目 錄1. 設(shè)計(jì)背景 12. 設(shè)計(jì)思路 13. 分揀機(jī)整體效果外觀 23.1. 主要功能實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)圖 .23.2. 硬幣分揀機(jī)外觀圖 .23.3. 機(jī)構(gòu)爆炸圖 .34. 主要機(jī)構(gòu) 44.1. 轉(zhuǎn)盤(pán) .44.2. 篩選滑軌 .54.3. 計(jì)數(shù)通道 .64.4. 接幣筒 .75. 主要機(jī)構(gòu)尺寸與動(dòng)力分析計(jì)算 75.1. 裝置尺寸計(jì)算 .75.1.1. 轉(zhuǎn)盤(pán)尺寸 85.1.2. 滑道尺寸 105.1.3. 計(jì)數(shù)通道尺寸 125.2. 馬達(dá)選型計(jì)算 .125.3. 軸的選擇 .135.4. 主要參數(shù)代號(hào) .155.5. 傳感器主要控制程序硬幣計(jì)數(shù)原理 .165.5.1. 單片機(jī) 165.5.2. 光電傳感器 165.5.3. 主要計(jì)數(shù)程序 165.5.4. 控制機(jī)構(gòu) 195.6. 設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總 .196. 硬幣分揀機(jī)特點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn) 206.1. 特點(diǎn) .206.2. 創(chuàng)新點(diǎn) .207. 應(yīng)用前景 218. 參考文獻(xiàn) 2111. 設(shè)計(jì)背景日常生活中，每天都有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的硬幣流通，超市、游樂(lè)場(chǎng)、公交公司等是硬幣大量集中的場(chǎng)所，如果由人工清點(diǎn)包裝硬幣，效率低、速度慢，將會(huì)造成人力資源的巨大浪費(fèi)，因此用機(jī)械清點(diǎn)包裝硬幣已成為未來(lái)趨勢(shì)。針對(duì)超市、小型游樂(lè)場(chǎng)等硬幣流通場(chǎng)所，設(shè)計(jì)出適合現(xiàn)狀的硬幣清點(diǎn)包裝機(jī)械，以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。本設(shè)計(jì)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） 25 20.5 19 22.5厚度（mm） 1.85 1.65 1.67 2.4重量（g） 6.1 3.8 3.2 2.22. 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)的硬幣分揀機(jī)功能流程與實(shí)現(xiàn)裝置流程示意圖為圖 1。先將硬幣分揀機(jī)的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，待電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)起來(lái)后，再向容幣殼體中投入硬幣，投入的硬幣經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)，帶到上面的分幣滑軌當(dāng)中，通過(guò)安裝在滑軌上的的凸臺(tái)將進(jìn)入到滑軌上的硬幣分類(lèi)，然后落入滑軌下面的計(jì)數(shù)通道中，經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)通道上的光電傳感器，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，最后落入最下面的接幣筒中，通過(guò)接幣筒中的硬幣包裝紙來(lái)將已經(jīng)裝好的硬幣包裝起來(lái)。2圖 1 硬幣分揀機(jī)功能流程與實(shí)現(xiàn)裝置3. 分揀機(jī)整體效果外觀3.1.主要功能實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)圖硬幣分揀機(jī)主要機(jī)構(gòu)構(gòu)成包括（圖 2）：（1）轉(zhuǎn)盤(pán)；（2）篩幣軌道；（3 ）計(jì)數(shù)通道；（4）接幣筒。圖 2 功能實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)圖3.2.硬幣分揀機(jī)外觀圖硬幣分揀機(jī)總體外觀如圖 3 所示，整個(gè)硬幣分揀機(jī)長(zhǎng) 390mm，寬200mm，高 300mm（圖 4） 。內(nèi)部主要功能實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)與豎直平面成 20°，接幣筒是外接。硬幣分揀機(jī)整體重量約 4Kg。3圖 3 機(jī)構(gòu)外觀圖圖 4 整體尺寸圖 轉(zhuǎn)盤(pán)直徑 150mm，出幣盒長(zhǎng) 230mm，因此箱體長(zhǎng)度 L150238L???為了節(jié)約材料，零件布局合理，取 L 為 390mm 。3.3.機(jī)構(gòu)爆炸圖圖 5 為整個(gè)機(jī)構(gòu)爆炸圖。1.軸承組件；2.軸；3.轉(zhuǎn)盤(pán)組件； 4.電機(jī)；5.主板；6.滑軌；7. 計(jì)數(shù)通道；8.接幣筒；9.接幣筒支架。4圖 5 機(jī)構(gòu)爆炸圖 4. 主要機(jī)構(gòu)4.1.轉(zhuǎn)盤(pán)如下圖所示，硬幣由上至下投入容幣殼體之中，轉(zhuǎn)盤(pán)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(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速 100 轉(zhuǎn)/分； 凸臺(tái)之間的夾角為 30 度，兩者之間只能夾一個(gè)硬幣往上傳送，同時(shí)凸臺(tái)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(gè)硬幣通過(guò)，所以硬幣只能是一個(gè)一個(gè)排隊(duì)進(jìn)入篩幣裝置。轉(zhuǎn)盤(pán)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(huì)出現(xiàn)兩個(gè)硬幣疊放到一起而導(dǎo)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(shí)硬幣擋板上設(shè)計(jì)有隔板，隔板與轉(zhuǎn)盤(pán)之間的距離小于兩個(gè)硬幣疊在一起的厚度，故可以有效防止兩個(gè)硬幣在進(jìn)入滑軌時(shí)引起卡幣現(xiàn)象發(fā)生。轉(zhuǎn)盤(pán)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5屬，若轉(zhuǎn)盤(pán)用金屬制作，會(huì)致使轉(zhuǎn)盤(pán)與硬幣的摩擦中最底面的一圈越來(lái)越光滑，從而致使最后一個(gè)硬幣在其中打滑帶不上去，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，選用 ABS 塑料效果良好，故選用其為制造材料。圖 6 轉(zhuǎn)盤(pán)示意圖 4.2.篩選滑軌硬幣由前面的轉(zhuǎn)盤(pán)帶入到下圖所示右側(cè)的分幣滑軌，開(kāi)始分揀硬幣。如下圖，先分出一元，圖示中存在一個(gè)安裝在滑軌上的斜坡臺(tái)，因?yàn)樾迸_(tái)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(yùn)動(dòng)方向，導(dǎo)致 1 號(hào)處的一元硬幣沿著斜臺(tái)出來(lái)，而其他的硬幣不改變方向，繼續(xù)進(jìn)入下一個(gè)軌道。同理，2 號(hào)和 3 號(hào)出依次分出舊一角和五角。而最后的一角由于沒(méi)有凸臺(tái)改變軌道方向從最后的出口處出來(lái)。為了讓硬幣順著斜坡臺(tái)完全導(dǎo)出滑軌，故斜坡臺(tái)的斜度必須讓硬幣重心偏離豎直平面。6圖 7 轉(zhuǎn)盤(pán)滑軌連接圖 圖 8 滑軌示意圖4.3.計(jì)數(shù)通道硬幣是由篩幣裝置篩選后落入圖 9 所示的計(jì)數(shù)通道之中。由于硬幣是一個(gè)一個(gè)排隊(duì)進(jìn)入其中，而且計(jì)數(shù)通道出口最小尺寸也大于硬幣的直徑，所以不會(huì)出現(xiàn)卡幣現(xiàn)象。硬幣落入計(jì)數(shù)通道中會(huì)經(jīng)過(guò)安裝在計(jì)數(shù)通道上的光電傳感器，實(shí)現(xiàn)擋光，從而達(dá)到計(jì)數(shù)的目的。最后落入計(jì)數(shù)通道出口處的收集筒之中。7圖 9 計(jì)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(dāng)收集滿(mǎn)時(shí)，只需拔下收集筒，順著把筒中的包裝紙倒出來(lái)并折好就完成了硬幣的半包裝。圖 10 接幣筒5. 主要機(jī)構(gòu)尺寸與動(dòng)力分析計(jì)算 5.1.裝置尺寸計(jì)算設(shè)計(jì)殼體內(nèi)圈直徑比轉(zhuǎn)盤(pán)大 5mm，殼體厚度為 2mm。尺寸都與轉(zhuǎn)盤(pán)配合。8圖 11 殼體尺寸圖5.1.1. 轉(zhuǎn)盤(pán)尺寸圖 12 轉(zhuǎn)盤(pán)尺寸9(1)容幣殼體為了保證硬幣隨轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到篩選幣道而不脫離轉(zhuǎn)盤(pán)根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)定殼體與水平面夾角為 ，20???tan0.36??圖 13 容幣殼體截面圖由硬幣沿斜面下滑的條件可知 cossinfmgmg????即 tan0.36f?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(pán)接觸，查閱資料可得，殼體選擇較為輕質(zhì)的鋁合金和 ABS 滿(mǎn)足要求，為了節(jié)省成本，選用 ABS。（2）轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)體與豎直方向成 20°夾角，為了使硬幣更容易被轉(zhuǎn)盤(pán)帶到篩幣滑道，應(yīng)該把提高轉(zhuǎn)盤(pán)的表面粗糙度，增大硬幣與轉(zhuǎn)盤(pán)摩擦系數(shù)，同時(shí)為使產(chǎn)品輕質(zhì)，可選 ABS 轉(zhuǎn)盤(pán)。10圖 14 轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)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(dòng)摩擦，從而順利分出硬幣。且為了輕質(zhì)，選材可為 ABS 樹(shù)脂。（1）安裝在滑軌上的斜坡凸臺(tái)的坡度計(jì)算：以滑軌側(cè)面局部視圖作為參考進(jìn)行計(jì)算圖 15 滑軌側(cè)面示意圖以一元硬幣的滑軌坡度為例，進(jìn)行計(jì)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?gòu)幕壜涞接?jì)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(jì)算得斜坡高度為12/tan04/tan0+6=4.7XL?????我們?cè)O(shè)計(jì)尺寸為 15.8 滿(mǎn)足所需條件同理，其他斜坡長(zhǎng)度都比一元的要小，故設(shè)計(jì)尺寸都為 15.8mm 滿(mǎn)足所需要求。（2）特定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：為了讓硬幣更好的導(dǎo)入下面的計(jì)數(shù)通道中，斜坡最后設(shè)計(jì)有一個(gè)大一點(diǎn)的斜坡面，讓硬幣與斜坡臺(tái)的接觸面積增大，更好的改變硬幣的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而使它落入下面的計(jì)數(shù)通道當(dāng)中。（3）尺寸設(shè)計(jì)：11硬幣在滑道中滑動(dòng)，滑道寬度在入口保證 3mm，讓硬幣一個(gè)一個(gè)進(jìn)來(lái)，分揀滑道口則為 4 毫米，讓硬幣能在滑道中改變軌跡時(shí)不會(huì)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(tái)能順利導(dǎo)出硬幣，使其進(jìn)入計(jì)數(shù)通道。圖 16 滑軌尺寸圖12圖 17 安裝在滑軌上的一元斜臺(tái)5.1.3. 計(jì)數(shù)通道尺寸計(jì)數(shù)通道出口最小尺寸也大于硬幣的直徑，所以不會(huì)出現(xiàn)卡幣現(xiàn)象。設(shè)計(jì)在計(jì)數(shù)通道當(dāng)中掏出一個(gè)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(jì)數(shù)通道尺寸如下圖所示。 圖 18 計(jì)數(shù)通道尺寸圖5.2.馬達(dá)選型計(jì)算1）轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)盤(pán)選材為 ABS 塑料，由 Creo 分析可得 ，384.cmV?32.7g/c??2.7.27gm???轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (r 為轉(zhuǎn)盤(pán)半徑 )2 2420184.756.10kgJr ????一元硬幣自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（一元硬幣質(zhì)量 m1 為 6.1g,半徑 R 為 12.5mm）22721=.1=mJmR??本產(chǎn)品設(shè)計(jì)殼體內(nèi)最多容納計(jì)算容納 200 個(gè)一元硬幣時(shí)，硬幣繞轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)13慣量 2 2 22110()0(476.15)0.7kg.mJJmr???????所以轉(zhuǎn)盤(pán)和硬幣總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 202.064.07.64kgJJ ?（2）轉(zhuǎn)盤(pán)角加速度：假設(shè)轉(zhuǎn)盤(pán)在 1S 內(nèi)從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速 2r/s,所以角加速度為 223.142.56rad/snt?????（3）轉(zhuǎn)盤(pán)軸所需的力矩： 0.76412.50.1NmTJ??????表 2 馬達(dá)參數(shù)表型號(hào) 額定電壓 額定力矩JGB37-550 DC12V 1N.M所選馬達(dá)的力矩為 1Nm，遠(yuǎn)大于所需的 0.1N.m，所以滿(mǎn)足要求。（4）校核計(jì)算： sin9.8sin(20).754.rad/sgr?????????則所需最小轉(zhuǎn)速為 41r/s23???由于 n0; x--)for(y=100; y0; y--)； }void delay(unsigned char n){ unsigned char i,j;for(j=0; j=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 1if(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 1if(vas3=99){ Irin3Led=0;vas3=99； } }} } }光電計(jì)數(shù)傳感器基本參數(shù)選擇如表 3。表 3 光電計(jì)數(shù)傳感器型號(hào)和數(shù)量選擇電壓 電流 響應(yīng)時(shí)間 有效距離 個(gè)數(shù)5VDC 5mA 2ms 0~300mm 4 對(duì)205.5.4. 控制機(jī)構(gòu)啟動(dòng)功能：控制馬達(dá)的啟動(dòng)來(lái)帶動(dòng)整個(gè)機(jī)器的工作。暫停功能：暫停馬達(dá)的工作來(lái)控制整個(gè)機(jī)器的運(yùn)動(dòng)。清零功能：將計(jì)數(shù)顯示清零。5.6.設(shè)計(jì)計(jì)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(hào) 組件 數(shù)量 尺寸 重量 材料1 硬幣轉(zhuǎn)盤(pán)傳送 1 如尺寸圖 12 和圖 14 84.4g ABS2 篩選滑道 1 如尺寸圖 16 和尺寸圖1760.2g ABS3基本功能計(jì)數(shù)通道 4 如尺寸圖 18 12.3g 塑料4 硬幣收集筒 4 如圖 10 8g 塑料5 計(jì)數(shù)傳感器 4 光電傳感器6 數(shù)字指示器 1 LED 顯示屏額定電壓 DC12V扭矩 1N.m7 馬達(dá)1轉(zhuǎn)速 100r/min8輔助功能控制器 1 開(kāi)始 暫停 復(fù)位總計(jì) 17表 5 硬幣分揀機(jī)產(chǎn)品參數(shù)表電源需求 AV220V 50HZ額定電流 0.85A功率 25W單臺(tái)凈重 約 4kg外箱尺寸 長(zhǎng) 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 400~600 個(gè)/分鐘計(jì)數(shù)模式 連續(xù)計(jì)數(shù)模式、累計(jì)計(jì)數(shù)模式216. 硬幣分揀機(jī)特點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)6.1.特點(diǎn)本產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)硬幣的分類(lèi)、清點(diǎn)、整理三種功能，同時(shí)具有如下特點(diǎn)：1）體積小巧：裝置體積小巧（長(zhǎng) 390mm×寬 200mm×高 300mm） ，不用專(zhuān)門(mén)騰出空間放置使用；2）清撿速度快：每分鐘最快可達(dá) 600 個(gè)。3）具有多種計(jì)數(shù)模式：連續(xù)計(jì)數(shù)模式，累計(jì)計(jì)數(shù)模式。6.2.創(chuàng)新點(diǎn)本設(shè)計(jì)產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下：1）基于分區(qū)斜盤(pán)的硬幣分揀機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)盤(pán)，斜置的圓臺(tái)狀容幣殼體能使得硬幣依次從容幣殼體滑動(dòng)到分區(qū)斜盤(pán)，同時(shí)斜盤(pán)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(jìn)入篩選滑軌，提高了分揀效率。2）基于斜坡凸臺(tái)的硬幣篩選滑軌機(jī)構(gòu)。利用不同高度的斜坡凸臺(tái)巧妙地改變不同直徑硬幣的運(yùn)動(dòng)軌跡，達(dá)到分揀的目的（實(shí)現(xiàn)對(duì)一元、舊一角、五角、一角的依次分揀） ，設(shè)計(jì)巧妙，精度高；3）采用“計(jì)數(shù)通道- 接幣筒-硬幣包裝紙”的硬幣整理半包裝機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)計(jì)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(lái)，從而達(dá)到硬幣包裝的效果。同時(shí)在在計(jì)數(shù)通道支架上設(shè)置了一個(gè)光電傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)數(shù)功能。該硬幣整理半包裝機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)硬幣的整理、半包裝和計(jì)數(shù)三種功能。7. 應(yīng)用前景我們?cè)O(shè)計(jì)的硬幣分揀機(jī)可在便利店等個(gè)體商戶(hù)或居家使用。通過(guò)調(diào)研分析，硬幣分揀的應(yīng)用需求很大。比如，就學(xué)校附近的普通個(gè)體商戶(hù)數(shù)就超百家，用戶(hù)群大，市場(chǎng)前景廣闊。我們?cè)O(shè)計(jì)的小型硬幣分揀機(jī)同時(shí)具有分揀、篩選、整理、包裝和計(jì)數(shù)五種主要功能，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，同時(shí)成本較低，性能優(yōu)，將能滿(mǎn)足超市，游樂(lè)場(chǎng)，便利店，居家等廣大用戶(hù)的需求。8. 參考文獻(xiàn)[1]璞學(xué)良，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì) 北京：高等教育出版社.2006[2]張占新，材料力學(xué)，西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社.200522[3]于永泗，齊民.機(jī)械工程材料. 大連：大連理工大學(xué)出版社.2007[4]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005[5]大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室.機(jī)械制圖（第六版）.北京：高等教育出版社.2007[6]張毅剛 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 北京：人民郵電出版社， 2011