迷你硬幣分揀機(jī)設(shè)計(jì)（分選機(jī)械）【含CAD圖紙、說(shuō)明書、三維SolidWorks】

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)211. 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）2520.51922.5厚度（mm）1.851.651.672.4重量（g）6.13.83.22.22. 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)開關(guān)打開，待電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(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，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)。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；（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。 圖 3 機(jī)構(gòu)外觀圖圖 4整體尺寸圖 轉(zhuǎn)盤直徑150mm，出幣盒長(zhǎng)230mm，因此箱體長(zhǎng)度L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。圖 5 機(jī)構(gòu)爆炸圖 4. 主要機(jī)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(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(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(huì)致使轉(zhuǎn)盤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(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。圖 7 轉(zhuǎn)盤滑軌連接圖 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。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(dòng)到篩選幣道而不脫離轉(zhuǎn)盤根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)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(yīng)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(shí)為使產(chǎn)品輕質(zhì)，可選ABS轉(zhuǎn)盤。 圖 14 轉(zhuǎn)盤帶動(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L(zhǎng)1=24滑軌厚度為L(zhǎng)2=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)算得斜坡高度為我們?cè)O(shè)計(jì)尺寸為15.8滿足所需條件同理，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)：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 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)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)盤選材為ABS塑料，由Creo分析可得，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (r為轉(zhuǎn)盤半徑)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）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)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所以轉(zhuǎn)盤和硬幣總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（2）轉(zhuǎn)盤角加速度：假設(shè)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(dá)參數(shù)表型號(hào)額定電壓額定力矩JGB37-550DC12V1N.M所選馬達(dá)的力矩為1Nm，遠(yuǎn)大于所需的0.1N.m，所以滿足要求。（4）校核計(jì)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(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)5VDC5mA2ms0300mm4對(duì)5.5.4. 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(jì)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(jì)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(dá)1額定電壓DC12V扭矩1N.m轉(zhuǎn)速100r/min8控制器1開始暫停復(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400600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6. 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、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），不用專門騰出空間放置使用；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)斜盤的硬幣分揀機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)盤，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，同時(shí)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(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)體商戶數(shù)就超百家，用戶群大，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)，將能滿足超市，游樂(lè)場(chǎng)，便利店，居家等廣大用戶的需求。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.20062張占新，材料力學(xué)，西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社.20053于永泗，齊民.機(jī)械工程材料.大連：大連理工大學(xué)出版社.20074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.20055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.20076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 22