迷你硬幣分揀機設計-分選機械【三維SW】【5張CAD圖紙、文檔全套】【GC系列】
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目 錄1.設計背景12.設計思路13.分揀機整體效果外觀23.1.主要功能實現(xiàn)機構(gòu)圖23.2.硬幣分揀機外觀圖23.3.機構(gòu)爆炸圖34.主要機構(gòu)44.1.轉(zhuǎn)盤44.2.篩選滑軌54.3.計數(shù)通道64.4.接幣筒75.主要機構(gòu)尺寸與動力分析計算75.1.裝置尺寸計算75.1.1.轉(zhuǎn)盤尺寸85.1.2.滑道尺寸105.1.3.計數(shù)通道尺寸125.2.馬達選型計算125.3.軸的選擇135.4.主要參數(shù)代號155.5.傳感器主要控制程序硬幣計數(shù)原理165.5.1.單片機165.5.2.光電傳感器165.5.3.主要計數(shù)程序165.5.4.控制機構(gòu)195.6.設計計算結(jié)果匯總196.硬幣分揀機特點與創(chuàng)新點206.1.特點206.2.創(chuàng)新點207.應用前景218.參考文獻211. 設計背景日常生活中,每天都有數(shù)以萬計的硬幣流通,超市、游樂場、公交公司等是硬幣大量集中的場所,如果由人工清點包裝硬幣,效率低、速度慢,將會造成人力資源的巨大浪費,因此用機械清點包裝硬幣已成為未來趨勢。針對超市、小型游樂場等硬幣流通場所,設計出適合現(xiàn)狀的硬幣清點包裝機械,以滿足市場需求。本設計面向是市面上流通的第五套硬幣的分揀,硬幣基本物理特征屬性如表1。表 1 第五套人民幣基本物理特征硬幣面值1元5角1角1角舊版材料鋼芯鍍鎳鋼芯鍍銅合金不銹鋼鋁鎂合金直徑(mm)2520.51922.5厚度(mm)1.851.651.672.4重量(g)6.13.83.22.22. 設計思路設計的硬幣分揀機功能流程與實現(xiàn)裝置流程示意圖為圖1。先將硬幣分揀機的啟動開關(guān)打開,待電機帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)起來后,再向容幣殼體中投入硬幣,投入的硬幣經(jīng)過轉(zhuǎn)盤帶動,帶到上面的分幣滑軌當中,通過安裝在滑軌上的的凸臺將進入到滑軌上的硬幣分類,然后落入滑軌下面的計數(shù)通道中,經(jīng)過計數(shù)通道上的光電傳感器,從而實現(xiàn)計數(shù),最后落入最下面的接幣筒中,通過接幣筒中的硬幣包裝紙來將已經(jīng)裝好的硬幣包裝起來。圖 1 硬幣分揀機功能流程與實現(xiàn)裝置3. 分揀機整體效果外觀3.1. 主要功能實現(xiàn)機構(gòu)圖硬幣分揀機主要機構(gòu)構(gòu)成包括(圖2):(1)轉(zhuǎn)盤;(2)篩幣軌道;(3)計數(shù)通道;(4)接幣筒。圖 2 功能實現(xiàn)機構(gòu)圖3.2. 硬幣分揀機外觀圖硬幣分揀機總體外觀如圖3所示,整個硬幣分揀機長390mm,寬200mm,高300mm(圖4)。內(nèi)部主要功能實現(xiàn)機構(gòu)與豎直平面成20,接幣筒是外接。硬幣分揀機整體重量約4Kg。 圖 3 機構(gòu)外觀圖圖 4整體尺寸圖 轉(zhuǎn)盤直徑150mm,出幣盒長230mm,因此箱體長度L為了節(jié)約材料,零件布局合理,取L為390mm 。3.3. 機構(gòu)爆炸圖圖5為整個機構(gòu)爆炸圖。1.軸承組件;2.軸;3.轉(zhuǎn)盤組件;4.電機;5.主板;6.滑軌;7.計數(shù)通道;8.接幣筒;9.接幣筒支架。圖 5 機構(gòu)爆炸圖 4. 主要機構(gòu)4.1. 轉(zhuǎn)盤如下圖所示,硬幣由上至下投入容幣殼體之中,轉(zhuǎn)盤與豎直方向成20度夾角,大圈半徑是73mm,小圈半徑是45.5mm,它們之間的距離稍大于一元硬幣的直徑,可以容納要分揀硬幣并將其帶到上面滑軌。電機帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分; 凸臺之間的夾角為30度,兩者之間只能夾一個硬幣往上傳送,同時凸臺可以為硬幣提供支持力,從而提高帶著硬幣從下帶到上容易度。由于篩幣裝置通道寬度只能允許一個硬幣通過,所以硬幣只能是一個一個排隊進入篩幣裝置。轉(zhuǎn)盤內(nèi)圈厚度的確定。由于硬幣厚度最薄為1.67mm,為了讓硬幣不會出現(xiàn)兩個硬幣疊放到一起而導致硬幣與滑軌卡到一起,所以小圈凸起厚度要小于硬幣最小厚度,故取厚度為1.5mm。同時硬幣擋板上設計有隔板,隔板與轉(zhuǎn)盤之間的距離小于兩個硬幣疊在一起的厚度,故可以有效防止兩個硬幣在進入滑軌時引起卡幣現(xiàn)象發(fā)生。轉(zhuǎn)盤要能夠輕松的帶硬幣上去,則必須具有一定的粗糙度,由于硬幣是金屬,若轉(zhuǎn)盤用金屬制作,會致使轉(zhuǎn)盤與硬幣的摩擦中最底面的一圈越來越光滑,從而致使最后一個硬幣在其中打滑帶不上去,經(jīng)過試驗對比,選用ABS塑料效果良好,故選用其為制造材料。圖 6轉(zhuǎn)盤示意圖 4.2. 篩選滑軌硬幣由前面的轉(zhuǎn)盤帶入到下圖所示右側(cè)的分幣滑軌,開始分揀硬幣。如下圖,先分出一元,圖示中存在一個安裝在滑軌上的斜坡臺,因為斜臺底部到滑軌底部的距離小于一元直徑大于舊一角直徑,從而改變一元硬幣運動方向,導致1號處的一元硬幣沿著斜臺出來,而其他的硬幣不改變方向,繼續(xù)進入下一個軌道。同理,2號和3號出依次分出舊一角和五角。而最后的一角由于沒有凸臺改變軌道方向從最后的出口處出來。為了讓硬幣順著斜坡臺完全導出滑軌,故斜坡臺的斜度必須讓硬幣重心偏離豎直平面。圖 7 轉(zhuǎn)盤滑軌連接圖 圖 8 滑軌示意圖4.3. 計數(shù)通道硬幣是由篩幣裝置篩選后落入圖9所示的計數(shù)通道之中。由于硬幣是一個一個排隊進入其中,而且計數(shù)通道出口最小尺寸也大于硬幣的直徑,所以不會出現(xiàn)卡幣現(xiàn)象。硬幣落入計數(shù)通道中會經(jīng)過安裝在計數(shù)通道上的光電傳感器,實現(xiàn)擋光,從而達到計數(shù)的目的。最后落入計數(shù)通道出口處的收集筒之中。圖 9 計數(shù)通道示意圖 4.4. 接幣筒在收集筒中放好已經(jīng)折好的硬幣紙,當收集滿時,只需拔下收集筒,順著把筒中的包裝紙倒出來并折好就完成了硬幣的半包裝。圖 10接幣筒5. 主要機構(gòu)尺寸與動力分析計算 5.1. 裝置尺寸計算設計殼體內(nèi)圈直徑比轉(zhuǎn)盤大5mm,殼體厚度為2mm。尺寸都與轉(zhuǎn)盤配合。 圖 11殼體尺寸圖5.1.1. 轉(zhuǎn)盤尺寸圖 12 轉(zhuǎn)盤尺寸(1)容幣殼體為了保證硬幣隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動到篩選幣道而不脫離轉(zhuǎn)盤根據(jù)實驗設定殼體與水平面夾角為 ,圖 13容幣殼體截面圖由硬幣沿斜面下滑的條件可知即 由上可知硬幣與殼體的摩擦系數(shù)需小于0.36才能保證硬幣能與轉(zhuǎn)盤接觸,查閱資料可得,殼體選擇較為輕質(zhì)的鋁合金和ABS滿足要求,為了節(jié)省成本,選用ABS。(2) 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)體與豎直方向成20夾角,為了使硬幣更容易被轉(zhuǎn)盤帶到篩幣滑道,應該把提高轉(zhuǎn)盤的表面粗糙度,增大硬幣與轉(zhuǎn)盤摩擦系數(shù),同時為使產(chǎn)品輕質(zhì),可選ABS轉(zhuǎn)盤。 圖 14 轉(zhuǎn)盤帶動硬幣示意圖5.1.2. 滑道尺寸滑軌內(nèi)壁較為光滑,從而保證硬幣有較小的滑動摩擦,從而順利分出硬幣。且為了輕質(zhì),選材可為ABS樹脂。(1)安裝在滑軌上的斜坡凸臺的坡度計算:以滑軌側(cè)面局部視圖作為參考進行計算圖15 滑軌側(cè)面示意圖以一元硬幣的滑軌坡度為例,進行計算,一元出口斜坡底面離滑軌底面為L1=24滑軌厚度為L2=6要使硬幣百分百從滑軌落到計數(shù)通道中,必須保證硬幣重心偏離豎直面,已知滑軌與豎直面成20夾角,可計算得斜坡高度為我們設計尺寸為15.8滿足所需條件同理,其他斜坡長度都比一元的要小,故設計尺寸都為15.8mm滿足所需要求。(2)特定結(jié)構(gòu)設計:為了讓硬幣更好的導入下面的計數(shù)通道中,斜坡最后設計有一個大一點的斜坡面,讓硬幣與斜坡臺的接觸面積增大,更好的改變硬幣的運動軌跡,從而使它落入下面的計數(shù)通道當中。(3)尺寸設計:硬幣在滑道中滑動,滑道寬度在入口保證3mm,讓硬幣一個一個進來,分揀滑道口則為4毫米,讓硬幣能在滑道中改變軌跡時不會發(fā)生卡幣現(xiàn)象。斜坡高度正好讓硬幣重心能偏離豎直平面,從而保證凸臺能順利導出硬幣,使其進入計數(shù)通道。圖 16滑軌尺寸圖 圖17 安裝在滑軌上的一元斜臺5.1.3. 計數(shù)通道尺寸計數(shù)通道出口最小尺寸也大于硬幣的直徑,所以不會出現(xiàn)卡幣現(xiàn)象。設計在計數(shù)通道當中掏出一個傾斜角為20的滑道,讓滑軌有一定的傾斜角度,好讓硬幣可以自發(fā)的順著滑軌向下落。計數(shù)通道尺寸如下圖所示。 圖18計數(shù)通道尺寸圖5.2. 馬達選型計算1)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)盤選材為ABS塑料,由Creo分析可得,轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動慣量 (r為轉(zhuǎn)盤半徑)一元硬幣自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣量(一元硬幣質(zhì)量m1為6.1g,半徑R為12.5mm)本產(chǎn)品設計殼體內(nèi)最多容納計算容納200個一元硬幣時,硬幣繞轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動慣量所以轉(zhuǎn)盤和硬幣總轉(zhuǎn)動慣量(2)轉(zhuǎn)盤角加速度:假設轉(zhuǎn)盤在1S內(nèi)從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速2r/s,所以角加速度為(3)轉(zhuǎn)盤軸所需的力矩:表 2 馬達參數(shù)表型號額定電壓額定力矩JGB37-550DC12V1N.M所選馬達的力矩為1Nm,遠大于所需的0.1N.m,所以滿足要求。(4)校核計算:則所需最小轉(zhuǎn)速為由于n0; x-) for(y=100; y0; y-); void delay(unsigned char n) unsigned char i,j; for(j=0; jn; j+) for(i=0; i=99) vas1=99; Irin1Led=0; if(Irin2=0) /傳感器輸入低電平 if(Irin2=0) while(!Irin2); vas2+; /五角硬幣加1 if(vas2=99) Irin2Led=0; vas2=99; if(Irin3=0) / 如果傳感器輸入低電平 if(Irin3=0) while(!Irin3); vas3+; /一角硬幣加1 if(vas3=99) Irin3Led=0; vas3=99; 光電計數(shù)傳感器基本參數(shù)選擇如表3。表 3 光電計數(shù)傳感器型號和數(shù)量選擇電壓電流響應時間有效距離個數(shù)5VDC5mA2ms0300mm4對5.5.4. 控制機構(gòu)啟動功能:控制馬達的啟動來帶動整個機器的工作。暫停功能:暫停馬達的工作來控制整個機器的運動。清零功能:將計數(shù)顯示清零。5.6. 設計計算結(jié)果匯總表 4 產(chǎn)品功能和組件裝置選擇匯總表序號組件數(shù)量尺寸重量材料1基本功能硬幣轉(zhuǎn)盤傳送1如尺寸圖12和圖1484.4gABS2篩選滑道1如尺寸圖16和尺寸圖1760.2gABS3計數(shù)通道4如尺寸圖1812.3g塑料4硬幣收集筒4如圖108g塑料5輔助功能計數(shù)傳感器4光電傳感器6數(shù)字指示器1LED顯示屏7馬達1額定電壓DC12V扭矩1N.m轉(zhuǎn)速100r/min8控制器1開始暫停復位總計17表 5 硬幣分揀機產(chǎn)品參數(shù)表電源需求AV220V 50HZ額定電流0.85A功率25W單臺凈重約4kg外箱尺寸長390寬200高300mm適用硬幣第五套人民幣硬幣:1元、5角、1角、1角(舊版)分揀速度400600個/分鐘計數(shù)模式連續(xù)計數(shù)模式、累計計數(shù)模式6. 硬幣分揀機特點與創(chuàng)新點6.1. 特點本產(chǎn)品可實現(xiàn)硬幣的分類、清點、整理三種功能,同時具有如下特點:1)體積小巧:裝置體積小巧(長390mm寬200mm高300mm),不用專門騰出空間放置使用;2)清撿速度快:每分鐘最快可達600個。3)具有多種計數(shù)模式:連續(xù)計數(shù)模式,累計計數(shù)模式。6.2. 創(chuàng)新點本設計產(chǎn)品的創(chuàng)新點總結(jié)如下:1)基于分區(qū)斜盤的硬幣分揀機構(gòu)。設計的轉(zhuǎn)盤,斜置的圓臺狀容幣殼體能使得硬幣依次從容幣殼體滑動到分區(qū)斜盤,同時斜盤內(nèi)圓周上均勻布置了硬幣分區(qū)片,使得硬幣依次排序進入篩選滑軌,提高了分揀效率。2)基于斜坡凸臺的硬幣篩選滑軌機構(gòu)。利用不同高度的斜坡凸臺巧妙地改變不同直徑硬幣的運動軌跡,達到分揀的目的(實現(xiàn)對一元、舊一角、五角、一角的依次分揀),設計巧妙,精度高;3)采用“計數(shù)通道-接幣筒-硬幣包裝紙”的硬幣整理半包裝機構(gòu)。設計計數(shù)通道,快速收集分出的硬幣,硬幣滑入到已放置硬幣包裝紙的接幣筒中,收集好后即可將接幣筒中已經(jīng)包好的硬幣倒出來,從而達到硬幣包裝的效果。同時在在計數(shù)通道支架上設置了一個光電傳感器,能夠?qū)崿F(xiàn)計數(shù)功能。該硬幣整理半包裝機構(gòu),結(jié)構(gòu)緊湊,可同時實現(xiàn)硬幣的整理、半包裝和計數(shù)三種功能。7. 應用前景我們設計的硬幣分揀機可在便利店等個體商戶或居家使用。通過調(diào)研分析,硬幣分揀的應用需求很大。比如,就學校附近的普通個體商戶數(shù)就超百家,用戶群大,市場前景廣闊。我們設計的小型硬幣分揀機同時具有分揀、篩選、整理、包裝和計數(shù)五種主要功能,機構(gòu)設計巧妙,結(jié)構(gòu)緊湊,體積小巧,同時成本較低,性能優(yōu),將能滿足超市,游樂場,便利店,居家等廣大用戶的需求。8. 參考文獻1璞學良,紀名剛.機械設計 北京:高等教育出版社.20062張占新,材料力學,西安:西北工業(yè)大學出版社.20053于永泗,齊民.機械工程材料.大連:大連理工大學出版社.20074機械設計手冊編委會,機械設計手冊.北京:機械工業(yè)出版社.20055大連理工大學工程圖學教研室.機械制圖(第六版).北京:高等教育出版社.20076張毅剛 單片機原理及接口技術(shù) 北京:人民郵電出版社,2011 22
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