紙幣分類整理裝置的設計【三維SW】【含9張CAD圖紙和說明書全套】

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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 江西科技學院本科生畢業(yè)論文（設計） 目錄摘要IAbstractII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 紙幣識別、整理、計數(shù)及儲存模塊設計4 2.1識別方案6 2.2計數(shù)及儲存模塊設計方案7第三章 紙幣分類整理裝置的結(jié)構(gòu)設計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 機械傳動部分的選型計算15 4.1驅(qū)動電機的選型計算17 4.2平帶傳動的選型計算20 4.3滾珠絲桿傳動的設計計算21 4.4機架強度的校核22 4.5轉(zhuǎn)軸強度的校核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 由于機械工程的知識總量已經(jīng)遠遠超越個人掌握所有，一些專業(yè)知識是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進步和整個塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應能力。封閉的專業(yè)知識的太狹隘，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，自上世紀第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎理論，拓寬領域，對專業(yè)合并的分化。機械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟效益為目標，并研制和發(fā)展新的機械產(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)境污染作為一個超級經(jīng)濟目標和任務。機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?，F(xiàn)代機械工程機械和機械設備創(chuàng)造出更多、更精美的越來越復雜，很多幻想成為過去的現(xiàn)實。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，細胞和分子。電子計算機硬件和軟件，人類的新興科學已經(jīng)開始加強，并部分代替人腦科學，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。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，手工制作，更復雜的工作，從而促進手功能。又一方面實踐促進人腦智力。在人類的進化過程中，以及在每個人的成長過程中，大腦和手是互相促進和平行進化。 機械工程專業(yè)，有分支機構(gòu)。在第二十世紀中期趨勢分解，在時間之前和之后的第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時達到的峰值。由于機械工程的知識總量已經(jīng)遠遠從個人掌握所有，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)的進步和整個塊的技術(shù)，外部條件變化的適應能力差。封閉的專業(yè)知識的專家太狹，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，自上世紀第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎理論，拓寬領域，對專業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識循環(huán)過程的合成，是合理和必要的。從不同的專業(yè)和專業(yè)知識的專家，也有綜合的知識了解不夠，看看其他學科和項目作為一個整體，從而形成一種相互強烈的集體工作。綜合和專業(yè)水平。有機械工程全面而專業(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，包括社會科學，自然科學和工程技術(shù)，有一個更高的水平，更廣泛的綜合性和專業(yè)性的問題。本畢業(yè)設計課題來自于冰糕二次加工型機械公司的生產(chǎn)實際，通過設計出冰糕剖切機，從而來掌握冰糕剖切機的整個設計生產(chǎn)流程，培養(yǎng)工程意識。紙幣分類整理裝置是一種對各種面值的紙幣進行自動分類，清點，計數(shù)的機械設備，主要用在銀行的紙幣的分類和清點方面。通過設計出紙幣分類整理裝置，使銀行對于散鈔的處理更加方便，以解決目前的社會紙幣面值逐漸增加循環(huán)量，以及錢幣的清點、分類不便的問題。通過市場上的產(chǎn)品的調(diào)查，現(xiàn)有的紙幣分選機構(gòu)不具有包裝的功能。本機械裝置的主要功能是對混雜在一起的各種紙幣進行分類、清點、整理。本設計準確、實用?？刹糠只蛘呷刻娲斯?，減少人力成本。本設計的創(chuàng)新點主要有：（1）功能齊全，可實現(xiàn)紙幣的分類、清點、整理。（2）結(jié)構(gòu)緊湊，該設計中各模塊排列緊湊。（3）該設計過程采用模塊化設計，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用SolidWorks對紙幣分類整理裝置進行設計。主要是設計出了該紙幣分類整理裝置的進幣、分選、輸送、檢測、存儲等等幾個部分。具體的研究內(nèi)容如下：1、 紙幣分類整理裝置的進幣裝置的設計，包括其中電機的選型以及旋轉(zhuǎn)體的設計。2、 紙幣輸送單元的設計，包括出幣口的設計以及輸送線的設計。3、 紙幣分選、清點部分的設計，包括檢測傳感器的選型以及分選存儲裝置的設計。1 第二章 紙幣識別、整理、計數(shù)及儲存模塊設計2.1識別方案 對紙幣面值的識別和判斷是紙幣分類整理裝置的一個重要組成部分也是核心部分，通過CIS傳感器對輸送帶上面輸送過來的紙幣進行取樣并拍照后，通過A/D轉(zhuǎn)換器把圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳遞給圖像處理單元SOPC進行圖像的處理和分析，其中內(nèi)部RAM是用來存儲數(shù)字信號的存儲器，然后，中央處理器根據(jù)采集來的信號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做出相應的動作，來對鈔票進行分類，系統(tǒng)原理框圖如下圖2.1所示：圖2.1原理圖2.2計數(shù)及儲存模塊設計方案對于傳感器的計數(shù)是根據(jù)傳感器的信號來判斷的，當CIS傳感器檢測到鈔票是五元面值的時候就會通過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數(shù)功能，多少張紙幣被傳感器檢測到了，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)設計3.1系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)框圖的確定本次設計的任務是對紙幣分類整理裝置進行設計，本次設計主要采用模塊化設計。方案一:本次設計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構(gòu)，和檢測機構(gòu)來實現(xiàn)錢幣的自動分類、清點。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，然后通過分選機構(gòu)和清點機構(gòu)進行錢幣的自動分類、清點。通過查找相關資料和文獻，對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，并且機械的主體機構(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幣筒，進幣筒里面有分選體裝置，電機帶動其不斷地旋轉(zhuǎn)，對于紙幣，在分選體旋轉(zhuǎn)的同時，在分選體圓周表面與紙幣摩擦的同時，由于慣性力的作用，將紙幣從進幣筒里的缺口里面落到分選輸送帶上面，通過檢測傳感器針對紙幣的顏色和大小的判別從而通過PLC系統(tǒng)控制電機帶動滾珠絲桿螺母副移動，利用真空吸盤來吸住不同面值的紙幣到各自的滑槽里面，紙幣會隨著滑槽在其重力的作用下落入到存儲箱里面。具體結(jié)構(gòu)原理圖如下圖所示：第四章 機械傳動部分的選型計算4.1 驅(qū)動電機的選型計算 已知整個設備上工件與零件的重量，我們?nèi)】傊亓繛?，滾珠絲桿轉(zhuǎn)動速度為。即： 具體的電機設計計算如下:1、確定運行時間本次設計加速時間 負載速度，有速度可知每秒上升，2.負載慣量左右水平運電機慣量總慣量3.電機轉(zhuǎn)矩啟動轉(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型號為92BL-A，此無刷直流步進電機廠家為南京森宇機電的產(chǎn)品。根據(jù)電機的特性曲線以及參數(shù)表如下：根據(jù)以上分析，選擇電機型號為92BL-4030H1-LK-B，電機的額定功率為，其額定轉(zhuǎn)矩為，最大轉(zhuǎn)矩為，額定轉(zhuǎn)速為 。4.2 平帶傳動的選型計算(1)傳動名義功率；(2)主動輪轉(zhuǎn)速，從動輪轉(zhuǎn)速；(3)中心距；(4)工作情況： 小時運轉(zhuǎn)求設計功率，式中為載荷修正系數(shù)由設計功率 和，查表可得帶的型號為型，對應節(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；,取標準帶輪齒數(shù)；（6）確定帶輪節(jié)圓直徑；（7）確定平帶的節(jié)線長度，；式中：，以代入 則， 選擇最接近計算值的標準節(jié)線；（8）計算平帶齒數(shù)；（9）傳動中心距的計算；用逐步逼近法計算，代入上式得出與精確計算結(jié)果相似。最后測量裝置平帶選用型平帶；， ；平帶輪： ，；4.3 滾珠絲桿傳動的設計計算 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)濟性。這種材料的特性機械部分應在正常工作條件下，其物理和化學性能，是保證其可靠性的基礎。一般的機械零件，主要考慮的是材料的機械性能；而非金屬材料零件，還應考慮對零件性能的環(huán)境效應。根據(jù)零件選擇的力學性能，要對工作條件進行正確分析，形狀和大小和應力狀態(tài)，結(jié)合這類零件的主要失效形式，對原發(fā)性和繼發(fā)性失效抗力進行計算和分析。1) 絲桿螺母強度的校核計算 滾動螺旋傳動主要承受軸向力。螺母與螺釘間滑動摩擦較大，所以磨損失效的主要形式。基本尺寸（直徑滾珠絲杠和螺母高度），通?；跅l件的耐磨性測定。滾珠絲桿驅(qū)動力較大，應檢查滾珠絲桿和螺母和螺紋強度的危險截面，以防止塑性變形或斷裂的發(fā)生；自鎖螺釘?shù)囊?，檢查自鎖螺釘；滾珠絲桿直徑比較大，應檢查其穩(wěn)定性，以防止軸心受壓失穩(wěn)；長滾珠絲桿轉(zhuǎn)速也應該檢查其臨界轉(zhuǎn)速，以防止過大的橫向振動。設計應根據(jù)驅(qū)動類型，工作條件和失效模式，選同的設計標準，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，滾珠絲桿的負荷包括運動部件的重量所引起的進給抗力。應按額定靜載荷選用。 載荷性質(zhì)系數(shù)為動載荷硬度影響系數(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 號計算公式和結(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)）螺母長度Ln33（2）傳動效率計算 式中：摩擦角；絲桿螺紋升角。 （3）剛度驗算，滾珠絲桿受工作負載引起的導程的變化量 向所受牽引力大，故應用向的參數(shù)計算 所以 絲桿因受扭矩而引起的導程變化量很小，可以忽略。 所以導程誤差查表知級精度的絲桿允許誤差，故強度足夠。（4）穩(wěn)定性驗算，由部件自重產(chǎn)生的使絲桿回轉(zhuǎn)的扭矩為式中：移動部件自重導程逆?zhèn)鲃有?，由于滾珠絲桿副的正傳動效率和逆?zhèn)鲃有式葡嗟?，因此，一般用正傳動效率代替。由，可?10BF004反應式步進電動機帶動絲桿螺母副時不會發(fā)生逆向傳動 。 （5）軸承的選擇，初選，工作時為輕度沖擊，正常工作溫度，預期壽命為，絲桿在工作的過程中受軸向載荷作用，且最大軸向載荷為。查手冊可知道的基本額定負載,為了能安裝方便本次設計中軸承可以用帶座軸承代替，選用軸承的型號為UCFU203軸承。查表可知道；當量負載的計算可算得軸承壽命。 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，短軸螺釘本次設計中絲桿螺母的固定方式如下圖所示：4) 滾珠絲桿螺母的潤滑和防塵隔離（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)動器對效率高，應在電機功率的考慮，和逆螺旋傳動由于其成分的重量（尤其是驅(qū)動在垂直方向上，當逆方法）可以用來防止動力傳動電機，蝸輪自鎖：切割離合器，等。（3）在行程兩端的滾珠絲杠應該有保護裝置，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，和其他機械零件熱時，滾珠絲桿的熱膨脹和伸長率。因此有必要對熱源的因素，控制熱源的措施，也可用于預拉伸，強制冷卻，減少滾珠絲桿伸長的熱變形的影響。（5）密封圈是重要的密封氣體和液體的標準件，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裝置。（6）合理的潤滑是減小驅(qū)動力矩的重要環(huán)節(jié)，提高傳動效率，延長滾珠絲桿的使用壽命，接觸面和油膜減振效果，降低傳動噪音和塵土等雜物在螺旋洗，所以應注入潤滑脂。（7）推薦的大型軸承的使用適用于數(shù)控機床為了提高傳動剛度。（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 機架強度的校核 機架的選擇根據(jù)整個系統(tǒng)的總重量來定，方管機架受力分析得出，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)； （彈性抗拉強度/安全系數(shù)）。 ，本次設計初定為； 則： ； ，初定方管為。 計算得出。 ； 折算后為； 查得普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235A的抗拉強度為，由于遠遠小于，所以初定方管滿足要求。4.5轉(zhuǎn)軸強度的校核軸的強度是一個機械能否保證正常運轉(zhuǎn)的關鍵，在一些特定場合，特別是軸的作用非常重要的場所，對軸進行強度校核是必然的。由于本設計所用軸主要是受彎曲強度，右端是帶輪對軸的力，中間是軸承座的兩個支撐力。而根據(jù)系統(tǒng)工況，要對軸進行校核，就必須對它的抗彎能力和抗扭能力進行校核計算，即由彎矩產(chǎn)生的彎曲應力不超過許用彎曲應力，一般計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，這是軸的校核計算中的一個基本的流程，對于軸的危險截面的校核計算有著相當重要的意義和作用，所以這個地方很關鍵，需要一步步地對軸進行校核計算，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，應用公式我們可以繪出當量彎矩圖，是應力校正系數(shù)。對于不變的轉(zhuǎn)矩，??；對于變化的轉(zhuǎn)矩，??；對于對稱循環(huán)的轉(zhuǎn)矩取。a 是根據(jù)不同的系統(tǒng)工況決定的。對于本次設計，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)鋼這個材料的相關參數(shù)，我們可以知道，；應滿足 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： 由材料力學的相關知識可得：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，所以當量彎矩圖為：從以上圖可以看出軸的危險截面在軸承左邊支撐處，于是就有：；即： ；故根據(jù)校核，截面強度足夠，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，所以軸承的額定動載荷的計算如下： ，其中： 基本額定動載荷計算值； 當量動載荷； 壽命因數(shù)，??； 速度因數(shù)，?。?力矩載荷因數(shù)，力矩較小時,力矩較大時； 沖擊載荷因數(shù),?。?溫度系數(shù),??；基本額定動載荷； ,（等沖擊）,；因為軸向載荷，即，所以當量動載荷即 ， ,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 部分機器及零件的三維圖 總結(jié) 至此在畢業(yè)設計完成之際，向我的導師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導師對我的諄諄教導，感謝我敬愛的老師，您不僅在學習學業(yè)上給我以精心的指導，同時還在思想給我以無微不至的關懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學階段的學業(yè)同時，也學到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標。知道自己想要什么了，不再是從前那個愛貪玩的我了，我懂得了很多，也成熟了很多，知道自己還是一名學生，需要學習的地方還有很多。經(jīng)過近半年努力的設計與計算，查找了各類的紙幣分類整理裝置的設計資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動和開心。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，因為我自己已經(jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學學習取得的一點點成果。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多有用的知識，在此對所有關心我?guī)椭业谋磉_我由衷敬意，謝謝各位同學老師。 經(jīng)過此次畢業(yè)設計，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，有很多地方需要學習和補充，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。參考文獻1黃磊 機械設計理論研究與探討 北京：科學出版社，2004.52李華 紙幣分類整理裝置概述 北京：機械工業(yè)出版社，2005.13周宏甫 紙幣分類整理裝置的創(chuàng)新設計.高等教育出版社，2004.34姜繼海，宋錦春，高常識. 紙幣分類整理裝置工作原理.高等教育出版社，2002.85張春林，曲繼方，張美麟.機械創(chuàng)新設計.機械工業(yè)出版社，2001.46張遼遠. 紙幣分類整理裝置的設計與實現(xiàn). 機械工業(yè)出版社，2002.87基恩士傳感器選擇手冊 2010版本8黃長藝，嚴普強.機械工程測試技術(shù)基礎. 機械工業(yè)出版社，2001.19張桓，陳作模.機械原理.高等教育出版社，2000.810王昆，何小柏，汪信遠. 紙幣分類整理裝置原理.高等教育出版社，1995.1211徐錦康.機械設計.高等教育出版社，2004.412鄧星鐘.機電傳動控制.華中科技大學出版社，2001.313劉延俊.液壓與氣壓傳動.機械工業(yè)出版社，2002.1214章宏甲，黃誼，王積偉.紙幣分類整理裝置的逆向設計.機械工業(yè)出版社，2000.515胡泓，姚伯威.機電一體化原理及應用.北京：國防工業(yè)出版社，2000.616陳鐵鳴 紙幣分類整理裝置的創(chuàng)新. 高等教育出版社，2003.717孫靖民.機械優(yōu)化設計. 機械工業(yè)出版社，2005.118王勇領.系統(tǒng)分析與設計.北京:清華大學出版社，1991.719Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space致謝 寫到這里，這次畢業(yè)設計總算快要完成了，通過幾個月的努力和時間的付出，總算有了這么一點點成就，覺得挺自豪的，同時也發(fā)現(xiàn)自己之前思念在學校學習的知識還遠遠不夠，還有很多問題不大懂，也不明白，幸虧有我的導師和同學們的指導和幫助，然后自己查找相關書籍和資料，總算有了論文的初步構(gòu)思，然后通過這幾個月的付出，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，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學四年的知識和反映。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學的潛移默化讓我學到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關心我和幫助我的人，謝謝大家。24 世界最新機械設計理念來源:中國科技期刊摘要:根據(jù)目前國內(nèi)外設計學者進行機械產(chǎn)品設計時的主要思維特點，將產(chǎn)品方案的設計方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識和智能。這幾種方法的特點及其相互間的有機聯(lián)系，提出產(chǎn)品方案設計計算機實現(xiàn)的努力方向。關鍵詞：機械產(chǎn)品方案設計方法發(fā)展趨勢設計文件是將語義設計網(wǎng)作為設計工具，在其開發(fā)的活性語義設計網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點和線條組成的網(wǎng)絡描述設計，結(jié)點表示元件化的單元(如設計任務、功能、構(gòu)件或加工設備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點間不同的語義關系，由此為設計過程中的所有活動和結(jié)果預先建立模型，使早期設計要求的定義到每一個結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關系間的定義表達，實現(xiàn)了計算機輔助設計過程由抽象到具體的飛躍。系統(tǒng)化設計方法系統(tǒng)化設計方法的主要特點是：將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設計系統(tǒng)所需完成的任務。系統(tǒng)化設計思想于70年代由德國學者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎，制訂了設計的一般模式，倡導設計工作應具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設計思想的基礎上，制訂出標準VDI2221技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設計方法。1. 將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設計和零件設計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎，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)目標和作業(yè)控制規(guī)程的方法。2. 將產(chǎn)品看作有機體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設計過程劃分成功能需求層次、實現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設計層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。3. 將機械設計中系統(tǒng)科學的應用歸納為兩個基本問題：一是把要設計的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分（單元）及其相互關系；二是將產(chǎn)品設計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設計目標，正確、合理地確定設計中各個方面的工作和各個不同的設計階段。由于每個設計者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點不同，進行方案設計時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)化設計方法。4. 設計元素法用五個設計元素（功能、效應、效應載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認為一個產(chǎn)品的五個設計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設計學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“設計分析和引導系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。將設計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、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、可以實現(xiàn)關系間的任意結(jié)合等特點，將設計方法解與信息技術(shù)進行集成，實現(xiàn)了設計過程中不同抽象層間信息關系的圖形化建模。6. “構(gòu)思”“設計”法將產(chǎn)品的方案設計分成“構(gòu)思”和“設計”兩個階段?！皹?gòu)思”階段的任務是尋求、選擇和組合滿足設計任務要求的原理解?！霸O計”階段的工作則是具體實現(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)，尋求滿足設計任務要求的原理解。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(機械運動簡圖)。方案的“設計”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“總設計單元(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、位置和傳動參數(shù)間相互關系的若干種簡圖，把設計專家憑直覺設計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應用現(xiàn)有知識的方法，并將其應用于“構(gòu)思”和“設計”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，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設計方案的方法。提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(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，甚至是一個系統(tǒng)。本結(jié)構(gòu)應該具有標準化的接口(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)濟化，具有互換性、相容性和相關性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設計與組合設計相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和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。以設計為目錄作為選擇變異機械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設計的解元素進行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設計目錄。并在解集設計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設計工程師選擇解元素。網(wǎng)絡技術(shù)的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設計與制造，以及從用戶對產(chǎn)品的功能需求設計加工裝配成品這一并行工程的實現(xiàn)成為可能。但是，達到這些目標的重要前提條件之一，就是實現(xiàn)產(chǎn)品方案設計效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設計軟件愈來愈多地應用于產(chǎn)品的方案設計中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設計中初露鋒芒。目前，德國等發(fā)達國家正著力于研究超媒體技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準STEP，以及標準虛擬現(xiàn)實造型語言上基于虛擬環(huán)境的標準交換格式)在產(chǎn)品設計中的應用。機械產(chǎn)品的方案設計正朝著計算機輔助實現(xiàn)、智能化設計和滿足異地協(xié)同設計制造需求的方向邁進，由于產(chǎn)品方案設計計算機實現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達到上述目標的方案設計工具軟件。作者認為，綜合運用文中四種類型設計方法是達到這一目標有效途徑。雖然這些方法的綜合運用涉及的領域較多，不僅與機械設計的領域知識有關，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計算機軟硬件工程、網(wǎng)絡技術(shù)等各方面的領域知識，但仍然是產(chǎn)品方案設計必須努力的方向。國外在這方面的研究已初見成效，我國設計學者也已意識到CAD技術(shù)與國際交流合作的重要性，及其應當采取的措施?；诋a(chǎn)品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設計領域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設計。機械系統(tǒng)的方案設計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設計領域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進行推量和決策，完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設計學者針對機械系統(tǒng)方案設計知識的自動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。