可正、反向旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)以及馬達(dá)輸出軸，輸出軸上套有一棘輪，與棘輪相配合的棘爪裝在彈簧安放孔內(nèi)，其后部設(shè)有彈簧，在棘輪上方設(shè)有一硬幣盤，硬幣盤上開(kāi)有多個(gè)硬幣盤孔，硬幣盤的上方扣合有一中間內(nèi)凹的硬幣內(nèi)盤，在硬幣內(nèi)盤的側(cè)壁上開(kāi)有漏幣調(diào)整口，硬幣盤和硬幣內(nèi)盤均套裝在輸出軸上，它實(shí)際上是一種硬幣分離機(jī)。
但是，現(xiàn)有的硬幣分離機(jī)有幾個(gè)缺點(diǎn):
（1）分離大量的硬幣時(shí)，當(dāng)硬幣收納管都裝滿時(shí)也不能自動(dòng)停止，落幣抽屜中落下的硬幣還要重新分離；
（2）硬幣分離都完成后，即使搬運(yùn)容器中沒(méi)有硬幣，使用者如果不關(guān)電源，硬幣分離還要繼續(xù)操作；
（3）在硬幣分離過(guò)程中，使用者不能取出硬幣收納管包裝，必須等硬幣分離完了，硬幣分離機(jī)操作停止；
（4）硬幣分離完了，沒(méi)有確認(rèn)硬幣分離管內(nèi)收納的硬幣個(gè)數(shù)的方法，只能把硬幣收納管收納的硬幣倒出來(lái)數(shù)數(shù)?？偟膩?lái)說(shuō)，現(xiàn)有的這種硬幣分離機(jī)的缺點(diǎn)是控制能力差、使用不方便、噪聲大、壽命短。
采用根據(jù)硬幣直徑的大小對(duì)幣值進(jìn)行清分的方法，雖然不具備辯偽功能，但可以對(duì)中國(guó)現(xiàn)行硬幣快速準(zhǔn)確按幣值進(jìn)行清分。主要特色是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、清分準(zhǔn)確、使用可靠、維護(hù)簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉等。而且系統(tǒng)具備擴(kuò)展的潛能，可以滿足將來(lái)硬幣分離機(jī)發(fā)展的需求，因此此產(chǎn)品具備較高的推廣應(yīng)用價(jià)值，其發(fā)展前景相當(dāng)廣闊。
新型硬幣分離計(jì)數(shù)裝置與其它處理錢幣的機(jī)械裝置相比，設(shè)計(jì)理念簡(jiǎn)單、合理，能實(shí)現(xiàn)高效處理、功能雙帶，且可用于生產(chǎn)并投入使用，成本較低，前景可觀?？蓮V泛應(yīng)用于各種商場(chǎng)、地鐵公司、公交公司等硬幣流通量大的場(chǎng)所，大大節(jié)省人力、物力和財(cái)力。針對(duì)國(guó)家發(fā)行的第五套硬幣，根據(jù)不同面值硬幣具有不同直徑和厚度的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易、小型的硬幣分離機(jī)，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)分離盤，使混合的硬幣通過(guò)分離槽分離出來(lái)，并分別進(jìn)行計(jì)數(shù)收集。
2．總體方案設(shè)計(jì)
2.1螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)總設(shè)計(jì)要求
此設(shè)計(jì)需要解決的問(wèn)題以及實(shí)現(xiàn)的功能：
（1）硬幣分離機(jī)的電機(jī)：選擇電機(jī)時(shí)需要綜合考慮負(fù)載類型、額定電壓、額定功率、轉(zhuǎn)速、扭矩等參數(shù)，根據(jù)實(shí)際工作情況，對(duì)各部分機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行分析計(jì)算，最后做出選擇。
（2）傳動(dòng)方案選擇：在選擇傳動(dòng)方案時(shí)，要考慮整機(jī)的功能要求和工作條件，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，確定傳動(dòng)的級(jí)數(shù)以及各組成部分的連接方式，先做出草圖示意圖。傳動(dòng)的方案有很多種可能，其中可以通過(guò)改變傳動(dòng)類型和布置順序來(lái)實(shí)現(xiàn)。最后還要考慮整個(gè)傳動(dòng)裝置對(duì)整機(jī)的影響，要有一定的保護(hù)作用。
（3）分離機(jī)構(gòu)選擇：分離機(jī)構(gòu)可以通過(guò)硬幣的多種參數(shù)進(jìn)行分離，其中較常用的幾個(gè)參數(shù)為硬幣的化學(xué)成分、質(zhì)量、直徑等，選擇時(shí)需要綜合考慮各機(jī)構(gòu)相互配合的問(wèn)題，以及最后的分離效果，還有裝置的制造工藝是否能夠達(dá)到，以及材料的選擇，最后確定方案。
（4）計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)選擇：計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)最重要的是精確性和穩(wěn)定性，可以通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)，此時(shí)就需要選擇傳感器的類型，選擇時(shí)要綜合考慮其他機(jī)構(gòu)的方案，不能影響其他機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行以及保證后續(xù)功能能夠順利實(shí)現(xiàn)。
（5）包裝機(jī)構(gòu)的選擇：包裝機(jī)構(gòu)是本裝置的最后一項(xiàng)功能，根據(jù)硬幣的自身特性和最后預(yù)期的效果進(jìn)行選擇，也應(yīng)考慮之后的儲(chǔ)存及運(yùn)輸問(wèn)題。
與此同時(shí)，要將加工工藝方案和需要的材料進(jìn)行分析確定，通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)確定最終的方案路線。
本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能是：因?yàn)闈L筒上排列不同直徑的圓孔及固定在滾筒上螺旋帶將不同直徑的硬幣分離開(kāi)，硬幣在進(jìn)入滾筒后，因?yàn)闈L筒的旋轉(zhuǎn)，固定在內(nèi)部的螺旋帶推動(dòng)內(nèi)部的硬幣向另一端移動(dòng)，在此期間不同的硬幣將在對(duì)應(yīng)圓孔區(qū)內(nèi)掉落，之后在收集的同時(shí)完成計(jì)數(shù)，并且在顯示屏上顯示各種硬幣的總值及所有硬幣的總值，最終在包裝機(jī)構(gòu)內(nèi)完成包裝。
設(shè)計(jì)時(shí)需考慮以下要求：
（1） 裝置應(yīng)能精確的將不同面值的硬幣分離開(kāi)，不能出現(xiàn)漏分的情況。
（2）電機(jī)選取要求：電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)既能保證效率，又不能太快而導(dǎo)致漏分的現(xiàn)象，以及響應(yīng)速度、過(guò)載能力和運(yùn)行性能等的要求。
（3）計(jì)數(shù)裝置要滿足準(zhǔn)確的要求，需要滿足計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確和計(jì)算的準(zhǔn)確。
2.2螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)方法及方案選擇
完成本題目要求設(shè)計(jì)的螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)應(yīng)先明確目的，確定實(shí)施路線，必須事先認(rèn)真分析討論題目給出的要求，從細(xì)節(jié)出發(fā)，注重每個(gè)環(huán)節(jié)的把控，才能做到條理清楚，事半功倍。其次，為了更好的完成本課題，要做好材料選擇及加工方法的確定。
方案選擇如下：電機(jī)采用有刷直流電機(jī)，傳動(dòng)裝置采用齒輪定比傳動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)鍵連接形式與齒輪進(jìn)行配合，轉(zhuǎn)軸與滾筒通過(guò)螺紋連接形式實(shí)現(xiàn)，需要用螺母進(jìn)行固定。硬幣在筒內(nèi)的移動(dòng)通過(guò)螺旋帶實(shí)現(xiàn)，螺旋帶跟隨滾筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)推動(dòng)硬幣向前運(yùn)動(dòng)，硬幣在到達(dá)相對(duì)應(yīng)直徑的圓孔時(shí)掉落，硬幣在下落到收集裝置時(shí)，由于裝置有兩塊斜板組成，所以最終硬幣會(huì)到達(dá)槽內(nèi)，最終滾落下來(lái)通過(guò)計(jì)數(shù)裝置的傳感器，完成計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)裝置由光電傳感器接受光信號(hào)，將轉(zhuǎn)化成的電信號(hào)傳到單片機(jī)內(nèi)，完成統(tǒng)計(jì)計(jì)算工作。之后在包裝機(jī)構(gòu)中完成包裝工作，包裝機(jī)構(gòu)的收集桶固定在一個(gè)一側(cè)有齒條的矩形板上，接著通過(guò)控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)角將桶移動(dòng)，換到下一個(gè)收集，最終完成所有功能。
3．螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1整機(jī)機(jī)座的設(shè)計(jì)
因?yàn)殡姍C(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，故機(jī)體需具有一定的穩(wěn)定性和抗振性，兼顧作品的美觀性，機(jī)體采用5mm的亞克力板，考慮到加工精度，采用cad成圖，雕刻機(jī)加工保證精度。
3.2電動(dòng)機(jī)的選擇
為滿足不同的分離速度要求，選取可以調(diào)速的微型有刷直流電機(jī)，型號(hào)為XD-37GB520。
3.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
本硬幣分離機(jī)需要將電機(jī)的動(dòng)力傳遞到分離裝置上，帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，同時(shí)內(nèi)部的螺旋條推進(jìn)硬幣向前移動(dòng)。硬幣分離機(jī)應(yīng)具備如下優(yōu)勢(shì)：運(yùn)行平穩(wěn)、機(jī)構(gòu)不繁瑣、機(jī)械效率高等等，做到這些就能很好的完成功能。下列方案可供選擇：
3.3.1皮帶傳動(dòng)
（1）工作時(shí)傳動(dòng)很平穩(wěn)且無(wú)噪聲，具有緩沖、吸振的能力
（2）在過(guò)載時(shí)，皮帶會(huì)在帶輪上發(fā)生打滑，可有效防止構(gòu)件中薄弱的零部件損壞，起到安全保護(hù)的作用
（3）較其他傳動(dòng)方式造價(jià)低廉、不需要潤(rùn)滑以及緩沖、吸震、易維護(hù)等特點(diǎn)
缺點(diǎn)：
（1）滑動(dòng)損失：皮帶在工作時(shí)，由于帶輪兩邊的拉力差以及相應(yīng)的變形經(jīng)差形成彈性滑動(dòng)，導(dǎo)致帶輪與從動(dòng)輪的速度損失。彈性滑動(dòng)與載荷、速度、帶輪直徑和皮帶的結(jié)構(gòu)有關(guān)，彈性滑動(dòng)率通常在1%-2%之間。有的皮帶傳動(dòng)還有幾何滑動(dòng)；
（2）過(guò)載時(shí)將引起打滑，使皮帶的運(yùn)動(dòng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，效率急劇下降，造成磨損加劇，嚴(yán)重影響皮帶的壽命；
（3）滯后損失：皮帶在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生反復(fù)伸縮，特別是在帶輪的繞曲會(huì)使皮帶體內(nèi)部產(chǎn)生摩擦引起功率損失；
（4）空氣阻力：皮帶高速傳動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)中的風(fēng)阻也將引起轉(zhuǎn)矩?fù)p耗，損耗值隨著速度的升高而增大；
（5）軸承的摩擦損失：軸承在裝置工作時(shí)受到皮帶的拉力，會(huì)引起轉(zhuǎn)矩?fù)p。滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承均會(huì)造成損失
3.3.2鏈條傳動(dòng)
（1）不需考慮彈性滑動(dòng)和打滑，能夠保持準(zhǔn)確傳動(dòng)比；
（2）工作時(shí)需要張緊力較小，作用在軸上的壓力小，有效減少軸承的摩擦損失；
（3）整個(gè)傳動(dòng)裝置更緊湊；
（4）能夠適應(yīng)高溫，有油污等的惡劣環(huán)境；
（5）制造和安裝精度都較低，中心距較大時(shí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。
缺點(diǎn)：瞬時(shí)轉(zhuǎn)速以及瞬時(shí)傳動(dòng)比不是常數(shù)，傳動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性較差，會(huì)有一定的沖擊和噪聲。
3.3.3齒輪傳動(dòng)
（1）效率較其他方式高;
（2）整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊;
（3）工作時(shí)可靠
（4）傳動(dòng)比穩(wěn)定。
綜上所述，本裝置采用齒輪傳動(dòng)，計(jì)算具體參數(shù)：
電機(jī)轉(zhuǎn)軸與滾筒主軸距離：L=100mm
模數(shù) m=2
齒數(shù) Z1=30，Z2=70
傳動(dòng)比i=Z2Z1=7030=2.3 (3.1)
分度圓直徑d1=mz1=60mm，d2=mz2=140mm (3.2)
標(biāo)準(zhǔn)中心距a=m(z1+z2)2=100mm (3.3)
齒頂圓直徑
da2=(Z2+2ha*)m=64mm
da2=(Z2+2ha*)m=144mm (3.4)
齒根圓直徑
df1=(Z1-2ha*-2c*)m=55mm
df2=(Z2-2ha*-2c*)m=135mm (3.5)
圖3.1 小齒輪
圖3.2 大齒輪
3.4分離機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
分離滾筒，采取中空設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)半徑為66.5mm，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為270mm，圓筒前半部分陣列排布直徑為19.5mm的圓，負(fù)責(zé)分離1角硬幣，后半部分陣列排布直徑是21mm的圓，用來(lái)分離5角硬幣，圓筒內(nèi)部裝有螺距為20mm的窄螺旋，可以讓硬幣向前進(jìn)給，隨機(jī)通過(guò)圓筒側(cè)壁的陣列圓。若硬幣直徑小于圓筒所開(kāi)直徑，硬幣便可以通過(guò)筒壁的圓掉落，落到在起下方的收集裝置，進(jìn)行收集、計(jì)數(shù)等工作。螺旋自始至終貫穿圓筒，在圓筒旋轉(zhuǎn)的時(shí)候起到輔助向前推進(jìn)硬幣的作用，最終1角硬幣從前半部分圓孔篩出、5角硬幣從后半部分被篩出，1元硬幣從滾筒末端掉出。以上三種硬幣均掉入到不同的收集裝置里。
圖3.3 滾筒圖
圖3.4 螺旋帶
圖3.5 滾筒軸
圖3.6 整體圖
3.5計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
計(jì)數(shù)功能是由安裝在硬幣滑道出口處的光電傳感器完成的，硬幣通過(guò)出口時(shí)會(huì)遮擋光信號(hào)，從而產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，最終完成計(jì)數(shù)和總值的計(jì)算?？紤]到硬幣在連續(xù)下落時(shí)只有兩側(cè)均會(huì)出現(xiàn)間歇光，所以傳感器安裝在出口的任意一側(cè)。
圖3.7 收集裝置
3.6包裝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
包裝機(jī)構(gòu)由5個(gè)直徑略大于硬幣的桶固定在一個(gè)帶齒條的長(zhǎng)板上構(gòu)成，齒條由舵機(jī)帶動(dòng)，當(dāng)傳感器檢測(cè)到一定數(shù)量的硬幣落入桶內(nèi)后，舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，換到下個(gè)桶收集，直至5個(gè)桶全部收滿。
舵機(jī)選擇：馴龍者DG-2020-MG995 360°可控角度
齒條長(zhǎng)度：L=113mm，
Z1=18
m=2
α1=20°
ha1=ha*m=2mm (3.6)
hf1=ha*+c*m=2.5mm (3.7)
齒輪：Z2=18
m=2
α2=20°
da2=(Z2+2ha*)m=40mm (3.8)
df2=(Z2-2ha*-2c*)m=31mm (3.9)
當(dāng)一個(gè)桶收集滿后舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)90°，齒條移動(dòng)28.25mm,舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)360°后完成包裝工作。
圖3.8 收集桶
圖3.9 舵機(jī)齒輪
4．零部件設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核
4.1程序檢驗(yàn)
（1）屏幕上固定顯示的數(shù)字定位
// 函數(shù)功能：輸入定位
void PosLCD(uchar X,uchar Y)
{
uchar ucPos;
if(X == 1)
{ X = 0x80; } //第一行
else if(X == 2)
{ X = 0x90; } //第二行
else if(X == 3)
{ X = 0x88; } //第三行
else if(X == 4)
{ X = 0x98; } //第四行
ucPos = X + Y; //計(jì)算地址
WrComLCD(ucPos); //顯示地址
}
（2）對(duì)LCD屏幕的初始化
// 函數(shù)功能：LCD初始化
void LCD_Init(void)
{
WrComLCD(0x30); // 8位數(shù)據(jù)端口、選擇基本指令
DelayMS(10);
WrComLCD(0x01); // 顯示清屏
DelayMS(10);
WrComLCD(0x0C); // 顯示設(shè)定：整體顯示、游標(biāo)關(guān)、不反白
DelayMS(10);
}
（3）確定顯示內(nèi)容的位置
//函數(shù)功能：顯示內(nèi)容于第幾行第幾列
void disp(uchar nn[],uchar hang,uchar lie)
{
uchar ucVal;
ucVal = 0;
PosLCD(hang,lie); // 選擇第幾行、第幾列
while(nn[ucVal] != '\0')
{
WrDatLCD(nn[ucVal]);
ucVal++;
}
}
（4）計(jì)算結(jié)果顯示位置固定
//函數(shù)功能：固定顯示
void disp_ding(void)
{
disp("一元",1,1);
disp("枚",1,7);
disp("五角",2,1);
disp("枚",2,7);
disp("一毛",3,1);
disp("枚",3,7);
disp("總計(jì)：",4,1);
disp("元",4,7);
}
（5）統(tǒng)計(jì)錢數(shù)并顯示
//函數(shù)功能：顯示錢數(shù)
void disp_money(uchar yishu,uchar wushu,uchar moshu)
{
uint zong;
uchar yibai,yi10,yige,wubai,wu10,wuge,mobai,mo10,moge,zqian,zbai,z10,zge;
zong=yishu*10+wushu*5+moshu;
yibai=(yishu/100);
yi10=((yishu%100)/10);
yige=(yishu%10);
wubai=(wushu/100);
wu10=((wushu%100)/10);
wuge=(wushu%10);
mobai=(moshu/100);
mo10=((moshu%100)/10);
moge=(moshu%10);
zqian=(zong/1000);
zbai=((zong%1000)/100);
z10 =(((zong%1000)%100)/10);
zge =(zong%10);
PosLCD(1,4);
WrDatLCD((0x30+yibai));
WrDatLCD((0x30+yi10));
WrDatLCD((0x30+yige));
PosLCD(2,4);
WrDatLCD((0x30+wubai));
WrDatLCD((0x30+wu10));
WrDatLCD((0x30+wuge));
PosLCD(3,4);
WrDatLCD((0x30+mobai));
WrDatLCD((0x30+mo10));
WrDatLCD((0x30+moge));
PosLCD(4,4);
WrDatLCD((0x30+zqian));
WrDatLCD((0x30+zbai));
WrDatLCD((0x30+z10));
WrDatLCD('.');
WrDatLCD((0x30+zge));
}
/****************主函數(shù)******************/
void main(void)
{
uchar datat1=0,datat2=0,datat3=0;
LCD_Init(); //LCD初始化
disp_ding();
P0=0x00;
P2=0x00;
while(1)
{
if(yiint==1)
{
datat1=P0;
yiput=1;
disp_money(datat1,datat2,datat3);
yiput=0;
}
if(wuint==1)
{
datat2=P0;
wuput=1;
disp_money(datat1,datat2,datat3);
wuput=0;
}
if(moint==1)
{
datat3=P0;
moput=1;
disp_money(datat1,datat2,datat3);
moput=0;
}
}
}
完整程序見(jiàn)附錄
程序演示：
圖4.1 初始顯示
圖4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
4.2零件設(shè)計(jì)
4.2.1設(shè)計(jì)的零件：
（1）機(jī)體框架
亞克力板，厚度為5mm
長(zhǎng)度400mm寬度200mm高度460mm
加工方式：cad作圖，雕刻機(jī)加工
（2）滾筒
鋁，厚度2mm
直徑67mm，長(zhǎng)度270mm，圓孔直徑前半部分19.5mm后半部分21mm
（3）滾筒軸
鋼軸
直徑15mm，螺紋M15×1LH-6G
加工方式：車床車削
（4）軸套
尼龍。外圓18mm長(zhǎng)10mm
加工方式：車床車削
4.2.2可購(gòu)買的標(biāo)準(zhǔn)件
深溝球軸承2個(gè)
尺寸代號(hào)系列00大小16002
外徑32mm內(nèi)徑15mm寬度8mm
圖4.3 裝配圖
4.3強(qiáng)度校核
表4.1 校核結(jié)果
名稱
類型
最小
最大
應(yīng)力
應(yīng)力
1.037e+004N/m2
4.543e+007N/m2
位移
合位移
0mm
3.423e-002mm
應(yīng)變
對(duì)等應(yīng)變
8.666e-008
1.318e-004
圖4.4 應(yīng)力分布圖
圖4.5 位移分布圖
圖4.6 應(yīng)變分布圖
軸的材料為40Cr，其屬性為：
屈服強(qiáng)度7.85e+008N/m2；張力強(qiáng)度9.8e+008N/m2；彈性模量2.1e+011N/m2
所以，軸所受到的應(yīng)變力遠(yuǎn)小于屈服強(qiáng)度，故安全。
5.結(jié)論
本次螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)的關(guān)鍵點(diǎn)在于：傳動(dòng)齒輪需要精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵在于齒輪，齒輪在制造時(shí)需要保證精度，根據(jù)具體的科學(xué)的理論分析得到較優(yōu)方案，最后通過(guò)實(shí)踐來(lái)得到最終方案；分離裝置需要合適的轉(zhuǎn)速，以及適量的硬幣，才能保證最后的分離效果，各部分機(jī)構(gòu)正常配合才能正常工作；因?yàn)楸狙b置各機(jī)構(gòu)是自主設(shè)計(jì)，為了保證正常安裝，要查表確定好各配合的公差，這樣減少了因配合問(wèn)題可能導(dǎo)致的能量損耗，可使裝置更加節(jié)能；計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)要通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，需要編制合適的程序以及正確安裝傳感器才能實(shí)現(xiàn)功能，需要通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)來(lái)確定最終方案。
最后的包裝機(jī)構(gòu)是最后一道功能，它要完美的銜接計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)出來(lái)的硬幣，并且要合理控制舵機(jī)轉(zhuǎn)角，使收集筒正確的移動(dòng)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 廖漢元,孔建益.機(jī)械原理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.
[2] 濮良貴,陳國(guó)定,吳立言.機(jī)械設(shè)計(jì)(第九版)[M].北京.高等教育出版社,2013.
[3] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京.化學(xué)出版社,2002.
[4] 秦大同,謝里陽(yáng).機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社,2013.
[5] 高艷芳,豆賀,佟晗,薛貝貝,李小海.設(shè)計(jì)一種小型硬幣分離[J].中國(guó)科技信息,2017,(7):9-11.
[6] 周鈺明,謝光磊,洪建偉. 新型旋轉(zhuǎn)式硬幣分類機(jī)[J].科技視界,2017,(9):33-36.
[7] 趙旭基.于TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].新技術(shù)新工藝,2017,(7):52-54.
[8] 許留云,姚賽,王晗,石超,王美露,李林輝.一種新型硬幣分離計(jì)數(shù)裝置的設(shè)計(jì)[J]. 延安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2017,(1):15-19.
[9] 宋艷麗.簡(jiǎn)單硬幣分離裝置的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2016,(7):15-20.
[10]蔣小盼,馬愛(ài)兵,馬麗.篩動(dòng)式硬幣分類裝置及其仿真運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)設(shè)計(jì),2016,(8):60-90.
[11]馮大鵬,何新超,于江豪.高效硬幣自動(dòng)分類裝置的設(shè)計(jì)[J].湖北理工學(xué)院學(xué)報(bào),2016,(5):18-36.
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[13]Song Q, Jiang Z, Han J. Noise Covariance Identification Based Adaptive UKF with Application to Mobile Robot Systems[J]. 2007:4164-4169.
[14]Nibir S J, Parkhideh B. Magnetoresistor with Planar Magnetic Concentrator as Wideband Contactless Current Sensor for Power Electronics Applications[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017,(99):1-1.
致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，四年的大學(xué)生活也即將結(jié)束，在這個(gè)特殊的時(shí)間段里，心里面有許多感激的話想對(duì)我的母校，我的老師，以及我的同學(xué)們說(shuō)，感謝他們陪我度過(guò)了我人生中最重要的時(shí)期，母校的哺育，各位老師們的教導(dǎo)，同學(xué)們的幫助讓我跨過(guò)了一個(gè)又一個(gè)難關(guān)，在此我表示深深的感激！
特別是在這近三個(gè)月中的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了劉安生老師的大力支持以及一些同學(xué)的幫忙，讓我本來(lái)就很膚淺的知識(shí)得到了一定的充實(shí)，才得以完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，很難想像沒(méi)有他們的指導(dǎo)和幫助要完成這次設(shè)計(jì)將會(huì)是多么困難，因此在此表達(dá)我無(wú)限的感激。同時(shí)還要感謝的是機(jī)械工程學(xué)院的所有老師們，感謝他們?yōu)槲覀兊脑O(shè)計(jì)提供了豐富的資料，圖冊(cè)以及學(xué)習(xí)場(chǎng)所，讓我們?cè)诔渥愕馁Y源的學(xué)習(xí)環(huán)境下順利完成了設(shè)計(jì)。
最后我要感謝大連大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的所有老師以及所有曾教育過(guò)我的老師們，正是有了你們?cè)诖髮W(xué)期間對(duì)我的教導(dǎo)以及教誨，我才能夠在今后的學(xué)習(xí)之路走得更遠(yuǎn)。
36
附錄3：計(jì)數(shù)程序
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
/***** 12864 *****/
sbit rs=P3^5;
sbit rw=P3^6;
sbit e =P3^4;
/***** 計(jì)數(shù)片選 ******/
sbit yiint = P2^0;
sbit wuint = P2^1;
sbit moint = P2^2;
sbit yiput= P2^3;
sbit wuput= P2^4;
sbit moput= P2^5;
/**********公共延時(shí)函數(shù)***************/
// 函數(shù)功能：延時(shí)毫秒數(shù)（ValMS）
void DelayMS(uint ValMS)
{
uint uiVal,ujVal;
for(uiVal = 0; uiVal < ValMS; uiVal++)
for(ujVal = 0; ujVal < 121; ujVal++);
}
/**********************************************************
*********** 12864液晶模塊 ***************************
***********************************************************/
// 函數(shù)功能：檢測(cè)狀態(tài)標(biāo)志位（判斷是忙/閑）
void DectectBusyBit(void)
{
P1 = 0xff; // 讀狀態(tài)值時(shí)，先賦高電平
rs = 0;
rw = 1;
e = 1;
DelayMS(1);
while(P1 & 0x80); // 若LCD忙，停止到這里，否則走起
e = 0; // 之后將EN初始化為低電平
}
// 函數(shù)功能：LCD寫指令
void WrComLCD(uchar ComVal)
{
DectectBusyBit();
rs = 0;
rw = 0;
e = 1;
P1 = ComVal;
DelayMS(1);
e = 0;
}
// 函數(shù)功能：LCD寫數(shù)據(jù)
void WrDatLCD(uchar DatVal)
{
DectectBusyBit();
rs = 1;
rw = 0;
e = 1;
P1 = DatVal;
DelayMS(1);
e = 0;
}
// 函數(shù)功能：輸入定位
void PosLCD(uchar X,uchar Y)
{
uchar ucPos;
if(X == 1)
{ X = 0x80; } //第一行
else if(X == 2)
{ X = 0x90; } //第二行
else if(X == 3)
{ X = 0x88; } //第三行
else if(X == 4)
{ X = 0x98; } //第四行
ucPos = X + Y; //計(jì)算地址
WrComLCD(ucPos); //顯示地址
}
// 函數(shù)功能：LCD初始化
void LCD_Init(void)
{
WrComLCD(0x30); // 8位數(shù)據(jù)端口、選擇基本指令
DelayMS(10);
WrComLCD(0x01); // 顯示清屏
DelayMS(10);
WrComLCD(0x0C); // 顯示設(shè)定：整體顯示、游標(biāo)關(guān)、不反白
DelayMS(10);
}
//函數(shù)功能：顯示內(nèi)容于第幾行第幾列
void disp(uchar nn[],uchar hang,uchar lie)
{
uchar ucVal;
ucVal = 0;
PosLCD(hang,lie); // 選擇第幾行、第幾列
while(nn[ucVal] != '\0')
{
WrDatLCD(nn[ucVal]);
ucVal++;
}
}
//函數(shù)功能：固定顯示
void disp_ding(void)
{
disp("一元",1,1);
disp("枚",1,7);
disp("五角",2,1);
disp("枚",2,7);
disp("一毛",3,1);
disp("枚",3,7);
disp("總計(jì)：",4,1);
disp("元",4,7);
}
//函數(shù)功能：顯示錢數(shù)
void disp_money(uchar yishu,uchar wushu,uchar moshu)
{
uint zong;
uchar yibai,yi10,yige,wubai,wu10,wuge,mobai,mo10,moge,zqian,zbai,z10,zge;
zong=yishu*10+wushu*5+moshu;
yibai=(yishu/100);
yi10=((yishu%100)/10);
yige=(yishu%10);
wubai=(wushu/100);
wu10=((wushu%100)/10);
wuge=(wushu%10);
mobai=(moshu/100);
mo10=((moshu%100)/10);
moge=(moshu%10);
zqian=(zong/1000);
zbai=((zong%1000)/100);
z10 =(((zong%1000)%100)/10);
zge =(zong%10);
PosLCD(1,4);
WrDatLCD((0x30+yibai));
WrDatLCD((0x30+yi10));
WrDatLCD((0x30+yige));
PosLCD(2,4);
WrDatLCD((0x30+wubai));
WrDatLCD((0x30+wu10));
WrDatLCD((0x30+wuge));
PosLCD(3,4);
WrDatLCD((0x30+mobai));
WrDatLCD((0x30+mo10));
WrDatLCD((0x30+moge));
PosLCD(4,4);
WrDatLCD((0x30+zqian));
WrDatLCD((0x30+zbai));
WrDatLCD((0x30+z10));
WrDatLCD('.');
WrDatLCD((0x30+zge));
}
/****************主函數(shù)******************/
void main(void)
{
uchar datat1=0,datat2=0,datat3=0;
LCD_Init(); //LCD初始化
disp_ding();
P0=0x00;
P2=0x00;
while(1)
{
if(yiint==1)
{
datat1=P0;
yiput=1;
disp_money(datat1,datat2,datat3);
yiput=0;
}
if(wuint==1)
{
datat2=P0;
wuput=1;
disp_money(datat1,datat2,datat3);
wuput=0;
}
if(moint==1)
{
datat3=P0;
moput=1;
disp_money(datat1,datat2,datat3);
moput=0;
}
}
}
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