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本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
紙幣分類整理裝置的設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 12 級(jí) 機(jī) 設(shè) 本 X 班
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)老師： 慕 陳 喆
完成日期：
學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性申明
本人鄭重申明：所呈交的設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)）是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究，所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本申明的法律后果由本人承擔(dān)。
學(xué)位論文作者簽名（手寫）： 簽字日期： 年 月 日
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學(xué)位論文作者簽名（手寫）： 指導(dǎo)老師簽名（手寫）：
簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日
江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
摘要
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，我國(guó)在WTO世紀(jì)貿(mào)易組織中的穩(wěn)固定位，發(fā)行的紙幣的面值已經(jīng)越來越多了，這無疑給盈利頗多的個(gè)體戶或者銀行的點(diǎn)鈔人員帶來了更大的困難，傳統(tǒng)的通過人工分類、清點(diǎn)的方式分類整理的效率不高且容易出現(xiàn)失誤，滿足不了大數(shù)量紙幣分類整理工作的需求，因此設(shè)計(jì)出一款紙幣分類整理裝置迫在眉睫。
本文運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的知識(shí)，提出了紙幣分類整理裝置的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計(jì)中所必須的理論計(jì)算和相關(guān)強(qiáng)度校驗(yàn)，構(gòu)建了紙幣分類整理裝置的設(shè)計(jì)總的指導(dǎo)思想，從而得出了該紙幣分類整理裝置的設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是高效，經(jīng)濟(jì)。
關(guān)鍵詞：紙幣；分類；結(jié)構(gòu)；經(jīng)濟(jì)
Abstract
In today's society, the bus is one of the most important means of transportation, both manned loading, sightseeing, or go out to travel and so on occasions to be used in people's daily life, no trace of the bus. As the bus ride object is more and more popular in China, some banknotes and coins in the number increased to the bus company in counting personnel brought greater difficulties, through traditional manual classification, counting way cannot meet the actual requirements, design a kind of automatic classification, automatic coin counting machine imminent.
This paper puts forward the structure, working principle and relative intensity of the structure, working principle and the design of main parts of the paper. It also constructs the guiding ideology of the design.
Key Words：Machine manufacture;Crankshaft;Processing craft;Fixture
江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
目錄
摘要 I
Abstract II
第一章 引言 1
1.1課題的來源與研究的目的和意義 1
1.2本課題研究的主要內(nèi)容 2
第二章 紙幣識(shí)別、整理、計(jì)數(shù)及儲(chǔ)存模塊設(shè)計(jì) 4
2.1識(shí)別方案 6
2.2計(jì)數(shù)及儲(chǔ)存模塊設(shè)計(jì)方案 7
第三章 紙幣分類整理裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.1系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)框圖的確定 11
3.2紙幣分類整理裝置的工作原理 13
第四章 機(jī)械傳動(dòng)部分的選型計(jì)算 15
4.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算 17
4.2平帶傳動(dòng)的選型計(jì)算 20
4.3滾珠絲桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 21
4.4機(jī)架強(qiáng)度的校核 22
4.5轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度的校核 23
4.6軸承的較核 24
第五章 附錄 26
總 結(jié) 27
參考文獻(xiàn) 28
致 謝 29
第一章 引言
1.1 課題的來源與研究的目的和意義
由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越個(gè)人掌握所有，一些專業(yè)知識(shí)是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識(shí)分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項(xiàng)目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進(jìn)步和整個(gè)塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專業(yè)知識(shí)的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢(shì)。人們?cè)絹碓街匾暬A(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對(duì)專業(yè)合并的分化。機(jī)械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，并研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來，新產(chǎn)品的開發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個(gè)超級(jí)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和任務(wù)。機(jī)器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務(wù)?，F(xiàn)代機(jī)械工程機(jī)械和機(jī)械設(shè)備創(chuàng)造出更多、更精美的越來越復(fù)雜，很多幻想成為過去的現(xiàn)實(shí)。人類現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細(xì)胞和分子。電子計(jì)算機(jī)硬件和軟件，人類的新興科學(xué)已經(jīng)開始加強(qiáng)，并部分代替人腦科學(xué)，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長(zhǎng)并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，手工制作，更復(fù)雜的工作，從而促進(jìn)手功能。又一方面實(shí)踐促進(jìn)人腦智力。在人類的進(jìn)化過程中，以及在每個(gè)人的成長(zhǎng)過程中，大腦和手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化。
機(jī)械工程專業(yè)，有分支機(jī)構(gòu)。在第二十世紀(jì)中期趨勢(shì)分解，在時(shí)間之前和之后的第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)達(dá)到的峰值。由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)從個(gè)人掌握所有，一些專業(yè)是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識(shí)使分割，視野狹隘，可以查看和統(tǒng)籌大局和全球工程和技術(shù)交流，縮小范圍，新技術(shù)的進(jìn)步和整個(gè)塊的技術(shù)，外部條件變化的適應(yīng)能力差。封閉的專業(yè)知識(shí)的專家太狹，考慮的問題太特殊，在工作協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢(shì)。人們?cè)絹碓街匾暬A(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對(duì)專業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識(shí)循環(huán)過程的合成，是合理和必要的。從不同的專業(yè)和專業(yè)知識(shí)的專家，也有綜合的知識(shí)了解不夠，看看其他學(xué)科和項(xiàng)目作為一個(gè)整體，從而形成一種相互強(qiáng)烈的集體工作。綜合和專業(yè)水平。有機(jī)械工程全面而專業(yè)的沖突；在綜合性工程技術(shù)也有綜合和專業(yè)問題。在人類所有的知識(shí)，包括社會(huì)科學(xué)，自然科學(xué)和工程技術(shù)，有一個(gè)更高的水平，更廣泛的綜合性和專業(yè)性的問題。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來自于冰糕二次加工型機(jī)械公司的生產(chǎn)實(shí)際，通過設(shè)計(jì)出冰糕剖切機(jī)，從而來掌握冰糕剖切機(jī)的整個(gè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程，培養(yǎng)工程意識(shí)。
紙幣分類整理裝置是一種對(duì)各種面值的紙幣進(jìn)行自動(dòng)分類，清點(diǎn)，計(jì)數(shù)的機(jī)械設(shè)備，主要用在銀行的紙幣的分類和清點(diǎn)方面。通過設(shè)計(jì)出紙幣分類整理裝置，使銀行對(duì)于散鈔的處理更加方便，以解決目前的社會(huì)紙幣面值逐漸增加循環(huán)量，以及錢幣的清點(diǎn)、分類不便的問題。通過市場(chǎng)上的產(chǎn)品的調(diào)查，現(xiàn)有的紙幣分選機(jī)構(gòu)不具有包裝的功能。
本機(jī)械裝置的主要功能是對(duì)混雜在一起的各種紙幣進(jìn)行分類、清點(diǎn)、整理。本設(shè)計(jì)準(zhǔn)確、實(shí)用?？刹糠只蛘呷刻娲斯?，減少人力成本。
本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)主要有：（1）功能齊全，可實(shí)現(xiàn)紙幣的分類、清點(diǎn)、整理。（2）結(jié)構(gòu)緊湊，該設(shè)計(jì)中各模塊排列緊湊。（3）該設(shè)計(jì)過程采用模塊化設(shè)計(jì)，較多采用成熟技術(shù)，開發(fā)周期短。可靠性高。
1.2 本課題研究的主要內(nèi)容
本論文主要研究運(yùn)用SolidWorks對(duì)紙幣分類整理裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要是設(shè)計(jì)出了該紙幣分類整理裝置的進(jìn)幣、分選、輸送、檢測(cè)、存儲(chǔ)等等幾個(gè)部分。具體的研究?jī)?nèi)容如下：
1、 紙幣分類整理裝置的進(jìn)幣裝置的設(shè)計(jì)，包括其中電機(jī)的選型以及旋轉(zhuǎn)體的設(shè)計(jì)。
2、 紙幣輸送單元的設(shè)計(jì)，包括出幣口的設(shè)計(jì)以及輸送線的設(shè)計(jì)。
3、 紙幣分選、清點(diǎn)部分的設(shè)計(jì)，包括檢測(cè)傳感器的選型以及分選存儲(chǔ)裝置的設(shè)計(jì)。
1
第二章 紙幣識(shí)別、整理、計(jì)數(shù)及儲(chǔ)存模塊設(shè)計(jì)
2.1識(shí)別方案
對(duì)紙幣面值的識(shí)別和判斷是紙幣分類整理裝置的一個(gè)重要組成部分也是核心部分，通過CIS傳感器對(duì)輸送帶上面輸送過來的紙幣進(jìn)行取樣并拍照后，通過A/D轉(zhuǎn)換器把圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給圖像處理單元SOPC進(jìn)行圖像的處理和分析，其中內(nèi)部RAM是用來存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)的存儲(chǔ)器，然后，中央處理器根據(jù)采集來的信號(hào)來判斷是什么面值的鈔票，然后通過控制電路的輸出控制電機(jī)做出相應(yīng)的動(dòng)作，來對(duì)鈔票進(jìn)行分類，系統(tǒng)原理框圖如下圖2.1所示：
圖2.1原理圖
2.2計(jì)數(shù)及儲(chǔ)存模塊設(shè)計(jì)方案
對(duì)于傳感器的計(jì)數(shù)是根據(jù)傳感器的信號(hào)來判斷的，當(dāng)CIS傳感器檢測(cè)到鈔票是五元面值的時(shí)候就會(huì)通過A/D轉(zhuǎn)換器把五元面值紙幣的轉(zhuǎn)變后的數(shù)字信息傳遞給圖像處理單元進(jìn)行分析，歸類，其他例如十元紙幣、五十元紙幣、一百元紙幣等等都是類似的，然后該傳感器還有計(jì)數(shù)功能，多少?gòu)埣垘疟粋鞲衅鳈z測(cè)到了，傳感器的技術(shù)模塊就要反饋紙幣的數(shù)量到LCD顯示屏顯示出紙幣的種類和張數(shù)。 第三章 紙幣分類整理裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)框圖的確定
本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)紙幣分類整理裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)主要采用模塊化設(shè)計(jì)。方案一:本次設(shè)計(jì)的紙幣分類整理裝置可以采用紙幣分開投放，然后各自通過分選機(jī)構(gòu)，和檢測(cè)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)錢幣的自動(dòng)分類、清點(diǎn)。方案二：通過采取混幣投入的形式，就是說把紙幣混合放在一起，然后通過分選機(jī)構(gòu)和清點(diǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行錢幣的自動(dòng)分類、清點(diǎn)。通過查找相關(guān)資料和文獻(xiàn)，對(duì)于以上兩種方案作了比較，通過比較考慮，覺得方案二更方便，并且機(jī)械的主體機(jī)構(gòu)比較集中，于是得出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖3.1所示。
圖3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
3.2紙幣分類整理裝置的工作原理
紙幣分類整理裝置的工作原理為人工將紙幣放入進(jìn)幣筒，進(jìn)幣筒里面有分選體裝置，電機(jī)帶動(dòng)其不斷地旋轉(zhuǎn)，對(duì)于紙幣，在分選體旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，在分選體圓周表面與紙幣摩擦的同時(shí)，由于慣性力的作用，將紙幣從進(jìn)幣筒里的缺口里面落到分選輸送帶上面，通過檢測(cè)傳感器針對(duì)紙幣的顏色和大小的判別從而通過PLC系統(tǒng)控制電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿螺母副移動(dòng)，利用真空吸盤來吸住不同面值的紙幣到各自的滑槽里面，紙幣會(huì)隨著滑槽在其重力的作用下落入到存儲(chǔ)箱里面。具體結(jié)構(gòu)原理圖如下圖所示：
第四章 機(jī)械傳動(dòng)部分的選型計(jì)算
4.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算
已知整個(gè)設(shè)備上工件與零件的重量，我們?nèi)】傊亓繛椋瑵L珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)速度為。即：
具體的電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算如下:
1、確定運(yùn)行時(shí)間
本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間
負(fù)載速度，
有速度可知每秒上升，
2.負(fù)載慣量
左右水平運(yùn)
電機(jī)慣量
總慣量
3.電機(jī)轉(zhuǎn)矩
啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
為安全系數(shù)，取。
根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用直流無刷電機(jī)型號(hào)為92BL-A，此無刷直流步進(jìn)電機(jī)廠家為南京森宇機(jī)電的產(chǎn)品。根據(jù)電機(jī)的特性曲線以及參數(shù)表如下：
根據(jù)以上分析，選擇電機(jī)型號(hào)為92BL-4030H1-LK-B，電機(jī)的額定功率為，其額定轉(zhuǎn)矩為，最大轉(zhuǎn)矩為，額定轉(zhuǎn)速為 。
4.2 平帶傳動(dòng)的選型計(jì)算
(1)傳動(dòng)名義功率；
(2)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速；
(3)中心距；
(4)工作情況： 小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)．
求設(shè)計(jì)功率，式中為載荷修正系數(shù)
由設(shè)計(jì)功率 和，查表可得帶的型號(hào)為型，對(duì)應(yīng)節(jié)距
（5）選擇平帶齒數(shù)
由平帶轉(zhuǎn)速型帶，查表得平帶最小許用齒數(shù) ，則大帶輪齒數(shù) ,
其中；
,取標(biāo)準(zhǔn)帶輪齒數(shù)；
（6）確定帶輪節(jié)圓直徑
；
；
（7）確定平帶的節(jié)線長(zhǎng)度，
；
式中：，以代入 則， 選擇最接近計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)
節(jié)線；
（8）計(jì)算平帶齒數(shù)
；
（9）傳動(dòng)中心距的計(jì)算
；
用逐步逼近法計(jì)算，，代入上式
得出與精確計(jì)算結(jié)果相似。
最后測(cè)量裝置平帶選用型平帶；
， ；
平帶輪： ，，；
；
4.3 滾珠絲桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
在材料選取的基本原則的前提下，可以滿足一部分性能，良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。這種材料的特性機(jī)械部分應(yīng)在正常工作條件下，其物理和化學(xué)性能，是保證其可靠性的基礎(chǔ)。一般的機(jī)械零件，主要考慮的是材料的機(jī)械性能；而非金屬材料零件，還應(yīng)考慮對(duì)零件性能的環(huán)境效應(yīng)。
根據(jù)零件選擇的力學(xué)性能，要對(duì)工作條件進(jìn)行正確分析，形狀和大小和應(yīng)力狀態(tài)，結(jié)合這類零件的主要失效形式，對(duì)原發(fā)性和繼發(fā)性失效抗力進(jìn)行計(jì)算和分析。
1) 絲桿螺母強(qiáng)度的校核計(jì)算
滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)主要承受軸向力。螺母與螺釘間滑動(dòng)摩擦較大，所以磨損失效的主要形式?；境叽纾ㄖ睆綕L珠絲杠和螺母高度），通常基于條件的耐磨性測(cè)定。滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)力較大，應(yīng)檢查滾珠絲桿和螺母和螺紋強(qiáng)度的危險(xiǎn)截面，以防止塑性變形或斷裂的發(fā)生；自鎖螺釘?shù)囊螅瑱z查自鎖螺釘；滾珠絲桿直徑比較大，應(yīng)檢查其穩(wěn)定性，以防止軸心受壓失穩(wěn)；長(zhǎng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)速也應(yīng)該檢查其臨界轉(zhuǎn)速，以防止過大的橫向振動(dòng)。設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)驅(qū)動(dòng)類型，工作條件和失效模式，選同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，無需逐一檢查。
（1）滾珠絲桿螺母副，橫向絲桿的最大軸向載荷為2000N，支承間最大距離為400mm，，要求定位精度為0.001mm，滾珠絲桿的負(fù)荷包括運(yùn)動(dòng)部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按額定靜載荷選用。
載荷性質(zhì)系數(shù)為
—?jiǎng)虞d荷硬度影響系數(shù)，
—最大軸向載荷
定靜載荷為，查表得使用壽命時(shí)間，初選絲桿螺距，得絲桿轉(zhuǎn)速
由于絲桿螺距為，可選系列完循環(huán)絲桿副尺寸系列W2005-2.5圈一列滾珠絲桿螺母副的幾何參數(shù)計(jì)算，見表4-1所示：
表4-1 滾珠絲桿螺母副幾何參數(shù)
名 稱
符 號(hào)
計(jì)算公式和結(jié)果（mm）
螺紋滾道
公稱直徑
20
螺 距
5
接觸角
鋼球直徑
3.175
螺紋滾道法面半徑
偏心距
螺紋升角
滾珠絲桿
滾珠絲桿外徑
滾珠絲桿內(nèi)徑
滾珠絲桿接觸直徑
螺母
螺母螺紋外徑
螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）
螺母長(zhǎng)度
Ln
33
（2）傳動(dòng)效率計(jì)算
式中：—摩擦角；—絲桿螺紋升角。
（3）剛度驗(yàn)算，滾珠絲桿受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程的變化量
向所受牽引力大，故應(yīng)用向的參數(shù)計(jì)算
所以
絲桿因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。
所以導(dǎo)程誤差
查表知級(jí)精度的絲桿允許誤差，故強(qiáng)度足夠。
（4）穩(wěn)定性驗(yàn)算，由部件自重產(chǎn)生的使絲桿回轉(zhuǎn)的扭矩為
式中：
——移動(dòng)部件自重
——導(dǎo)程
——逆?zhèn)鲃?dòng)效率，由于滾珠絲桿副的正傳動(dòng)效率和逆?zhèn)鲃?dòng)效率近似相等，因此，一般用正傳動(dòng)效率代替。
由，可知110BF004反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲桿螺母副時(shí)不會(huì)發(fā)生逆向傳動(dòng) 。
（5）軸承的選擇，初選，工作時(shí)為輕度沖擊，正常工作溫度，預(yù)期壽命為，絲桿在工作的過程中受軸向載荷作用，且最大軸向載荷為。查手冊(cè)可知道的基本額定負(fù)載,為了能安裝方便本次設(shè)計(jì)中軸承可以用帶座軸承代替，選用軸承的型號(hào)為UCFU203軸承。查表可知道；當(dāng)量負(fù)載的計(jì)算可算得軸承壽命。
溫度系數(shù)，載荷系數(shù)，UCFU203軸承座，壽命指數(shù)為
得
所以該軸承適合。
3)滾珠絲桿螺母的支承方式的選擇
滾珠絲杠的支承主要有以下四種，由于支承方式不同，使容許軸向載荷及容許回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速也有所不同。
（1） 固定-固定，適用于高速，高精度；
（2）固定軸承適用于中高速，高精度；
（3）支持，中速的支持，精度；
（4）固定-自由，低速度，精度，短軸螺釘本次設(shè)計(jì)中絲桿螺母的固定方式如下圖所示：
4) 滾珠絲桿螺母的潤(rùn)滑和防塵隔離
（1）為了提高滾珠絲杠副的精度和使用壽命，通過滾珠絲桿的軸向力對(duì)滾珠絲桿的影響，保證軸承的受力均勻，避免傾覆力。
（2）反逆向的滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)器對(duì)效率高，應(yīng)在電機(jī)功率的考慮，和逆螺旋傳動(dòng)由于其成分的重量（尤其是驅(qū)動(dòng)在垂直方向上，當(dāng)逆方法）可以用來防止動(dòng)力傳動(dòng)電機(jī)，蝸輪自鎖：切割離合器，等。
（3）在行程兩端的滾珠絲杠應(yīng)該有保護(hù)裝置，以防止?jié)L珠絲杠過程的沖擊和影響精度，使用壽命甚至損壞。
（4）防止熱變形對(duì)定位精度的絲杠熱變形精度的重要影響。熱源不僅是摩擦熱產(chǎn)生的螺絲，和其他機(jī)械零件熱時(shí)，滾珠絲桿的熱膨脹和伸長(zhǎng)率。因此有必要對(duì)熱源的因素，控制熱源的措施，也可用于預(yù)拉伸，強(qiáng)制冷卻，減少滾珠絲桿伸長(zhǎng)的熱變形的影響。
（5）密封圈是重要的密封氣體和液體的標(biāo)準(zhǔn)件，所以密封圈的防塵措施是必須要考慮的。滾珠絲杠螺母安裝在防塵圈的兩端，以避免螺釘外露，但還需要滾珠絲桿選擇保護(hù)裝置。
（6）合理的潤(rùn)滑是減小驅(qū)動(dòng)力矩的重要環(huán)節(jié)，提高傳動(dòng)效率，延長(zhǎng)滾珠絲桿的使用壽命，接觸面和油膜減振效果，降低傳動(dòng)噪音和塵土等雜物在螺旋洗，所以應(yīng)注入潤(rùn)滑脂。
（7）推薦的大型軸承的使用適用于數(shù)控機(jī)床為了提高傳動(dòng)剛度。
（8）內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠，滾珠絲杠必須兩端的齒和一端連接了至少一個(gè)螺紋，所有圓螺紋底徑尺寸小于D2，否則無法安裝螺母。
（9）外循環(huán)滾珠滾珠絲桿位置，最好是放在滾珠絲桿軸以上插管。
（10）加工螺紋，外圓直徑大于1的外徑最好不要螺釘。
滾珠絲桿圖如下圖所示：
4.4 機(jī)架強(qiáng)度的校核
機(jī)架的選擇根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的總重量來定，方管機(jī)架受力分析得出，由分析得出底架在平衡狀態(tài)下只受地面對(duì)其的支撐力和在其表面上物體所給的壓力。
即物料和底架上面的所有零部件等等給的壓力為
；
根據(jù)方管承載力計(jì)算公式：
(為彎矩，為集中力，為集中力距支座距離，為集中力距另一支座距離，為跨度，) ；
（僅用于截面)；
（彈性抗拉強(qiáng)度/安全系數(shù)）。
，本次設(shè)計(jì)初定為；
則：
；
，初定方管為。
計(jì)算得出。
；
折算后為；
查得普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235A的抗拉強(qiáng)度為，由于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，所以初定方管滿足要求。
4.5轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度的校核
軸的強(qiáng)度是一個(gè)機(jī)械能否保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，在一些特定場(chǎng)合，特別是軸的作用非常重要的場(chǎng)所，對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核是必然的。
由于本設(shè)計(jì)所用軸主要是受彎曲強(qiáng)度，右端是帶輪對(duì)軸的力，中間是軸承座的兩個(gè)支撐力。而根據(jù)系統(tǒng)工況，要對(duì)軸進(jìn)行校核，就必須對(duì)它的抗彎能力和抗扭能力進(jìn)行校核計(jì)算，即由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力不超過許用彎曲應(yīng)力，一般計(jì)算順序是先畫出軸的空間受力圖，然后根據(jù)分析繪制出軸的水平受力圖和垂直受力圖并求出水平面上和垂直面上的支承點(diǎn)反作用力。最后才是作出水平面上的彎矩和垂直面上的彎矩圖，這是軸的校核計(jì)算中的一個(gè)基本的流程，對(duì)于軸的危險(xiǎn)截面的校核計(jì)算有著相當(dāng)重要的意義和作用，所以這個(gè)地方很關(guān)鍵，需要一步步地對(duì)軸進(jìn)行校核計(jì)算，才能夠得到正確的校核結(jié)果。
根據(jù)以上分析，我們可以做出軸的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖，應(yīng)用公式我們可以繪出當(dāng)量彎矩圖，是應(yīng)力校正系數(shù)。對(duì)于不變的轉(zhuǎn)矩，??；對(duì)于變化的轉(zhuǎn)矩，?。粚?duì)于對(duì)稱循環(huán)的轉(zhuǎn)矩取。a 是根據(jù)不同的系統(tǒng)工況決定的。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，可以把軸的轉(zhuǎn)矩理解為不變的轉(zhuǎn)矩，所以根據(jù)以上分析，我們可以取。
軸的材料為鋼，根據(jù)鋼這個(gè)材料的相關(guān)參數(shù)，我們可以知道，，，；應(yīng)滿足 下列條件： 或
其中W為軸的抗彎截面系數(shù)；
軸的具體受力情況如下圖：
由材料力學(xué)的相關(guān)知識(shí)可得：
即：
解得：
由
得：
可得軸的彎矩圖則如下：
軸所受的轉(zhuǎn)矩如下：
轉(zhuǎn)矩圖如下：
；
所以，
所以當(dāng)量彎矩圖為：
從以上圖可以看出軸的危險(xiǎn)截面在軸承左邊支撐處，于是就有：
；
即：
；
故根據(jù)校核，截面強(qiáng)度足夠，其它截面也是足夠安全的。
4.6軸承的較核
軸承的選用在以上的說明中已經(jīng)給出，選用的是帶緊定套的滾子軸承，型號(hào)為22218CK/W33+H318，其基本參數(shù)為主要是額定載荷：
，，,Y,，根據(jù)規(guī)范，我們知道該軸承的一些常規(guī)屬性，例如使用壽命，工作年限等等，所以軸承的額定動(dòng)載荷的計(jì)算如下：
，
其中：
—基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值；
—當(dāng)量動(dòng)載荷；
—壽命因數(shù)，?。?
—速度因數(shù)，??；
—力矩載荷因數(shù)，力矩較小時(shí),力矩較大時(shí)；
—沖擊載荷因數(shù),?。?
—溫度系數(shù),?。?
—基本額定動(dòng)載荷；
,,,（等沖擊）,；
因?yàn)檩S向載荷，即，所以當(dāng)量動(dòng)載荷
即
，
，
,
所以此軸承選的合適,能滿足要求。
軸承的三維圖如下圖所示：
第五章 附錄
部分機(jī)器及零件的三維圖
總結(jié)
至此在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師對(duì)我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛的老師，您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時(shí)，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標(biāo)。知道自己想要什么了，不再是從前那個(gè)愛貪玩的我了，我懂得了很多，也成熟了很多，知道自己還是一名學(xué)生，需要學(xué)習(xí)的地方還有很多。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，查找了各類的紙幣分類整理裝置的設(shè)計(jì)資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動(dòng)和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因?yàn)槲易约阂呀?jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)學(xué)習(xí)取得的一點(diǎn)點(diǎn)成果。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識(shí)，在此對(duì)所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_(dá)我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。
經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，有很多地方需要學(xué)習(xí)和補(bǔ)充，這樣，在以后的工作中才能夠克服種種困難，取得一定的成就。
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致謝
寫到這里，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)總算快要完成了，通過幾個(gè)月的努力和時(shí)間的付出，總算有了這么一點(diǎn)點(diǎn)成就，覺得挺自豪的，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)自己之前思念在學(xué)校學(xué)習(xí)的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還有很多問題不大懂，也不明白，幸虧有我的導(dǎo)師和同學(xué)們的指導(dǎo)和幫助，然后自己查找相關(guān)書籍和資料，總算有了論文的初步構(gòu)思，然后通過這幾個(gè)月的付出，以至于今天的論文總算要告一段落了。我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因?yàn)槲沂窃趺聪氲?，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識(shí)和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是來自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識(shí)，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。
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世界最新機(jī)械設(shè)計(jì)理念
來源:中國(guó)科技期刊
摘要:根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的主要思維特點(diǎn)，將產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識(shí)和智能。這幾種方法的特點(diǎn)及其相互間的有機(jī)聯(lián)系，提出產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的努力方向。
關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)方法發(fā)展趨勢(shì)
設(shè)計(jì)文件是將語義設(shè)計(jì)網(wǎng)作為設(shè)計(jì)工具，在其開發(fā)的活性語義設(shè)計(jì)網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點(diǎn)和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計(jì)，結(jié)點(diǎn)表示元件化的單元(如設(shè)計(jì)任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點(diǎn)間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計(jì)過程中的所有活動(dòng)和結(jié)果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計(jì)要求的定義到每一個(gè)結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程由抽象到具體的飛躍。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由德國(guó)學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計(jì)的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。德國(guó)工程師協(xié)會(huì)在這一設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)方法。
1. 將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。
2. 將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
3. 將機(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)基本問題：一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分（單元）及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程看成一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段。
由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。
4. 設(shè)計(jì)元素法
用五個(gè)設(shè)計(jì)元素（功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個(gè)產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國(guó)亦有設(shè)計(jì)學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。
5. 圖形建模法
研制的“設(shè)計(jì)分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。
將設(shè)計(jì)劃分成輔助方法和信息交換兩個(gè)方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號(hào)、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實(shí)現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。
6. “構(gòu)思”—“設(shè)計(jì)”法
將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分成“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)階段。“構(gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計(jì)”階段的工作則是具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。
將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實(shí)現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖)。方案的“設(shè)計(jì)”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計(jì)單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動(dòng)參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡(jiǎn)圖，把設(shè)計(jì)專家憑直覺設(shè)計(jì)的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識(shí)的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”階段。
7. 鍵合圖法
將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。
提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個(gè)或幾個(gè)模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個(gè)系統(tǒng)。
本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國(guó)結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合，根據(jù)分級(jí)模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí)，并利用專家知識(shí)和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
以設(shè)計(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評(píng)論每一個(gè)解的附加信息，非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設(shè)計(jì)與制造，以及從用戶對(duì)產(chǎn)品的功能需求→設(shè)計(jì)→加工→裝配→成品這一并行工程的實(shí)現(xiàn)成為可能。但是，達(dá)到這些目標(biāo)的重要前提條件之一，就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件愈來愈多地應(yīng)用于產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中初露鋒芒。目前，德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家正著力于研究超媒體技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP，以及標(biāo)準(zhǔn)虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言上基于虛擬環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)交換格式)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)正朝著計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)、智能化設(shè)計(jì)和滿足異地協(xié)同設(shè)計(jì)制造需求的方向邁進(jìn)，由于產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達(dá)到上述目標(biāo)的方案設(shè)計(jì)工具軟件。作者認(rèn)為，綜合運(yùn)用文中四種類型設(shè)計(jì)方法是達(dá)到這一目標(biāo)有效途徑。雖然這些方法的綜合運(yùn)用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域知識(shí)有關(guān)，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計(jì)算機(jī)軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識(shí)，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)必須努力的方向。國(guó)外在這方面的研究已初見成效，我國(guó)設(shè)計(jì)學(xué)者也已意識(shí)到CAD技術(shù)與國(guó)際交流合作的重要性，及其應(yīng)當(dāng)采取的措施。
基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)，再利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。
機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，必須研究知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。