硬幣分揀器設計

14 屆畢業(yè)設計硬幣分揀器學生姓名 學 號 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 班 級 指導老師 日 期 機械電氣化工程學院制緒論1.1硬幣清分機背景銀行等一些特殊部門要對大量的硬幣進行高效的處理，如計數、分類、包裝等以使其再流通，無人售票車、投幣電話等需要對硬幣進行實時識別，自動售貨機除了識別之外，還要提供找零功能等。而且在目前在世界范圍內，硬幣以其成本低，流通次數多、耐磨損、易回收等無可替代的優(yōu)勢將占領小面額貨幣市場是大勢所趨。市場需要一種成熟可靠的硬幣自動處理機具。鑒于此需要，我們研制用于處理上述問題的機具。 硬幣清分機是金融行業(yè)設備中的用于清點硬幣的技術產品，它的主要功能是硬幣的計數和硬幣幣種的清分。目前主要適用于超市、公交、自動售貨行業(yè)，零售業(yè)等行業(yè)。硬幣清分機外型簡單大方，設備原理清晰。操作簡單易懂，價格適中，在超市，零售等行業(yè)頗受歡迎。硬幣清分機的最大優(yōu)點在于它不僅可以清點硬幣的數目，更能將各幣種清分開來，并且面對不同的國家的硬幣不需要調整軟件，只需要調整機器的硬件設備就可以滿足不同的國家的硬幣清點需求。因此不僅占據了很大的市場份額，而且對于生產成本也有所降低。1.2國內外硬幣清分機發(fā)展現狀1.2.1國外硬幣清分發(fā)展現狀硬幣清分機至今已有30年的歷史，發(fā)展到今天，硬幣清分機已具有可靠的傳動系統(tǒng)和先進的計數清分功能，其智能化的設計為解決硬幣清點的困難提供了完美的選擇。國外著名廠家有日本的榮光 瑞典的SCANCOIN AB。由于國外硬幣清分機發(fā)展比較早，其技術也較為成熟。硬幣清分機的傳動系統(tǒng)技術具有低噪聲、傳動平穩(wěn)、性能可靠等優(yōu)點；計數功能采用光敏傳感器，有功能齊全，操作更簡便等優(yōu)點；采用數字顯示屏，進行可視化設計，全面顯示硬幣的數量等信息。1.2.2國內硬幣清分機發(fā)展現狀1、硬幣清分機在我國的市場前景：隨著我國國民經濟持續(xù)穩(wěn)定地增長，2008年北京申奧成功和WTO的加入。從本世紀開始，我國進入了全面建設小康社會的新階段，創(chuàng)造美好生活環(huán)境是金融行業(yè)發(fā)展的巨大推動力。我國第五版人民幣的發(fā)行，輔幣(10元以下)硬幣化已經成為一種趨勢，硬幣的投放量還將大幅度增加1。由于硬幣手工清分成本大，利潤小，一般不復點且誤差多，因此硬幣流通自動化成為迫切的社會需求，所以硬幣清分機將會成為國內金融市場的一個主流機器。2、硬幣清分機國內生產：在國內，清華大學、北京科技大學、上海交通大學、杭州電子科技大學、蘇州大學、福州大學等多家單位均對如何進行正確的硬幣識別做過深入研究，在機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取得了較好的效果，但對硬幣的鑒別都局限于項目本身，存在不系統(tǒng)、不完整，對偽幣效果識別不好等問題。 3、硬幣清分機是對高速通過的硬幣進行識別、計數，同時對偽幣、殘幣進行剔除的系統(tǒng)。它是分類機、計數機、包裝機、銷毀機等眾多硬幣處理器具的基礎。由于國情和貨幣體系不同，研制各國統(tǒng)一的硬幣清分系統(tǒng)不現實，因此，需要針對不同的貨幣體系研制相應的清分系統(tǒng)。 在這個領域里，國外較早的開展了研究，并且做了大量的工作。開發(fā)的產品大致也分為三個檔次，低檔、中檔和高檔。低檔清分速度在1000枚/min以下，中檔為10001500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，一類是根據物理技術進行清分，另一類是根據性能指標進行清分。高速清分基本上都是采用性能指標來進行清分。綜觀來看，當今國內外硬幣清分裝置，或者設計原理簡單，抗振動、抗電磁干擾能力差，識別偽幣能力差；要么制造復雜、價格昂貴、缺少實用價值。 20蘇州職業(yè)大學2 確定方案 硬幣清分機主要設計是從硬幣的分離，計數等幾個方面進行考慮。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，定時定量的（定時定量的目的在于防止一次送進過多的硬幣而導致分離盤負擔過大，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，所以第一個傳感器擋幣塊與導軌的距離設計的要比1分的硬幣略大，比其它幣值的硬幣直徑都要小，以此為標準再經過實驗產生的分離效果，我們確定一個合適的直徑，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：啟動電動機，電動機帶動分離盤，使得分離盤轉動，則分離盤中的硬幣作離心運動，硬幣被撥到導軌中（導軌上端對應6個傳感器擋幣塊,擋幣塊與導軌的距離大小循序從上到下依次變大），然后根據硬幣的尺寸由小到大的循序對擋幣塊與導軌之間的距離進行調整，從而對不同直徑的硬幣進行分離。其裝置簡圖如圖1所示 圖13 傳動設計 3-1 電動機的選型考慮到設計的硬幣清分機機適用對象為零售業(yè)、銀行和個體商戶戶,故電動機電壓應選用220V.再考慮到所受的載荷不大,所需動力不是很大,選用小功率的電動機.綜合各方面因素,選用YL系列電動機.YL系列電動機是新型高效節(jié)能產品,具有體積小、容量大,起動及運轉性能優(yōu)越等特點,符合國際標準IEC的有關規(guī)定,并實現同一機座號單、三相異步電動機等級相同,提高了單、三相電動機的互換性和通用性,被廣泛應用于冷凍機、泵、風機、,小型機床以及農副業(yè)和家用電器等方面. 電動機的主要參數：型號:YL801-4電壓:220V功率:0.55KW同步轉速:1500r/min頻率:50HZ效率:68%功率因數:0.92外形尺寸:295165200電動機的安裝方式：選擇IBM3型 3-2 V帶傳動的設計 電動機V帶輪的設計 主軸V帶輪的設計一 、V帶輪的設計要求設計V帶輪時應滿足的要求有：質量??；結構工藝性好，無過大的鑄造內應力，質量分布均勻，轉速高時要經過動平衡，輪槽工作面要經過精細加工（表面粗糙度一般應為3.2）以減帶的磨損，各槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。二 、帶輪的材料 此處帶輪的材料，采用鑄鐵，材料牌號為HT200。三 、 V帶輪的結構鑄鐵制V帶輪的典型結構有以下幾種形式：實心式腹板式孔板式橢圓輪輻式. 當帶輪的基準直徑2.5d(d為軸的直徑，單位為mm)時，可采用實心式； 300mm時，可采用腹板式（當100mm時，可采用孔板式）；300mm時，可采用輪輻式。四 、 相關計算已知電動機的額定功率為0.55KW,轉速n1=1500r/min,選取傳動比為i=3.9,采用普通V帶傳動.1.確定計算功率P由參考資料1表8-6查得工作情況系數 KA=1.1,故P=KAP=1.10.55=0.605KW 2.選取帶型 根據P，n 由參考資料1圖8-9確定選用Z型 3.確定帶輪基準直徑 由1表8-3和表8-7取主動輪基準直徑 d=71mm則從動輪基準直徑 d=i d=3.971=276.9mm 根據參考資料1表8-7 取d=280mm 按參考資料1式(8-13)驗算帶的速度 V=m/s=5.57<35m/s 帶的速度合適 4.確定V帶的基準長度和傳動中心距 根據 0.7(dd1+dd2)<a<2(dd1+dd2), 即245.7< a<702 圖3-30導軌的幾何角度 （1）導軌在垂直平面和水平面內的直線度 如圖3-30a、b所示，理想的導軌面與垂直平面A-A或水平面B-B的交線均應為一條理想直線，但由于存在制造誤差，致使交線的實際輪廓偏離理想直線，其最大偏差量即為導軌全長在垂直平面（圖3-30a）和水平面（圖3-30b）內的直線度誤差。 （2）導軌面間的平行度 圖3-30c所示為導軌面間的平行度誤差。設V形導軌沒有誤差，平面導軌縱向有傾斜，由此產生的誤差即為導軌間的平行度誤差。導軌間的平行度誤差一般以角度值表示，這項誤差會使運動件運動時發(fā)生“扭曲”。 2、運動輕便、平穩(wěn)、低速時無爬行現象。導軌運動的不平穩(wěn)性主要表現在低速運動時導軌速度的不均勻，使運動件出現時快時慢、時動時停的爬行現象。爬行現象主要取決于導軌副中摩擦力的大小及其穩(wěn)定性。為此，設計時應合理選擇導軌的類型、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。導軌的初始精度由制造保證，而導軌在使用過程中的精度保持性則與導軌面的耐磨性密切相關。該導軌的主要作用是引導硬幣流出，：所受摩擦力主要是來自于硬幣，硬幣與導軌之間要不斷的重復摩擦，所以導軌需要耐磨性很好，而且導軌受到一定的的沖擊力導軌表面的粗糙度及硬度、潤滑狀況和導軌表面壓強的大小。4、對溫度變化的不敏感性。即導軌在溫度變化的情況下仍能正常工作。導軌的選材選用45號鋼。表面要鍍化學鎳。 5、足夠的剛度。在載荷的作用下，導軌的變形不應超過允許值。當剛度不足不僅會降低導向精度，還會加快導軌面的磨損。因此導軌的尺寸設計為長度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、結構工藝性好。導軌的結構應力求簡單、便于制造、檢驗和調整，從而降低成本。該導軌的外形簡單。為簡單的矩形。 本次設計的硬幣清分機的，因此對于導軌的材質要求為45#鋼。此外導軌的表面要足夠光滑，所以導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。因為導軌引導硬幣的流通，所以經受一定的沖擊力。所以固定的方式要求要高。導軌表面加工5個沉頭定位孔，以保證導軌的穩(wěn)定性。五 轉盤的加工設計工藝設計 盤類零件的數控加工工藝設計，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，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 轉盤 若用圖2所示的立式多刀自動車床加工，加工工藝為： （1） 精車大平面。安排左、右其中一個刀架車平面，另一個刀架車內孔（170mm、28mm）。 （2）再精車基準A面。安排左、右其中一個刀架車平面，另一個刀架車內孔（60mm）和外圓（75mm）。圖2 立式多刀自動車床 該工藝受機床動作功能限制75mm孔與28mm孔不能在同一工序內完成，需正反兩次裝夾加工，由于重復定位誤差及夾具制造誤差的存在，很難穩(wěn)定滿足產品兩孔的同軸度要求。 為滿足產品設計要求，穩(wěn)定控制產品質量，可采用如圖3的數控車床加工，工藝設計上利用數控車床的自動換刀功能采用內孔背鏜刀用程序控制從A面加工28mm內孔，將75mm、28mm安排在同一道工序內加工完成。避免重復定位誤差及夾具制造誤差對加工精度的影響，保證產品0.03mm的同軸度要求。圖3 立式數控車床 2、工裝設計 數控車床的主要裝夾工具是卡盤，設計使用時應重點考慮卡盤的定心精度，避免工件夾緊變形和抬起現象。 (1)、保證定心精度因為裝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備本身 經過“自車”來保證定位面與主軸軸線同心度?！白攒嚒睍r應盡量模擬在加工狀態(tài)下自車，卡爪“自車”后的圓弧面直徑應與工件的卡緊外圓直徑盡量一致。另外，“自車”反爪時 最好漲緊一個輔具。3、保證端面跳動精度工件的軸向定位支撐可以通過調整或“自車”來保證定位點“共面”。但是傳統(tǒng)結構的三爪卡盤，卡爪要在卡爪座內移動，必然要存在一定的滑動間隙。在夾緊過程中，不可避免的會產生 。工件“抬起”現象。當工件要求加工面與定位面之間有較嚴的跳動要求時，統(tǒng)結構的三爪卡盤是很難保證裝夾精度的。為保證內孔、外圓的同軸度要求必須將它們安排在同一道工序內完成（大平面向上裝夾）?？墒枪ぜ婕庸面時，要保證圖示跳動要求，加工時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)結構的三爪盤裝夾很難滿足加工要求。因此，應采用帶有“向下拉力”的卡盤，工件夾緊時，有一個向下的分力將工件緊貼定位面。4、機床結構的選擇方案： (1) 臥式“簡易數控車床”（如圖10）。這種機床采用平床身的布局，機床的制造工藝性好，便于導軌面的加工。水平床身配上水平放置的刀架，可提高刀架的運動精度。但是水平床身由于下部空間小，故排屑困難。從結構尺寸上看，刀架水平放置使滑板橫向尺寸較長，從而加大了機床寬度方向的結構尺寸。該設備的主要特點是具備兩軸聯(lián)動功能并且設備價格便宜。但是之所以稱其為“簡易數控車床”是因為它的主軸不能無級調速、刀架裝刀數量較少、快移速度慢、無自動排屑機構，床身整體結構比數控臥式車床的剛性差、加工精度低。但是該設備經過多年改進，技術成熟、運轉穩(wěn)定，加工精度可達IT7IT8，可用于零件的粗加工、半精加工和簡單的型面加工。圖10 臥式簡易數控車床 (2) 臥式數控車床（如圖11）。這類機床結構一般有斜床身結構和平床身斜滑板結構兩種布局。導軌傾斜的角度小，排屑不便；傾斜角度大，導軌的導向性及受力情況差。其傾斜角度的大小還直接影響機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)格的數控車床，其床身的傾斜度以60為宜。其中平床身斜滑板結構。圖11 臥式數控車床 一方面具有水平床身工藝性好的特點，另一方面機床又具有斜床身結構寬度方向的尺寸小、排屑方便、機床占地面積小，外形美觀，容易實現封閉式保護等優(yōu)點。這兩種布局形式被中、小型數控車床所普遍采用。在選擇時，整體斜床身結構的剛性略高于平床身斜滑板結構，設備價格也略高一些。當存在重切削加工內容時最好選用整體斜床身結構。臥式數控車床比較適宜軸類零件及直徑較?。?lt;300mm）重量較輕（<10kg）的盤類零件的加工。 (3) 立式數控車床。與臥式數控車床最大的區(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，便于組成加工自動線。另外德國埃馬克公司研制的倒置式數控車，是對傳統(tǒng)結構的一種革新，它更有利于組成自動線，實現自動上下料。但是此類設備價格較高，一般轎車用的盤類零件由于批量大、直徑小比較適宜選用。 考慮到轉盤的精度要求較高，且批量小，直徑小。但是本著降低生產成本的目的，最終選定如圖11的臥式數控車床。 2、刀塔結構的選擇 圖12為立式刀塔，該結構刀具的安裝數量較多，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，因為刀具懸深較長，選擇立式刀塔，刀具的干涉半徑較小，裝刀的數量將受到限制。為避免干涉，實際裝刀數量將減少。圖12 立式刀塔圖13 臥式刀塔因為該盤的高度適中，鏜孔深度一般，最終確定選用選用圖12所示立式刀塔。六 傳感器的選用該機器選用的計數傳感器為光感傳感器，光電傳感器是指能夠將可見光轉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嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很?。ˋ），稱為光敏二極管的暗電流；當有光照時，載流子被激發(fā)，產生電子-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度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。當一個硬幣被擋幣塊擋住，碰到傳感器落下后，會將光信號傳輸給傳感器，然后光感傳感器再把光信號轉換為電信號。最終將計數的結果通過液晶數碼管體現出來，即實現硬幣的計數。七 機架的設計1、對于機架的工況要求：保證機架上安裝的零部件能順利運轉，機架的外形或內部結構不致有阻礙運動件通過的突起；設置執(zhí)行某一工況所必需的平臺；保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。為此應保證機架鈑金材料表面的平整度。2、材料的選用：因為所設計的硬幣清分機對于機架工作時承受的的重力、夾緊力、摩擦力、慣性力和工作載荷等不是很高，因為裝卸搬運方便，所以機架的重量要輕，成本要低。因此該機器的機架選材為鋁板。表面鍍鎳。3、聯(lián)接固定方式：該機架的聯(lián)接固定方式選用普通的螺栓聯(lián)接方式。前后罩殼均選用整體焊接件，拆裝、調整方便。4、考慮到機器內部的機械轉動，產生的熱量比較大。故在底板開數個小孔，便于機器熱量的及時散發(fā)。見簡圖5、機架的裝配（1）用M4X10的十字槽盤頭螺釘+彈墊+平墊（共4組），將四個機腳固定在底盤上（圖一）（2）M5X10的六角頭螺栓+彈墊+平墊（共9組）將連接架固定在地盤上(圖二)（3）用M5X10的六角頭螺栓+彈墊+平墊（共5組）將主靠板固定在連接架上(圖二)（4）用M5X10的六角頭螺栓+彈墊+平墊（共3組）將支撐架固定在連接架上，同時用M5X12十字槽沉頭螺釘+錐形鋸齒鎖緊墊圈（共6組）將支撐架鎖緊在主靠板上(圖二)結論：本機采用根據硬幣直徑的大小對幣值進行清分的方法，雖然不具備辯偽功能，但可以對中國現行硬幣快速準確按幣值進行清分。主要特色是設計簡便、清分準確、使用可靠、維護簡便、價格低廉等。而且系統(tǒng)具備擴展的潛能，可以滿足將來硬幣清分機發(fā)展的需求。筆者與蘇州日寶科技有限公司共同開發(fā)，應用此技術生產的硬幣清分計數機。已成功地在銀行、公交公司等部門先行試用，大大提高了他們的工作效率，降低了成本費用。因此此產品具備較高的推廣應用價值，其發(fā)展前景相當廣闊！通過這次設計相信將會對以后的進入工作都會起到重要的作用！ 畢業(yè)設計心得 通過以上的設計，讓我更加熟練的掌握了一般機械設計的步驟，通過查閱各種文獻資料也增長了各方面的知識。如刀具的設計和機架的設計，同時通過對切割機的設計。也讓自己深深體會到理論設計和實際需求之間曾在這一定的差距。在設計中不僅要從繪圖方面出發(fā)，還要考慮實際加工工藝。讓自己的設計在現實中是可行的。 在設計中通過使用各種材料，也進一步加深了對各材料的了解和使用場合。在繪圖中，在老師的指導和最后的修改中，也讓自己加深了各種繪圖中的技巧，并糾正了很多平時沒有注意到的畫法上的錯誤。在繪圖過程中的反覆修改，也讓自己深深體會到在設計和繪圖中必須要具有的嚴謹態(tài)度。 在對機架的設計中，第一次用到了等邊對角鋼和槽鋼以及熱軋鋼板，必須通過焊接將他們連接起來組成機架。在繪圖標注中,通過復習以前工程圖學中的焊接部分，讓自己對焊接符號的標注有了更深的了解。在齒輪箱體的設計中，也讓自己對鑄件有了一定的認識，加深了對鑄造過程中應該注意問題的理解。 總之，本次設計是收獲頗豐的。不僅第一次比較全面地運用了所學的專業(yè)知識，還學會了在設計中如何分析問題,解決問題。致謝經過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，作為一個?？粕漠厴I(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有老師的督促、 指導以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導師楊敦國老師。楊老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從外出實習到查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是楊老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了楊敦國老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 其次要感謝和我一起作畢業(yè)設計的陳贊平同學邱果同學，大家一起努力一起討論合作,才使得畢業(yè)設計順利的完成. 然后還要感謝大學四年來所有的老師，為我們打下機械專業(yè)知識的基礎；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設計才會如此順利. 最后感謝機電工程系和我的母校蘇州職業(yè)大學三年來對我的大力栽培。參考文獻1徐慶，王章中.硬幣硬幣材料硬幣流通J. 機械制造與研究，2000,5:3031. 2V. 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