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題 目： 全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎
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摘要
本篇畢業(yè)設(shè)計(jì)的論文主要闡述的是全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)的設(shè)計(jì)。全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)不同大小個(gè)數(shù)的硬幣定量的進(jìn)行清分捆扎。大面值貨幣電子化、小面值貨幣硬幣化是世界各國貨幣發(fā)行的趨勢(shì)。在銀行自動(dòng)售貨機(jī)、公交車等一些特殊部門要對(duì)大量的硬幣進(jìn)行高效的處理，如計(jì)數(shù)、分類、包裝等以使其再流通，無人售票車、投幣電話等需要對(duì)硬幣進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別。本文首先對(duì)全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)要有整體的構(gòu)思，通過各種途徑了解全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)的發(fā)展從硬幣的放入，分類，計(jì)數(shù)，再到捆扎構(gòu)思出需要用到的機(jī)構(gòu)和原理，確定系統(tǒng)總體方案、電機(jī)功率及轉(zhuǎn)速；其次就是方案的實(shí)現(xiàn)，確定零部件的參數(shù)，繪制件圖；最后整理資料，撰寫設(shè)計(jì)說明。
關(guān)鍵詞：捆軋機(jī)、滑道、光敏傳感器、膜片
目錄
1 緒論 5
1.1 研究全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)的目的和意義 5
1.2 全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)國內(nèi)外發(fā)展概述 5
1.3 本課題的主要研究內(nèi)容 5
1.4 研究思路、方法和步驟 6
1.5 全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)的工作原理及作用 6
2 方案確定 6
2.1 電源 7
2.2 總體參數(shù) 7
2.3 振動(dòng)料斗 7
2.3.1 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 7
2.4 分離步驟 8
2.5 計(jì)數(shù)步驟 8
2.6 電路設(shè)計(jì) 8
2.7 總體方案圖繪制 9
3 全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 9
3.1 總體尺寸要求 9
3.2 振動(dòng)料斗設(shè)計(jì) 9
3.3 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 9
3.3.1 電動(dòng)機(jī)的選型 9
3.3.2 電機(jī)轉(zhuǎn)速 10
3.3.3 電機(jī)功率 11
3.3.4 電機(jī)材料 11
3.3.5 電動(dòng)機(jī)的選擇 11
3.3.6 皮帶輪的設(shè)計(jì)要求 12
3.3.7 帶輪的材料 12
3.3.8 皮帶輪的結(jié)構(gòu) 12
3.3.9 皮帶輪相關(guān)計(jì)算 13
3.3.10 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
3.3.11 皮帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 16
3.3.12 錐齒輪的設(shè)計(jì) 17
3.4 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 20
3.4.1 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的概述 20
3.4.2 硬幣導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)要求 21
3.5 轉(zhuǎn)盤的加工設(shè)計(jì) 22
3.6 傳感器的選用 27
3.7 自動(dòng)捆軋機(jī)設(shè)計(jì) 28
3.7.1 定位機(jī)械手設(shè)計(jì) 28
3.7.2 定位機(jī)械手電機(jī) 32
3.7.3 定位機(jī)械手絲杠設(shè)計(jì) 35
3.7.4 送紙及包卷功能設(shè)計(jì) 41
3.8 機(jī)架的設(shè)計(jì) 42
4 環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)性分析 43
4.1 節(jié)能環(huán)保性分析 43
4.2 經(jīng)濟(jì)性分析 43
4.3 結(jié)束語 43
5 參考文獻(xiàn) 46
1 緒論
1.1 研究全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)的目的和意義
大面值貨幣電子化、小面值貨幣硬幣化是世界各國貨幣發(fā)行的趨勢(shì)。在銀行自動(dòng)售貨機(jī)、公交車等一些特殊部門要對(duì)大量的硬幣進(jìn)行高效的處理，如計(jì)數(shù)、分類、包裝等以使其再流通，無人售票車、投幣電話等需要對(duì)硬幣進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別。
研究本課題可以極大的方便我們的生活，提高工作效率，全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)能夠?qū)Υ罅康挠矌胚M(jìn)行高速計(jì)數(shù)和捆扎,并且還具有一定的清分功能,是一種實(shí)用高效的產(chǎn)品。
1.2 全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)國內(nèi)外發(fā)展概述
硬幣清分機(jī)至今已有30年的歷史，發(fā)展到今天，硬幣清分機(jī)已具有可靠的傳動(dòng)系統(tǒng)和先進(jìn)的計(jì)數(shù)清分功能，其智能化的設(shè)計(jì)為解決硬幣清點(diǎn)的困難提供了完美的選擇。由于國外硬幣清分機(jī)發(fā)展比較早，其技術(shù)也較為成熟。硬幣清分機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)具有低噪聲、傳動(dòng)平穩(wěn)、、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)；計(jì)數(shù)功能采用光敏傳感器，有功能齊全，操作更簡便等優(yōu)點(diǎn)；采用數(shù)字顯示屏，進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，全面顯示硬幣的數(shù)量等信息。硬幣清分機(jī)國內(nèi)生產(chǎn)：在國內(nèi)，清華大學(xué)、北京科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、杭州電子科技大學(xué)、蘇州大學(xué)、福州大學(xué)等多家單位均對(duì)如何進(jìn)行正確的硬幣識(shí)別做過深入研究，在機(jī)理上普遍采用電渦流法。這些單位的研究在可能涉及的硬幣范圍內(nèi)取得了較好的效果，但對(duì)硬幣的鑒別都局限于項(xiàng)目本身，存在不系統(tǒng)、不完整，對(duì)偽幣效果識(shí)別不好等問題。綜合來看，當(dāng)今國內(nèi)外硬幣清分裝置，或者設(shè)計(jì)原理簡單，抗振動(dòng)、抗電磁干擾能力差，識(shí)別偽幣能力差；要么制造復(fù)雜、價(jià)格昂貴、缺少實(shí)用價(jià)值。
1.3 本課題的主要研究內(nèi)容
本課題主要研究的內(nèi)容是：
1、全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)采用物理技術(shù)進(jìn)行清分，設(shè)計(jì)原理簡
單，能對(duì)國內(nèi)新版硬幣進(jìn)行快速清分，但不具備辯偽功能。
2、該機(jī)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硬幣個(gè)數(shù)定量的進(jìn)行清分捆扎。
3、機(jī)器可以將硬幣的清分和捆扎一次性完成，省略中途人為操作的麻煩。
1.4 研究思路、方法和步驟
（一）、首先要對(duì)全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)要有整體的構(gòu)思，通過各種途徑了解全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)的發(fā)展從硬幣的放入，分類，計(jì)數(shù)，再到捆扎構(gòu)思出需要用到的機(jī)構(gòu)和原理。
（二）、因?yàn)橐淮涡钥赡苄枰湃氪罅康幕祀s的硬幣，所以設(shè)計(jì)成振動(dòng)料斗，在振動(dòng)料斗的作用下使硬幣在進(jìn)入滑道前排列定向依次進(jìn)入滑道，在滑道上開有小槽，使不和規(guī)格的硬幣落入下面的槽中。
（三）、該機(jī)器采用光敏傳感器作為基本傳感器進(jìn)行硬幣的計(jì)數(shù)，在硬幣進(jìn)槽的途中放置光電三極管作為檢測元件。當(dāng)硬幣通過時(shí)，接收端會(huì)收到光信號(hào)，并且通過LED數(shù)碼顯示管將計(jì)數(shù)結(jié)果顯示出來。
（四)、最后的捆扎采用的是塑料薄膜對(duì)已經(jīng)分好的成堆硬幣進(jìn)行纏繞，然后通過熱封薄膜的作用進(jìn)行固定。
1.5 全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)的工作原理及作用
具體的分離步驟是這樣的，首先混幣通過傳輸裝置，定時(shí)定量的（定時(shí)定量的目的在于防止一次送進(jìn)過多的硬幣而導(dǎo)致分離盤負(fù)擔(dān)過大，引起堵塞和分離不流暢）傳輸一部分混幣到圖中所示的分離盤，起先我們分離的是幣值為1分的硬幣，所以第一個(gè)傳感器擋幣塊與導(dǎo)軌的距離設(shè)計(jì)的要比1分的硬幣略大，比其它幣值的硬幣直徑都要小，以此為標(biāo)準(zhǔn)再經(jīng)過實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的分離效果，我們確定一個(gè)合適的直徑，這樣一來，1分的硬幣和其它幣值的硬幣就區(qū)分了出來。
其工作原理如下：啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)分離盤，使得分離盤轉(zhuǎn)動(dòng)，則分離盤中的硬幣作離心運(yùn)動(dòng)，硬幣被撥到導(dǎo)軌中（導(dǎo)軌上端對(duì)應(yīng)6個(gè)傳感器擋幣塊,擋幣塊與導(dǎo)軌的距離大小循序從上到下依次變大），然后根據(jù)硬幣的尺寸由小到大的循序?qū)鯉艍K與導(dǎo)軌之間的距離進(jìn)行調(diào)整，從而對(duì)不同直徑的硬幣進(jìn)行分離。
2 方案確定
該全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)的坐標(biāo)形式是球坐標(biāo)式，其臂部的運(yùn)動(dòng)由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組成，即沿X軸的伸縮，繞Y軸的俯仰和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。這種機(jī)械手臂部的俯仰運(yùn)動(dòng)能抓取到地面上的物件，為了使手部能夠適應(yīng)被抓取對(duì)象方位的要求，常常設(shè)有手腕上下擺動(dòng)，使其手部保持水平位置或其它狀態(tài)。這種形式的機(jī)械手具有動(dòng)作靈活，占地面積小而工作范圍大等特點(diǎn)，它適用于沿伸縮方向向外作業(yè)的傳動(dòng)形式。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，此外，臂部擺角的誤差通過手臂會(huì)引起手部中心處的誤差放大。
2.1 電源
電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置，也稱電源供應(yīng)器，它提供所有部件所需要的電能。電源功率的大小，電流和電壓是否穩(wěn)定，將直接影響電機(jī)、控制元件和電腦等的工作性能和使用壽命。
電源涉及到電壓和頻率，各國的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，電頻率歐洲為60Hz，中國為50Hz；電壓的選取則要根據(jù)實(shí)際情況的需要，主要是電纜能承受的范圍內(nèi)選取，一般情況下，功率不大，都選取AC220V作為動(dòng)力電源，根據(jù)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，本篇中全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)的電機(jī)采用常用的3相交流電壓AC220V，50Hz的電制。
2.2 總體參數(shù)
全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)有幾大部件：1、電機(jī)，2、振動(dòng)料斗，3、滑軌，4、捆軋機(jī)，5、皮帶系統(tǒng)，本篇；論文的全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)有如下參數(shù)：
電機(jī)型號(hào)
YL55-4
電制
220V/50Hz
電機(jī)功率
55W
電機(jī)轉(zhuǎn)速
150rpm
驅(qū)動(dòng)方式
電驅(qū)動(dòng)
控制方式
PLC控制
重量
5kg
2.3 振動(dòng)料斗
2.3.1 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸，在料斗中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)料斗的硬幣在驅(qū)動(dòng)輪的作用下，不至于在料斗中卡死，從而實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)料斗的作用。
2.4 分離步驟
具體的分離步驟是這樣的，首先混幣通過傳輸裝置，定時(shí)定量的（定時(shí)定量的目的在于防止一次送進(jìn)過多的硬幣而導(dǎo)致分離盤負(fù)擔(dān)過大，引起堵塞和分離不流暢）傳輸一部分混幣到圖中所示的分離盤，起先我們分離的是幣值為1分的硬 幣，所以第一個(gè)傳感器擋幣塊與導(dǎo)軌的距離設(shè)計(jì)的要比1分的硬幣略大，比其它幣值的硬幣直徑都要小，以此為標(biāo)準(zhǔn)再經(jīng)過實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的分離效果，我們確定一個(gè)合適的直徑，這樣一來，1分的硬幣和其它幣值的硬幣就區(qū)分了出來。
其工作原理如下：啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)分離盤，使得分離盤轉(zhuǎn)動(dòng)，則分離盤中的硬幣作離心運(yùn)動(dòng)，硬幣被撥到導(dǎo)軌中（導(dǎo)軌上端對(duì)應(yīng)6個(gè)傳感器擋幣塊,擋幣塊與導(dǎo)軌的距離大小循序從上到下依次變大），然后根據(jù)硬幣的尺寸由小到大的循序?qū)鯉艍K與導(dǎo)軌之間的距離進(jìn)行調(diào)整，從而對(duì)不同直徑的硬幣進(jìn)行分離。其裝置簡圖如圖1所示
2.5 計(jì)數(shù)步驟
本系統(tǒng)采取的是利用光敏傳感器作為基本傳感器進(jìn)行硬幣的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)裝置是用光電三極管作為檢測元件。
當(dāng)硬幣陸續(xù)通過導(dǎo)軌所指位置時(shí)，接收端會(huì)收到光信號(hào)，通過一個(gè)就會(huì)收到一個(gè)光信號(hào)，通過N個(gè)就會(huì)收到N個(gè)光信號(hào)，同時(shí)在其輸出端輸出N個(gè)電脈沖信號(hào)。采用一單片機(jī)對(duì)輸出的電脈沖信號(hào)的下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且通過LED數(shù)碼顯示管將計(jì)數(shù)結(jié)果顯示出來。
2.6 電路設(shè)計(jì)
為了滿足上述系統(tǒng)的正常工作，我們可以采用可編程控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以采用單片機(jī)自行開發(fā)印制電路板。前者開發(fā)周期短，抗干擾能力強(qiáng)，但作為批量生產(chǎn)，其價(jià)格昂貴，保密性不好，他人易于模仿。后者開發(fā)時(shí)須投入一些人力物力，對(duì)于只有開關(guān)量輸入、輸出的控制系統(tǒng)，干擾比較容易解決，只要電路板布線合理一些、整線布線注意一下就可以了。所以，本機(jī)的采用的硬件電路設(shè)計(jì)如圖。
2.7 總體方案圖繪制
出總裝圖后描述！
3 全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算
全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)的計(jì)算主要分為V型皮帶傳動(dòng)計(jì)算、錐齒輪計(jì)算、導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)盤的加工設(shè)計(jì)、傳感器的選用等等，下面我們就一一來進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
3.1 總體尺寸要求
電機(jī)型號(hào)
YL55-4
電制
220V/50Hz
電機(jī)功率
55W
電機(jī)轉(zhuǎn)速
150rpm
驅(qū)動(dòng)方式
電驅(qū)動(dòng)
控制方式
PLC控制
重量
5kg
具體結(jié)構(gòu)尺寸見圖紙。
3.2 振動(dòng)料斗設(shè)計(jì)
出圖后描述！
3.3 傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.3.1 電動(dòng)機(jī)的選型
考慮到設(shè)計(jì)的硬幣清分機(jī)機(jī)適用對(duì)象為零售業(yè)、銀行和個(gè)體商戶戶,故電動(dòng)機(jī)電壓應(yīng)選用220V.再考慮到所受的載荷不大,所需動(dòng)力不是很大,選用小功率的電動(dòng)機(jī).
綜合各方面因素,選用YL系列電動(dòng)機(jī).
YL系列電動(dòng)機(jī)是新型高效節(jié)能產(chǎn)品,具有體積小、容量大,起動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)性能優(yōu)越等特點(diǎn),符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEC的有關(guān)規(guī)定,并實(shí)現(xiàn)同一機(jī)座號(hào)單、三相異步電動(dòng)機(jī)等級(jí)相同,提高了單、三相電動(dòng)機(jī)的互換性和通用性,被廣泛應(yīng)用于冷凍機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、,小型機(jī)床以及農(nóng)副業(yè)和家用電器等方面.
電機(jī)的基本參數(shù)主要就是電機(jī)的功率及轉(zhuǎn)速，這是電機(jī)的核心參數(shù)，下面將對(duì)電機(jī)的功率按照電機(jī)的使用的21.5%來計(jì)算電機(jī)的功率，使用系數(shù)為21.5%，即使用轉(zhuǎn)速則根據(jù)電機(jī)自身的特性來選取，具體計(jì)算如下。
異步電機(jī)是一種交流電機(jī)，其負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之比不是恒定關(guān)系。還隨著負(fù)載的大小發(fā)生變化。負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越低。異步電機(jī)包括感應(yīng)電機(jī)、雙饋異步電機(jī)和交流換向器電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)應(yīng)用最廣，在不致引起誤解或混淆的情況下，一般可稱感應(yīng)電機(jī)為異步電機(jī)。
普通異步電機(jī)的定子繞組接交流電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源連接。因此，它具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。異步電機(jī)有較高的運(yùn)行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運(yùn)行，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)要求。異步電機(jī)還便于派生成各種防護(hù)型式，以適應(yīng)不同環(huán)境條件的需要。異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須從電網(wǎng)吸取無功勵(lì)磁功率，使電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)球磨機(jī)、壓縮機(jī)等大功率、低轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備，常采用同步電機(jī)。由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速有一定的轉(zhuǎn)差關(guān)系，其調(diào)速性能較差(交流換向器電動(dòng)機(jī)除外)。對(duì)要求較寬廣和平滑調(diào)速范圍的交通運(yùn)輸機(jī)械、軋機(jī)、大型機(jī)床、印染及造紙機(jī)械等，采用直流電機(jī)較經(jīng)濟(jì)、方便。但隨著大功率電子器件及交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，目前適用于寬調(diào)速的異步電機(jī)的調(diào)速性能及經(jīng)濟(jì)性已可與直流電機(jī)的相媲美。
3.3.2 電機(jī)轉(zhuǎn)速
電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)影響到電機(jī)的產(chǎn)生的噪音的大小，同時(shí)也會(huì)伴隨震動(dòng)，轉(zhuǎn)速過快其壽命也將縮短，但是轉(zhuǎn)速過慢，電機(jī)的極數(shù)又會(huì)增多，價(jià)格又會(huì)上漲，所以應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的需要來選取電機(jī)的。選取電機(jī)轉(zhuǎn)速為150rpm。
電機(jī)的極數(shù)反映出電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，2極同步轉(zhuǎn)速是300r/min，4極同步轉(zhuǎn)速是150r/min，6極同步轉(zhuǎn)速是100r/min,8極同步轉(zhuǎn)速是750r/min。繞組的一來一去才能組成回路，也就是磁極對(duì)數(shù)，是成對(duì)出現(xiàn)的，極就是磁極的意思，這些繞組當(dāng)通過電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場，相應(yīng)的就會(huì)有磁極。 三相交流電機(jī)每組線圈都會(huì)產(chǎn)生N、S磁極，每個(gè)電機(jī)每相含有的磁極個(gè)數(shù)就是極數(shù)。由于磁極是成對(duì)出現(xiàn)的，所以電機(jī)有2、4、6、8……極之分。本篇的電機(jī)采用4級(jí)。
3.3.3 電機(jī)功率
全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)的電機(jī)功率如下：
P’=F.V；
P—全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)電機(jī)功率,kW；
F— 提供的動(dòng)力,N；
V—提供的速度；
已知，N=100N，V=0.55m/s，所以計(jì)算出P=0.055kW，取P=0.055kW。
n=150rpm。
3.3.4 電機(jī)材料
電機(jī)的材料主要指電機(jī)的外殼材料，由于電機(jī)所處的環(huán)境干燥，所以電機(jī)材料可以使用鑄鐵，同時(shí)其防護(hù)等級(jí)只需取B級(jí)即可滿足本片中全自動(dòng)硬幣清點(diǎn)捆扎機(jī)的要求。
3.3.5 電動(dòng)機(jī)的選擇
由于運(yùn)輸機(jī)的功率P′=55w，可知電動(dòng)機(jī)的功率為P>P′。又根據(jù)其工作條件，選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，額定電壓為220V，Y型。選用YL25-4，其額定功率為P=55w，額定轉(zhuǎn)速為n1=150 r/min
電動(dòng)機(jī)外形安裝尺寸如下表，
型號(hào)
尺 寸 （mm）
H
A
B
C
D
E
G
K
b
b1
b2
h
AA
BB
HA
L1
Y132M
40
50
40
25
20
40
20
6
60
60
40
60
20
40
8
65
電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)：
型號(hào):YL801-4
電壓:220V
功率:0.055KW
同步轉(zhuǎn)速:150r/min
頻率:50HZ
效率:68%
功率因數(shù):0.92外形尺寸:654040
電動(dòng)機(jī)的安裝方式：
選擇IBM3型
3.3.6 皮帶輪的設(shè)計(jì)要求
① 電動(dòng)機(jī)皮帶輪的設(shè)計(jì) ② 主軸皮帶輪的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)皮帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量?。唤Y(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力，質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過動(dòng)平衡，輪槽工作面要經(jīng)過精細(xì)加工（表面粗糙度一般應(yīng)為3.2）以減帶的磨損，各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。
3.3.7 帶輪的材料
此處帶輪的材料，采用鑄鐵，材料牌號(hào)為HT200。
3.3.8 皮帶輪的結(jié)構(gòu)
鑄鐵制皮帶輪的典型結(jié)構(gòu)有以下幾種形式：①實(shí)心式②腹板式③孔板式④橢圓輪輻式.
當(dāng)帶輪的基準(zhǔn)直徑2.5d(d為軸的直徑，單位為mm)時(shí)，可采用實(shí)心式； 300mm時(shí)，可采用腹板式（當(dāng)100mm時(shí)，可采用孔板式）；300mm時(shí)，可采用輪輻式。
3.3.9 皮帶輪相關(guān)計(jì)算
已知電動(dòng)機(jī)的額定功率為0.025KW,轉(zhuǎn)速n1=1500r/min,選取傳動(dòng)比為i=3.9,采用普通皮帶傳動(dòng).
1.確定計(jì)算功率P
由參考資料[1]表8-6查得工作情況系數(shù) KA=1.1,故
P=KAP=1.10.55=0.0605KW
2.選取帶型
根據(jù)P，n 由參考資料[1]圖8-9確定選用Z型
3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由[1]表8-3和表8-7取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 d=71mm
則從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 d=i d=3.971=276.9mm
根據(jù)參考資料[1]表8-7 取d=280mm
按參考資料[1]式(8-13)驗(yàn)算帶的速度
V==m/s=5.57<35m/s
帶的速度合適
4.確定皮帶的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心距
根據(jù) 0.7(dd1+dd2)
120°
主輪上的包角合適
6.計(jì)算皮帶的根數(shù)Z
由參考資料[1]式(8-22)知
由n1=1500r/min, dd1=71mm, i=3.9 查由參考文獻(xiàn)[1]表8-5a和參考文獻(xiàn)[1]表8-5b,得
P=0.31kw, △P=0.003kw
查參考資料[1]表8-8,得K=0.92
查參考資料[1]表8-2,得K=1.14
則=1.697
取z=2
式(8-22)中 K—————包角系數(shù)
K——————長度系數(shù)
P——————單根皮帶的基本額定功率
△P—————計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí),單根皮帶額定功率的增量
7.計(jì)算預(yù)緊力F
由參考資料[1]式(8-23)知
F=
查參考資料[1]表8-4, 得q=0.06kg/m,故
F==49.687584N
8.計(jì)算作用在軸上的壓軸力F
由參考資料[1]式(8-24), 得
F===192.3N
3.3.10 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的截型確定輪槽尺寸，參考文獻(xiàn)[1]表（8-10），帶輪的其它結(jié)構(gòu)尺寸可參照參考文獻(xiàn)[1]圖（8-12）所列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，確定了帶輪的各部分尺寸后，即可繪制出零件圖，并按工藝要求注出相應(yīng)的技術(shù)條件等。
由以上的計(jì)算可知：電動(dòng)機(jī)的皮帶輪選實(shí)心式；主軸皮帶輪選腹板式。
3.3.11 皮帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)
圖 3-1 皮帶輪的輪槽尺寸
皮帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3-1 表 3-1
注：電動(dòng)機(jī)皮帶輪
L=(1.5~2)d, B<1.5d時(shí)，L=B，此處L=28
=(1.8~2)d, d為軸的直徑，此處=2d
主軸皮帶輪
L=（1.5~2）d, 當(dāng)B<1.5d時(shí)，L=B,此處L=28
=B 此處=B=7
3.3.12 錐齒輪的設(shè)計(jì)
選用直齒錐形齒輪,取錐齒輪傳動(dòng)效率=0.95,
小錐齒輪傳動(dòng)功率為P=0.05225,轉(zhuǎn)速n=384.6r/min.傳動(dòng)比i=2.
一、選擇齒輪材料
小齒輪用45調(diào)質(zhì),齒面硬度200-230HBS
大齒輪用45調(diào)質(zhì),齒面硬度170-200HBS
根據(jù)齒面硬度中值,按參考資料[2]圖17-1中MQ線查得
小齒輪=565MPa
大齒輪=545MPa
二、選定齒輪精度等級(jí)
根據(jù)工作情況,選用8級(jí)精度
三、按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)小齒輪分度直徑
小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T
T=9550P/n=95500.5225/384.6=12.97N·m
齒數(shù)比
u=i=2
配對(duì)材料系數(shù)C
查參考資料[2]表17-18,得C=1
載荷系數(shù)
根據(jù)載荷情況,齒輪精度和齒輪結(jié)構(gòu)位置取K=1.5
(5)許用應(yīng)力
=0.9=0.9565=509MPa
=0.9=0.9545=491MPa
取小值,所以==491MPa
（6）計(jì)算小齒輪分度圓直徑d
=52mm
四、計(jì)算主要尺寸與參數(shù)
(1)選定小齒輪齒數(shù)z
由參考資料[2]圖17-18,并根據(jù)小齒輪直徑,齒面硬度選定z=20,則z= zu=40
(2)確定模數(shù)m
=52/20=2.6mm
取標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5mm
(3)計(jì)算分度圓直徑,
=m z=50mm
=m z=100mm
(4)計(jì)算分錐角,
=arc tan(z/ z)=arc tan(20/40)=26.565°
=90°-=63.435°
計(jì)算錐距R
R===55.9mm
計(jì)算輪齒寬度b
取=0.33
b=R=55.9=18.447mm
取b=20mm
計(jì)算齒頂圓直徑,
==12.5=2.5mm
===54.59mm
=102.2mm
計(jì)算平均圓周速度
=41.75mm
=0.84m/s
錐齒輪傳動(dòng)參數(shù)見表3-2 表 3-2
參數(shù)
代號(hào)
參數(shù)值
小齒輪
大齒輪
齒形角
20°
20°
大端面模數(shù)
m
2.5
2.5
傳動(dòng)比
i
2
2
齒數(shù)
z
20
40
分錐角
26.565°
63.435°
分度圓直徑
d
50
100
錐距
R
55.9
55.9
齒寬系數(shù)
0.33
0.33
齒寬
b
20
20
齒頂高
2.5
2.5
齒高
h
5.5
5.5
齒根高
3
3
齒頂圓直徑
54.5
102.2
齒根角
3.07°
3.07°
齒頂角
3.07°
3.07°
頂錐角
29.635°
66.505°
根錐角
23.495°
60.365°
安裝距
A
72
53
外錐角高
48.88
22.76
五 、小錐齒輪零件圖如下
3.4 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
3.4.1 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的概述
直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的作用是用來支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件按給定的方向作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌可以是一個(gè)專門的零件，也可以是一個(gè)零件上起導(dǎo)向作用的部分。滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)件直接接觸。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、接觸剛度大；缺點(diǎn)是摩擦阻力大、磨損快、低速運(yùn)動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。
按照機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，一個(gè)剛體在空間有六個(gè)自由度，即沿x、y、z軸移動(dòng)和繞它們轉(zhuǎn)動(dòng)（圖）。對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，必須限制運(yùn)動(dòng)件的五個(gè)自由度，僅保留沿一個(gè)方向移動(dòng)的自由度。
導(dǎo)軌的導(dǎo)向面有棱柱面和圓柱面兩種基本型式。
圖 導(dǎo)軌的導(dǎo)向原理
以棱柱面相接觸的零件只有沿一個(gè)方向移動(dòng)的自由度，如圖3-29b、c、d所示的棱柱面導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)件只能沿x方向移動(dòng)。棱柱面由幾個(gè)平面組成，但從便于制造、裝配和檢驗(yàn)出發(fā)，平面的數(shù)目應(yīng)盡量少，圖中的棱柱面導(dǎo)軌由兩個(gè)窄長導(dǎo)向平面組成。限制運(yùn)動(dòng)件自由度的面，可以集中在一根導(dǎo)軌上，但為提高導(dǎo)軌的承載能力和抵抗傾復(fù)力矩的能力，絕大多數(shù)情況是采用兩根導(dǎo)軌。
以圓柱面相配合的兩個(gè)零件，有繞圓柱面軸線轉(zhuǎn)動(dòng)及沿此軸線移動(dòng)的兩個(gè)自由度，在限制轉(zhuǎn)動(dòng)這一自由度后，則只有沿其軸線方向移動(dòng)的自由度（圖）。
3.4.2 硬幣導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)要求
一、導(dǎo)軌的基本要求
1、導(dǎo)向精度高。導(dǎo)向精度是指運(yùn)動(dòng)件按給定方向作直線運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度，它主要取決于導(dǎo)軌本身的幾何精度及導(dǎo)軌配合間隙。導(dǎo)軌的幾何精度可用線值或角值表示。
圖 導(dǎo)軌的幾何角度
（1）導(dǎo)軌在垂直平面和水平面內(nèi)的直線度 如圖3-30a、b所示，理想的導(dǎo)軌面與垂直平面A-A或水平面B-B的交線均應(yīng)為一條理想直線，但由于存在制造誤差，致使交線的實(shí)際輪廓偏離理想直線，其最大偏差量△即為導(dǎo)軌全長在垂直平面（圖3-30a）和水平面（圖3-30b）內(nèi)的直線度誤差。
（2）導(dǎo)軌面間的平行度 圖3-30c所示為導(dǎo)軌面間的平行度誤差。設(shè)V形導(dǎo)軌沒有誤差，平面導(dǎo)軌縱向有傾斜，由此產(chǎn)生的誤差△即為導(dǎo)軌間的平行度誤差。導(dǎo)軌間的平行度誤差一般以角度值表示，這項(xiàng)誤差會(huì)使運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生“扭曲”。
2、運(yùn)動(dòng)輕便、平穩(wěn)、低速時(shí)無爬行現(xiàn)象。導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的不平穩(wěn)性主要表現(xiàn)在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)軌速度的不均勻，使運(yùn)動(dòng)件出現(xiàn)時(shí)快時(shí)慢、時(shí)動(dòng)時(shí)停的爬行現(xiàn)象。爬行現(xiàn)象主要取決于導(dǎo)軌副中摩擦力的大小及其穩(wěn)定性。為此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理選擇導(dǎo)軌的類型、材料、配合間隙、配合表面的幾何形狀精度及潤滑方式。
3、耐磨性好。導(dǎo)軌的初始精度由制造保證，而導(dǎo)軌在使用過程中的精度保持性則與導(dǎo)軌面的耐磨性密切相關(guān)。該導(dǎo)軌的主要作用是引導(dǎo)硬幣流出，：所受摩擦力主要是來自于硬幣，硬幣與導(dǎo)軌之間要不斷的重復(fù)摩擦，所以導(dǎo)軌需要耐磨性很好，而且導(dǎo)軌受到一定的的沖擊力導(dǎo)軌表面的粗糙度及硬度、潤滑狀況和導(dǎo)軌表面壓強(qiáng)的大小。
4、對(duì)溫度變化的不敏感性。即導(dǎo)軌在溫度變化的情況下仍能正常工作。導(dǎo)軌的選材選用45號(hào)鋼。表面要鍍化學(xué)鎳。
5、足夠的剛度。在載荷的作用下，導(dǎo)軌的變形不應(yīng)超過允許值。當(dāng)剛度不足不僅會(huì)降低導(dǎo)向精度，還會(huì)加快導(dǎo)軌面的磨損。因此導(dǎo)軌的尺寸設(shè)計(jì)為長度397mm，寬度為4mm。材料為45#鋼，保證在硬幣流通的載荷下保證足夠的剛度。
6、結(jié)構(gòu)工藝性好。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、便于制造、檢驗(yàn)和調(diào)整，從而降低成本。該導(dǎo)軌的外形簡單。為簡單的矩形。
本次設(shè)計(jì)的硬幣清分機(jī)的，因此對(duì)于導(dǎo)軌的材質(zhì)要求為45#鋼。此外導(dǎo)軌的表面要足夠光滑，所以導(dǎo)軌的裝配面及兩工作面鍍好需要再次拋光處理，去除表面的銳邊及毛刺。
因?yàn)閷?dǎo)軌引導(dǎo)硬幣的流通，所以經(jīng)受一定的沖擊力。所以固定的方式要求要高。導(dǎo)軌表面加工5個(gè)沉頭定位孔，以保證導(dǎo)軌的穩(wěn)定性。
3.5 轉(zhuǎn)盤的加工設(shè)計(jì)?
工藝設(shè)計(jì)
??? 盤類零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)，最重要的是將有相互行位公差要求的加工面安排在一道工序內(nèi)，在一次裝夾下完成加工，消除二次裝夾誤差。
??? 1、精加工（圖1）
圖1 轉(zhuǎn)盤
??? 若用圖2所示的立式多刀自動(dòng)車床加工，加工工藝為：
??? （1） 精車大平面。安排左、右其中一個(gè)刀架車平面，另一個(gè)刀架車內(nèi)孔（φ170mm、φ28mm）。
??? （2）再精車基準(zhǔn)A面。安排左、右其中一個(gè)刀架車平面，另一個(gè)刀架車內(nèi)孔（φ60mm）和外圓（φ75mm）。
圖2 立式多刀自動(dòng)車床
??? 該工藝受機(jī)床動(dòng)作功能限制φ75mm孔與φ28mm孔不能在同一工序內(nèi)完成，需正反兩次裝夾加工，由于重復(fù)定位誤差及夾具制造誤差的存在，很難穩(wěn)定滿足產(chǎn)品兩孔的同軸度要求。
??? 為滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，穩(wěn)定控制產(chǎn)品質(zhì)量，可采用如圖3的數(shù)控車床加工，工藝設(shè)計(jì)上利用數(shù)控車床的自動(dòng)換刀功能采用內(nèi)孔背鏜刀用程序控制從A面加工φ28mm內(nèi)孔，將φ75mm、φ28mm安排在同一道工序內(nèi)加工完成。避免重復(fù)定位誤差及夾具制造誤差對(duì)加工精度的影響，保證產(chǎn)品φ0.03mm的同軸度要求。
圖 立式數(shù)控車床
??? 2、工裝設(shè)計(jì)
??? 數(shù)控車床的主要裝夾工具是卡盤，設(shè)計(jì)使用時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮卡盤的定心精度，避免工件夾緊變形和抬起現(xiàn)象。
??? (1)、保證定心精度
因?yàn)檠b盤的加工面與裝夾面有較高的同軸度要求，卡盤的卡爪一般要在設(shè)備本身 經(jīng)過“自車”來保證定位面與主軸軸線同心度。“自車”時(shí)應(yīng)盡量模擬在加工狀態(tài)下自車，卡爪“自車”后的圓弧面直徑應(yīng)與工件的卡緊外圓直徑盡量一致。另外，“自車”反爪時(shí) 最好漲緊一個(gè)輔具。
3、保證端面跳動(dòng)精度
工件的軸向定位支撐可以通過調(diào)整或“自車”來保證定位點(diǎn)“共面”。但是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪卡盤，卡爪要在卡爪座內(nèi)移動(dòng)，必然要存在一定的滑動(dòng)間隙。在夾緊過程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生 。
工件“抬起”現(xiàn)象。當(dāng)工件要求加工面與定位面之間有較嚴(yán)的跳動(dòng)要求時(shí)，統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪卡盤是很難保證裝夾精度的。為保證內(nèi)孔、外圓的同軸度要求必須將它們安排在同一道工序內(nèi)完成（大平面向上裝夾）?？墒枪ぜ婕庸面時(shí)，要保證圖示跳動(dòng)要求，加工時(shí)必須保證工件的定位面緊貼卡盤的軸向定位面。若采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪盤裝夾很難滿足加工要求。因此，應(yīng)采用帶有“向下拉力”的卡盤，工件夾緊時(shí)，有一個(gè)向下的分力將工件緊貼定位面。
4、機(jī)床結(jié)構(gòu)的選擇方案：
??? (1) 臥式“簡易數(shù)控車床”（如圖10）。這種機(jī)床采用平床身的布局，機(jī)床的制造工藝性好，便于導(dǎo)軌面的加工。水平床身配上水平放置的刀架，可提高刀架的運(yùn)動(dòng)精度。但是水平床身由于下部空間小，故排屑困難。從結(jié)構(gòu)尺寸上看，刀架水平放置使滑板橫向尺寸較長，從而加大了機(jī)床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。該設(shè)備的主要特點(diǎn)是具備兩軸聯(lián)動(dòng)功能并且設(shè)備價(jià)格便宜。但是之所以稱其為“簡易數(shù)控車床”是因?yàn)樗闹鬏S不能無級(jí)調(diào)速、刀架裝刀數(shù)量較少、快移速度慢、無自動(dòng)排屑機(jī)構(gòu)，床身整體結(jié)構(gòu)比數(shù)控臥式車床的剛性差、加工精度低。但是該設(shè)備經(jīng)過多年改進(jìn)，技術(shù)成熟、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，加工精度可達(dá)IT7～I(xiàn)T8，可用于零件的粗加工、半精加工和簡單的型面加工。
圖10 臥式簡易數(shù)控車床
??? (2) 臥式數(shù)控車床（如圖11）。這類機(jī)床結(jié)構(gòu)一般有斜床身結(jié)構(gòu)和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)兩種布局。導(dǎo)軌傾斜的角度小，排屑不便；傾斜角度大，導(dǎo)軌的導(dǎo)向性及受力情況差。其傾斜角度的大小還直接影響機(jī)床外形尺寸高度與寬度的比例。綜合考慮以上因素，中小規(guī)格的數(shù)控車床，其床身的傾斜度以60°為宜。其中平床身斜滑板結(jié)構(gòu)。
圖11 臥式數(shù)控車床
??? 一方面具有水平床身工藝性好的特點(diǎn)，另一方面機(jī)床又具有斜床身結(jié)構(gòu)寬度方向的尺寸小、排屑方便、機(jī)床占地面積小，外形美觀，容易實(shí)現(xiàn)封閉式保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。這兩種布局形式被中、小型數(shù)控車床所普遍采用。在選擇時(shí)，整體斜床身結(jié)構(gòu)的剛性略高于平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，設(shè)備價(jià)格也略高一些。當(dāng)存在重切削加工內(nèi)容時(shí)最好選用整體斜床身結(jié)構(gòu)。臥式數(shù)控車床比較適宜軸類零件及直徑較?。?φ300mm）重量較輕（<10kg）的盤類零件的加工。
(3) 立式數(shù)控車床。與臥式數(shù)控車床最大的區(qū)別是主軸與水平方向垂直，適宜直徑較大、較重的盤類、輪轂類工件，工件裝卸方便、定位可靠，便于組成加工自動(dòng)線。另外德國埃馬克公司研制的倒置式數(shù)控車，是對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一種革新，它更有利于組成自動(dòng)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料。但是此類設(shè)備價(jià)格較高，一般轎車用的盤類零件由于批量大、直徑小比較適宜選用。
考慮到轉(zhuǎn)盤的精度要求較高，且批量小，直徑小。但是本著降低生產(chǎn)成本的目的，最終選定如圖11的臥式數(shù)控車床。
??? 2、刀塔結(jié)構(gòu)的選擇
??? 圖12為立式刀塔，該結(jié)構(gòu)刀具的安裝數(shù)量較多，適宜加工工件高度不高盤類零件。若加工類似輪轂這樣需要鏜深孔的工件，則適宜選擇圖13所示的臥式刀塔，因?yàn)榈毒邞疑钶^長，選擇立式刀塔，刀具的干涉半徑較小，裝刀的數(shù)量將受到限制。為避免干涉，實(shí)際裝刀數(shù)量將減少。
圖12 立式刀塔
圖13 臥式刀塔
因?yàn)樵摫P的高度適中，鏜孔深度一般，最終確定選用選用圖12所示立式刀塔。
3.6 傳感器的選用
該機(jī)器選用的計(jì)數(shù)傳感器為光感傳感器，光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很小（＜μA），稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。當(dāng)一個(gè)硬幣被擋幣塊擋住，碰到傳感器落下后，會(huì)將光信號(hào)傳輸給傳感器，然后光感傳感器再把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。最終將計(jì)數(shù)的結(jié)果通過液晶數(shù)碼管體現(xiàn)出來，即實(shí)現(xiàn)硬幣的計(jì)數(shù)。
3.7 自動(dòng)捆軋機(jī)設(shè)計(jì)
硬幣經(jīng)過振動(dòng)送料機(jī)的兩次分選后經(jīng)過滑道直接滑入裝幣筒中?；郎弦惭b光電記數(shù)裝置和電磁鐵隔板防滿裝置，光電記數(shù)裝置是用來控制硬幣滑入幣筒的數(shù)量，每次記數(shù)為50枚。電磁鐵隔板的作用是防滿，每次滑入幣筒的硬幣如果滿了，電磁鐵隔板就擋在滑道上，使硬幣不再滑入幣筒。
3.7.1 定位機(jī)械手設(shè)計(jì)
手部
手部是用來直接抓取或握緊（或吸附）工件的部件。由于被抓握工件的形狀、尺寸大小、輕重和材料的性能、表面狀況等不同，工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)都是根據(jù)工件的要求而設(shè)計(jì)的。常用的手部結(jié)構(gòu)有夾鉗式、氣吸式、電磁式以及其他形式。
夾鉗式手部設(shè)計(jì)的基本要求：應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力；手指應(yīng)應(yīng)具有一定的開閉范圍、應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾緊精度；要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高；應(yīng)考慮通用性和特殊要求。
臂部及機(jī)身
臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。作用是支承腕部和手部（包括工件與工具）。并帶動(dòng)他們作空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的是把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)則由腕部的自由度實(shí)現(xiàn)。因而機(jī)械手的臂部一般具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求：即手部的伸縮 左右回轉(zhuǎn)和升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。機(jī)身是直接支承和傳動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降 回轉(zhuǎn)和俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因而其設(shè)計(jì)與臂部的設(shè)計(jì)經(jīng)常一起考慮。機(jī)身可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。
臂部設(shè)計(jì)的基本要求為：a承載能力大，剛度好，自重輕；運(yùn)動(dòng)速度高，慣性?。槐鄄窟\(yùn)動(dòng)應(yīng)靈活；位置精度要高。
除上面提到的要求外，還要保證機(jī)械手的通用性要好，能適應(yīng)在不同環(huán)境作業(yè)的要求：工藝性要好，便于安裝和加工;用于高溫環(huán)境作業(yè)的機(jī)械手，還要考慮隔熱和冷卻；用于粉塵大作業(yè)區(qū)的機(jī)械手，還要設(shè)置防塵裝置等。這方面的設(shè)計(jì)需要根據(jù)機(jī)械手工作環(huán)境條件進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。
綜上所述，本機(jī)械手的設(shè)計(jì)，臂部選用雙導(dǎo)向桿伸縮結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)為手臂的伸縮缸安裝在兩根導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿只受拉壓作用，受力簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊。
臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：。
臂部運(yùn)動(dòng)的目的是把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)(方位)則由腕部的自由度實(shí)現(xiàn)。因而機(jī)械手的臂部一般具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求:即手部的伸縮 回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。臂部的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(油缸或氣缸)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況看，他在工作中既直接承受腕部 手部和工件的靜 動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，因而它的結(jié)構(gòu) 工作范圍 靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能。
(1)臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕
①根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。
②提高支撐剛度和合理選擇支撐間的距離。
③合理布置作用力的位置和方向。
④盡可能使結(jié)構(gòu)簡單化
⑤水平放置的手臂，應(yīng)該增加導(dǎo)向桿的剛度
⑥提高活塞和缸體內(nèi)徑配合精度，以提高手臂伸縮時(shí)的剛度。
(2)臂部要運(yùn)動(dòng)速度高，慣性小。
機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。對(duì)于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在內(nèi)，在大部分行程上平均移動(dòng)速度為回轉(zhuǎn)角速度在。平均回轉(zhuǎn)速度為
在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。減少慣性沖擊的措施有：
①減少臂部運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料
②減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸
③減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機(jī)械手運(yùn)動(dòng)順序時(shí)，先縮回回轉(zhuǎn)(或先回轉(zhuǎn)后伸)，盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作
④驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。
(3)臂部動(dòng)作應(yīng)靈活。
為減少臂部運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。對(duì)于懸臂式機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使臂部運(yùn)動(dòng)盡可能保持平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。
(4)位置精度要高。
通常先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類型的結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)數(shù)次，繪出最終的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的負(fù)載、摩擦、慣性等幾個(gè)方面的阻力，來確定液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算為
式中 ——摩擦阻力（N）.臂部運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)件表面間的摩擦力。
——密封裝置處的摩擦阻力（N）
——油缸回油腔低壓油造成的阻力，一般背壓阻力較小，可取
——臂部啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)活塞桿上受到的平均慣性力（N）
圖3-2：支臂受力示意圖
根據(jù)升降Z<300mm/s，
液壓伸縮缸完成水平動(dòng)作，行程S=300mm,主要承受的載荷包括摩擦力，慣性力，啟動(dòng)平穩(wěn)，停止無剛性沖擊，定位精確。
驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
根據(jù)動(dòng)力源不同大致可分為氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。根據(jù)課題特點(diǎn)。其中以液壓氣動(dòng)用的最多，占90%以上，電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。
液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無級(jí)變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。
氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用4-6個(gè)大氣壓，個(gè)別的達(dá)到8-10個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡單，成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。
電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，用大減速比減速器來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動(dòng)則用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動(dòng)機(jī)。通用機(jī)械手則考慮用步進(jìn)電機(jī)、直流或交流的伺服電機(jī)、變速箱等。電氣驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力源簡單，維護(hù)，使用方便。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動(dòng)力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。
機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，速度高，成本低；缺點(diǎn)是不易調(diào)整。
綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用液壓驅(qū)動(dòng)，其特點(diǎn)是速度快，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，傳遞力矩大，并且控制精度高。
3.7.2 定位機(jī)械手電機(jī)
機(jī)構(gòu)電機(jī)主要是為減速機(jī)的電機(jī)的基本參數(shù)主要就是電機(jī)的功率及轉(zhuǎn)速，這是電機(jī)的核心參數(shù)，下面將對(duì)電機(jī)的功率按照電機(jī)的使用的21.5%來計(jì)算電機(jī)的功率，使用系數(shù)為21.5%，即使用轉(zhuǎn)速則根據(jù)電機(jī)自身的特性來選取，具體計(jì)算如下。
異步電機(jī)是一種交流電機(jī)，其負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之比不是恒定關(guān)系。還隨著負(fù)載的大小發(fā)生變化。負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越低。異步電機(jī)包括感應(yīng)電機(jī)、雙饋異步電機(jī)和交流換向器電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)應(yīng)用最廣，在不致引起誤解或混淆的情況下，一般可稱感應(yīng)電機(jī)為異步電機(jī)。
普通異步電機(jī)的定子繞組接交流電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源連接。因此，它具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。異步電機(jī)有較高的運(yùn)行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運(yùn)行，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)要求。異步電機(jī)還便于派生成各種防護(hù)型式，以適應(yīng)不同環(huán)境條件的需要。異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須從電網(wǎng)吸取無功勵(lì)磁功率，使電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)球磨機(jī)、壓縮機(jī)等大功率、低轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備，常采用同步電機(jī)。由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速有一定的轉(zhuǎn)差關(guān)系，其調(diào)速性能較差(交流換向器電動(dòng)機(jī)除外)。對(duì)要求較寬廣和平滑調(diào)速范圍的交通運(yùn)輸機(jī)械、軋機(jī)、大型機(jī)床、印染及造紙機(jī)械等，采用直流電機(jī)較經(jīng)濟(jì)、方便。但隨著大功率電子器件及交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，目前適用于寬調(diào)速的異步電機(jī)的調(diào)速性能及經(jīng)濟(jì)性已可與直流電機(jī)的相媲美。
電機(jī)功率
電機(jī)功率計(jì)算公式如下：
P’=F.V；
P—減速機(jī)電機(jī)功率,kW；
F—夾持重物的重力,N；
V—提升的速度；
已知，N=50N，V=0.5m/s，所以計(jì)算出P=0.025kW，取P=0.025kW。
n=1500rpm。
電機(jī)轉(zhuǎn)速
電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)影響到電機(jī)的產(chǎn)生的噪音的大小，同時(shí)也會(huì)伴隨震動(dòng)，轉(zhuǎn)速過快其壽命也將縮短，但是轉(zhuǎn)速過慢，電機(jī)的極數(shù)又會(huì)增多，價(jià)格又會(huì)上漲，所以應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的需要來選取電機(jī)的。選取電機(jī)轉(zhuǎn)速為150rpm。
電機(jī)材料
電機(jī)的材料主要指電機(jī)的外殼材料，由于電機(jī)所處的環(huán)境干燥，所以電機(jī)材料可以使用鑄鐵，同時(shí)其防護(hù)等級(jí)只需取B級(jí)即可滿足本片中減速機(jī)的要求。
電機(jī)選擇
由于運(yùn)輸機(jī)的功率P′=25w，可知電動(dòng)機(jī)的功率為P>P′。又根據(jù)其工作條件，選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，額定電壓為220V，Y型。選用Y25M-4，其額定功率為P=25w，額定轉(zhuǎn)速為n1=150 r/min
電動(dòng)機(jī)外形安裝尺寸如下表，
型號(hào)
尺 寸 （mm）
H
A
B
C
D
E
G
K
b
b1
b2
h
AA
BB
HA
L1
Y132M
40
50
40
25
20
40
20
6
60
60
40
60
20
40
8
65
3.7.3 定位機(jī)械手絲杠設(shè)計(jì)
絲杠是用來推動(dòng)縱向平移的部件。由于橫向機(jī)構(gòu)的形狀、尺寸大小、輕重和材料的性能、表面狀況等不同，絲杠的結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和韌性來推動(dòng)橫向機(jī)構(gòu)的平移，所以選用強(qiáng)度比較高的材料40Cr，而在橫向機(jī)構(gòu)的中心處鉆絲杠孔。
絲杠的基本要求：應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度及韌性；絲杠的表面光潔度姚高；絲杠應(yīng)和電機(jī)固定牢靠；應(yīng)考慮通用性和特殊要求。
絲杠材料
查表5-11選擇螺桿的材料為40Cr,螺紋部分采用表面淬火處理；選擇螺母的材料為ZCuSn5Pb5Zn5（鑄錫青銅）。
絲杠螺紋數(shù)據(jù)的初步設(shè)計(jì)與校核
選用梯形螺紋，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB5796.3-86），試選絲杠螺紋的公稱直徑d=25mm，則其對(duì)應(yīng)的其它參數(shù)為：螺距P=5mm，中徑d2=20,小徑d3=18mm；
（1）螺紋升角和當(dāng)量摩擦角，及自鎖性校核
，則5.576°；
梯形螺紋的牙型角；
查表5-12知，螺桿-螺母材料為鋼-青銅的摩擦系數(shù)為，則當(dāng)量摩擦角；
由知螺桿螺旋副滿足自鎖條件。
(2)螺桿上螺紋的軸向力的確定
假設(shè)在手臂上移動(dòng)的手爪及其輔助機(jī)構(gòu)的質(zhì)量為m=15kg，在設(shè)計(jì)中考慮留出預(yù)留量，則徑向力，取，則249N；根據(jù)力的合成原理，知其軸向力249*tan5.576=19.8N；
（3）螺紋副耐磨性計(jì)算
如下圖所示：
螺旋副傳動(dòng)
螺紋工作面上的耐磨性條件是
根據(jù)螺桿螺母的材料和螺旋副的轉(zhuǎn)動(dòng)速度較低，查表5-12，取滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力[p]=14Mpa,摩擦系數(shù)f=0.09;
對(duì)于整體螺母，磨損后不能調(diào)整間隙，為使受力分布比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不能過多，故取，，則H=6mm；
對(duì)于梯形螺紋，h=0.5P=0.5*5=2.5mm;
則
所以此設(shè)計(jì)的螺紋滿足耐磨性要求。
同時(shí)，螺紋工作圈數(shù)<10,顯然合格。
（4）驅(qū)動(dòng)力矩T，傳動(dòng)效率的計(jì)算
螺旋副的驅(qū)動(dòng)力矩，即
；
傳動(dòng)效率=40%；
（5）螺桿的剛度校核
由表查得螺桿材料40Cr的彈性模量；
在長度為1m左右的螺紋上，因?yàn)檗D(zhuǎn)矩T和軸向載荷的作用而產(chǎn)生的螺距變化量的和，
=20um根據(jù)下表
精度等級(jí)
5
6
7
8
9
10
15
30
55
110
得知設(shè)計(jì)的螺桿滿足精度要求。
(6)螺桿強(qiáng)度的計(jì)算
根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力，其強(qiáng)度條件為
螺桿所受的軸向壓力；
螺紋桿的小徑；
螺桿螺紋段的危險(xiǎn)截面面積A=；
螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù)；
查表5-8知材料為40Cr的螺桿的屈服極限；再由表5-13得螺桿的許用應(yīng)力為；
將以上所得數(shù)據(jù)代入上式得
所以滿足強(qiáng)度要求。
(7)螺桿的穩(wěn)定性校核
螺桿的穩(wěn)定性條件為；對(duì)于傳導(dǎo)螺旋，螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)；在這里取。
臨界載荷，式中E為材料的彈性模量，E=2.06*Mpa;I為螺桿危險(xiǎn)界面的慣性矩，；由于螺桿的安裝處于兩端固定狀態(tài)，根據(jù)表5-14知螺桿的長度系數(shù)；螺桿的長度l=120mm;
則臨界載荷;
>S2,所以設(shè)計(jì)的螺桿滿足穩(wěn)定性要求。
綜上所述，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的螺桿螺紋的最終參數(shù)為公稱直徑d=25，螺距P=5，中徑d2=20,小徑d3=18，螺紋升角則5.576°，當(dāng)量摩擦角。
絲杠螺母的參數(shù)選擇及校核
（1）根據(jù)螺桿選擇螺母的螺紋參數(shù)為公稱直徑d=25，中徑d2=20，小徑d3=18，螺距為P=5。螺桿與螺母的螺紋精度配合為：。
（2）螺母的材料強(qiáng)度一般都低于螺桿的材料強(qiáng)度，所以要對(duì)螺母的螺紋牙進(jìn)行強(qiáng)度校核。如下圖所示，是將螺母的一圈螺紋沿其大徑展開，則可將這看成是寬度為的懸臂梁
螺母螺紋圈的受力
螺紋牙危險(xiǎn)截面a-a的剪切強(qiáng)度條件為；
彎曲強(qiáng)度條件為；
螺紋牙根部的厚度；
彎曲力臂；
由表5-13查得螺母材料的許用切應(yīng)力；許用彎曲應(yīng)力；
螺紋