硬币的自动分选计量装置毕业论文【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 1 - 1 硬币自动分选计量机的 组成 述 本次设计题目为硬币自动分选 计量 机械设计，本项目属于应用于现代化的创新性设计。该设备主要用于多种硬币的分选、记数、包装，该设备实现了自动化操作，达到高效、可靠、生产效率提高、减轻劳动成本的目的。在目前国内的小面值货币流通的领域中，硬币分选 计量 大多为人工操作，生产效率低，浪费劳动成本。所以说，此设备的研制可以改善这一状况，节约劳动力成本，提高劳动生产效率。 硬币自动分选 计量 机械设计 的系统组成 硬币自动分选 计量 机的主要功能是实现硬币的自动分选 、计数和包装 。它主要由机械系统，控制系统两部分组成。 机械系统可分为 7 个主要功能单元，各个功能单元具有一定的独立性。 （ 1） 硬币的堆放和首次分选功能。 （ 2） 硬币的二次分选功能。 （ 3） 硬币的分选记数功能。 （ 4） 硬币的堆码、整理功能。 （ 5） 顶杆顶硬币堆码功能。 （ 6） 薄膜输送、包装功能。 （ 7） 机械手夹断，封边功能。 图 1币自动分选计量机械设计的 原理图 1、 斗式 电磁振动送料机 2、滑道 3、 槽式 电磁振动送料机 4、滑道 5、包装机构 6、包装切断机械 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - 2 硬币自动分选机构 硬币自动分选机构 的工作原理 电磁振动 送料机 工作时，将交流电经半波整流后，接通电磁铁的线圈，则在 间吸力最大，衔铁被吸向下，使料斗压着片簧向下振动，而在 间吸力减小为零，片簧向上弹推，迫使料斗向上振动，这样，一吸一推，使料斗产生伴随着扭动的上下振动。 图 2 2 电磁振动送料机工作原理图 1 2 3 4 5上图 2 2（ a）中物料放在由主振弹簧 3 支撑的供料槽体 2 上，衔铁 4 与主振弹簧联成一体，绕于铁心上的线圈 5 中流过的是经过半波整流后的单向脉动电流，电磁铁就产生了相应的脉冲电磁力。图 2 2（ b）表示在正半周期内线圈中有电流流过，铁心便产生一次脉冲电磁力吸引衔铁，使槽体向后运动，主振弹簧因此而变形，贮存了一定的势能；在负半周内线圈中无电流通过，电磁力消失，弹簧就恢复变形，带着槽体向前运动，在达到振幅位置之后又返回向后运动。由于电磁力是一个周期变化的强迫作用力，因此电振机是一个以电磁力为周期干扰力的强迫振动系统。 斗式 硬币自动 分选机构 在斗式电磁振动送料机中， 它的运动方式 是做扭转运动，硬币在料斗中随着惯性向前运动，在料斗的侧面开出三个滑道，在料槽中有 不同大小的 椭圆 形 小孔，符合规格的硬币通过小孔直接落入滑道， 分选 1 毛硬币 的 滑道在最下面， 分选 5 毛硬币的滑道 在中间 ， 1元硬币的滑道 在最上面 。 斗 式电磁振动送料机 起到的是首 次 分选 1 元、 5 毛、 1 毛硬币 的作用。 槽式硬币自动分选机构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - 和斗式 电磁振动送料机 的分选过程 不同的地方就是他的工作表 面是直线槽形的，并且槽式电磁振动送料机做的是直线往复运动，物料 在里面的 运动是水平的。物料经过滑道进入到槽式电磁振动送料机，在槽式振动送料机上有三层滑道，每一层有三个滑道。第一层分选的是 1 元硬币，第二层是分选 5 毛的硬币，第三层是分选 1 毛的硬币。在每一层槽的底部开有椭圆行的槽，使不符合规格的硬币直接落入下面的滑道中，从而达到硬币的二次分选。 图 2 4 槽式电磁振动送料机 1、振动料斗 2、滑道 3、衔铁 4、电磁铁 5、线圈 6、隔振座 7、橡胶垫 8、底座 以 1 元硬币的滑道为例，滑道的视 图和具体尺寸如下所示： 图 2 5 槽式电磁振动送料机的滑道 硬币自动分选机构 的主要设计参数 振动 送料机 给料速度的估算 振动 送料机 的给料速度，一般用于工件在料槽上运动的平均速度来估算。它不但取决买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 于料槽的倾角 、振动升角 和工件的形状、尺寸及二者之间的摩擦系数，还同电磁铁的激振频率 f 和料槽方向振幅 斗结构确定之后，工件的平均速度为： 平均 = 2= mm/s) 式中 (mm/s)； 主要受料槽和工件结构因素的影响。由实验测得：若工件沿料槽滑移前进时， k=工件作跳跃前进时 k= 因此振动 送料机 给料速度可由下式估算： = 中 1/s） 料槽全长上工件占有位置的百分数。形状简单而表面光滑的工件 =杂而又带毛刺的工件 = 为了检测方便可改写为： = 一般送料速度为 100 200 件 / 振动 送料机 料槽升角 ，振动升角 及振动方向角的确定 （ 1）料槽升角 角由料斗升程及中径大小确定，料槽升角 的大小影响上料速度， 角太大会降低上料速度，甚至无法上料。 角小些，则上料速度提高，但升程减小，一般取 =1 3。对摩擦系数大的工件，如橡胶制 品等， 可取大些（ 4 5）。 如前所述，工件向前滑移的条件为 +1 极端情况下，令 +1= 得许可的最大料槽升角 式中 为了使工件有较大的上料速度，实际角应比 k 中 k 可靠系数，一般取 （ 2）振动 送料机 升角 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 5 - 一般来说，振动升角 由主振簧的安装角及料槽的升角确定。 角大小直接影响着作用在工件上的惯性力在垂直和水平两个方向上分量的比例。因此角的选择应保证在其它条件相同的情况下，使工件沿料槽前进的速度最大。 一般当激振频率 f=100 =10 16；当激振频率 f=50 , =20 25。 （ 3） 振动方向角的选择 振动方向角的选择应有两个原则，一是要尽量提高输送速度，二是要考虑物料性质的要求。 在振动幅与振动次数确定的情况下（即 K 值一定）物料输送速度 v 是随着振动方向角的变化而变化的，对应于最大输送速度的角称为最佳振动方向角。当选择有抛掷运动工作状态时，槽体在不同倾角下对应于每一个机械指数 K 有一个最佳振 动方向角。下图2 6 就是在不同的倾角下最佳振动方向角与机械指数 K 的关系曲线。 2 6 最佳振动方向角与机械指数 K 的关系 此外，振动方向角的选择还应考虑物料的性质和物料的相对密度、粒度、水分、黏性、易碎性和磨琢性等，对于粒度大、相对密度小、水分较强或黏性较大的物料适宜选用较大的振动方向角；对于易于粉碎的物料，为了防止抛掷时过于碎，适宜选用较小的振动方向角；而对于磨琢性较强的物料，为了减小工作面的磨损又应选较大的振动方向角。 振动频率的确定 为了说明振动 送料机 的运动特点，根据机械振动原 理，可以用如图所示的力学模型表示。它是一个双自由双质量强迫振动系统， 其中主要有： 激振力 t，同时作用在 大小相等而方向相反； 弹簧反力 k1(它是阻止位移的力，其方向与位移相反，若在平衡位置上，则两弹簧力均等于零； 还有作用在质量 m 上的弹簧力 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 6 - 按牛顿第二定律得质量 s s 2112222111 （ 2 1） 式中 振动系统的上质量（包括料斗、衔铁，工件等）； 振动系统的下质量（包括铁芯、线圈、片弹性以及基座等）； 平衡位置算起的质量位移； k1,上、下弹簧刚度。 设上列方程组的谐振动特解为： 1t 2 t （ 2 2） 图 2 7 对式（ 2 2）分别取 阶和二阶导数，得速度 1y 及 2y 和加速度 1y 和 2y ，代入式（ 2 1）并令： 221 / 21/ 11/ 11/ 22/ （ 2 3） 消 除 t 简化后，得： 1212 2221 （ 2 4） 当激振力消失时，即 及 时，式（ 8 15）成为： 0212 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 7 - 这个齐次联立代数 方程组的一个解是 2=0，由此引出的 y1= 只能定出系统的平衡位置，而不说明振动性质，不是需求的振动解。要使 2 有非零解，其系数行列式必须等于零。将它展开后得频率方程为 ： 034 将式（ 2 3）代入上式，求解后得两个根。因 取 ，则取其中一个根 1=0，故得： 211212 令 21121211 式中 m 振动系统的折算质量。 将 m 值代入上式后，得振动系统固有频率的基本公式为： 或 10 （ 2 5） 由式（ 2 5）知：变动 K 与 m 的比值可以改变 0值。当振动系统的结构、材料确定之后，即 m 和 K 值确定之后，不论初始条件及其振幅大小如何，系统的 0值不变，这就是所谓振动系统的固有频率。这样 ，就把一个双自由度双质量强迫振动系统，简化为一个单自由度单质量有阻尼的强迫振动系统，其力学模型如图 2 7（ b）所示。其中总阻力T 与运动速度成正比，但方向相反，即： 式中 h 阻力系数 ，故单质量强迫振动的运动 微分方程为： s 因 2 并令2，代入上式后得： s 2 （ 2 6） m 振动系统的折算质量； k 弹簧刚度； F 激振力的幅值； y 质量的相对位移； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 8 - 阻尼系数； 系统的固有频率。 调谐值 z 的确定 根据机械振动原理可知，调谐值 z=0，是设计和调试振动 送料机 的重要依据。当激振频率选定后， 0 值即可确定。调谐值选择得当，振动上料器可以用较小功率消耗，获得较高的机械效率。 动力放大系数（又称振幅比）； 0 阻尼比； 0z 调谐值。 一般振动 送料机 工作时，料斗内工件数量是变化的，因而阻尼值也在变化。从幅频特性能曲线可知： 当 z=1 时，其振幅最 大而功率消耗最小，但难以使料斗在此点稳定工作。 当 斗将在公振区工作，加料后 m 增加将使阻尼值增大令振幅下降，而 0 降低， z 值增加，振幅更加陡降，影响料斗工作的稳定性。 因此，应把振动上料器的工作点，设计并调整在亚临界共振区，调谐值选 z=动上料器的固有频率 激振频率 f 之间应保持如下关系： 1010)f (2料斗料盘的结构尺寸及各个料斗的控制时间的确定 料斗料盘基本尺寸计算： (1) 螺旋槽间距 t t=s=2+5=2) 料斗中径 D 中 D 中 =t/ =1003) 料斗外径 D 外 D 外 = D 中 +B+2e=100+27+8=1354) 料斗宽度 B B=25+2 3=25+2 =275) 料斗内径 D 内 D 内 =D 中 0076) 料斗高度 H H=(D=135=54文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 9 - 为了使料斗更适用，使加料的时间延长，使其振动料斗有更大的柔性，则根据计算将料斗的尺寸取大 ： 料斗的具体尺寸取为： =3 e=4B=26t=20斗中径 D 中 =242 料斗外径 D 外 =260 料斗内径 D 内 =202 料斗的高度 H=144为振动料斗设计的选别硬币的范围为 1 元、 5 毛、 1 毛，因此计算料盘的尺寸时按1 元的硬币来计算。 1 元硬币的体积为 p=25斗的体积按料斗的中径来计算， V= 1212 144=料时，约装料斗的 3/4，则当料斗中的料剩 1/4 时，则固定料斗往振动 送 料 机 里送料，送料的体积为： 3/4 3/4V=9/16V =9/16 振动料斗装 硬币 的个数 n=795 料斗向振动 送 料 机 中送料的时间间隔为 t=n/4 60=3795/240=16为料斗的总体积为 107V 总 / 16 110每隔 1 小时 50 分工人需向料斗中加一次料。 上面的计算是按 1 元硬币 来计算的，为了使机械结构设计具有更大的柔性，应使选别机可分别选出不同规格的 硬币 ，因此，控制部件的时间也就不同，下面分别计算 （ 1） 5 角 的 硬币 的体积为 471 20 h p=动料斗装 硬币 的个数 n=471=7906 料斗向振动 送 料 机 中送料的时间间隔为 t=n/4 60=7906/240=33为料斗的总体积为 107V 总 / 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 10 - 33 26每隔 3 小时 46 分工人需向料斗中加一次料。 (2) 1 角 的 硬币 的体积为 38218 h p=动料斗装硬币的个数 n=382=9748 料斗向振动送料 机 中送料的时间间隔为 t=n/4 60=9748/240=4141 81每隔 4 小时 41 分工人需向料斗中加一次料。 振动料斗中硬币的排列定向 振动料斗中的 硬币 在进入滑道前需在振动料斗中排列定向，保证一个接一个有序地进入滑道，因此应在振动料斗中设计挡片，挡片是可调的，便于选别不同规格硬币，设计不同的挡片，使沿料槽只能使规格相同的一种硬币通过。顺着料槽的能顺利进入滑道，进入槽式振动送料机后，在槽上开有小槽，使不和规格的硬币落入下面的槽中 ，从而进行硬币的二次分选，使硬币的分选更彻底。 排列定向示意图如图所示： 图 2 8 排列定向示意图 3 自动 计量 机构 自动计量机构的概述 自动计量机构采用光电检测技术。光电检测技术是光学与电子学技术相结合而产生的一门新兴检测技术，是利用电子技术对光学信息进行检测，并进一步传递、存储、控制、买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 11 - 计算和显示等。 光电检测系统的基本组成： 作为一个完整的检测系统，应包括信息的获得、变换、处理和显示等几个部分。因此，具体来说， 光电检测系统由光电传感器、处理电路和显示控制等三个基本部分组成，如图3 1 所示。 图 3 1 光电检测系统的基本组成 显然，框图中的光电传感器是检测系统的核心部分。它以光为媒介，以光电探测器件为手段，将各种待测量变换成电量（电流、电压或频率）。它将决定整个检测系统的灵敏度、精度、动态响应等。处理电路的作用是将光电传感器输出的微弱电信号进行放大、处理（解调、数 /模或模 /数转换）、运算等，以适应后续显示、控制或执行机构的要求。 光电传感器通常都由光源、光学系统和光电探测器 三部分组成，他们之间的关系如图3 2 所示。 图 3 2 光电传感器方框图 光电传感器的优点和缺点： 优点：非接触式检测。不触及被测对象，不扰乱被测系统，无损耗。 响应速度高。通常响应时间为 101 106 s。 检测范围宽。 大量的相关作用。 缺点：玷污影响大，必须采取措施，否则使用受限制。 外界干扰光影响大，背景光及外干扰光的影响使信噪比变差，但可采取措施减至最小。 使用温度范围小 ，不能用在高温。 硬币自动分选计量机械设计的控制原理 在 硬币自动分选计量机械 设计中，控制方面是很重要的一部分 ，主要涉及到硬币的记数，防满，丝杠螺母往复运动 的控制 及机械手切断装置的控制。 其 控制原理图如下图 3 3 所示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 12 - 图 3币自动分选计量机械设计的控制原理图 首先振动送料机开始送料，光电记数器开始记数，每次记满 50 个，隔板就会挡在滑道上，是硬币不再下落。同时电机 1 开始正转，丝杠向下运动，当碰到在 硬币 筒底部的行程开关 1，电机就开始反转，丝杠向上运动，电机 1 停转，送料机开始送料。在电机 1 正转的同时，电机 2 反转， 机械手张开，延时一小段时间，在硬币被丝杠顶到机械手下面的同时，电机 2 正转，机械手夹紧。当滑道里的硬币排满的时候，光电管感受光照，给送料机一个信号，送料机停止送料。 4 自动包装机构 硬币自动分选计量机械设计的包装原理 （ 1） 硬币经过振动送料机的两次分选后经过滑道直接滑入装币筒中。滑道上要安装光电记数装置 和电磁铁 隔板 防满装置 ， 光电记数装置是 用来控制硬币滑入币筒的数量，每次记数为 50 枚。 电磁铁 隔板的作用是防满， 每次滑入币筒的硬币如果满了，电磁铁 隔板就挡在滑道上，使硬币不再 滑入币筒。 （ 2）币筒的高度正好等于五十枚硬币的高度，我所设计的硬币自动分选包装机要分选出 1 元、 5 毛 、 1 毛 的硬币，应 设计好币筒的高度，所以分选出的硬币分别装入三个不同高度的硬币筒 ,分别是 1 元硬币筒的高度为 1005 角硬币筒的高度为 751 角硬币筒的高度也是 75币筒的作用就是装 分选出来的 硬币，是硬币的整理过程。 （ 3） 丝杠 顶杆是有电动机带动齿轮转动， 从而带动 丝杠螺母做上下往复运动，从而完成顶杆顶硬币的动作。每次装满 50 枚硬币，丝杠向下运动一次， 将硬币顶 下，丝杠回转。 顶杆装置的作用是顶硬币，由于 硬币落入币筒中可能有不平整的， 用顶杆使之平整，还有就是使 堆好的 硬币 在机械手张开的时候用顶杆将硬币顶入机械手的下面，然后顶杆向买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 13 - 上运动，机械手再一次夹紧， 使 落下的硬币上面封好，完成一次包装。在封好落下 的 硬币的上部的时候也就是对下一次包装硬币的底部的封接。 这样往复运动，从而完成一次 硬币的记数，包装。 （ 4）塑料薄膜固定在 轴承 座 上，伸长的部分要包在币筒的外面，下面要长出币筒，用机械手夹紧热封，在币筒的侧面用一个横向封接器完成热封薄膜的作用。 每次硬币装满50 个，热封器自动热封一次。 （ 5）机械手主要是由 电动机带动齿轮 转 动， 通过电动机的正转和反转，从而使 机械手做夹紧和张开运动。 电动机的选择 60动机分为同步电动机、直流电动机、异步电动机、步进电动机等。与其它三种相比，直流电动机具有控制简单等特点。在众多直流电动机中我选择的是 列高精度微型特种减速电动机。 在本次设计中，根据已知数据计算 : 轴向负载 M=1/2 直径轴向力 ) 丝杠的直径 =12向力等于 2 公斤 所以 M=6 20 5 +) = 机械设计手册表 选取电动机的型号为 率 15W，额定转矩120N 定转速为 ,频率为 50流为 本设计中选的是 列高精度微型特种减速电动机 ， 列高精度微型特种减速电动机采用高新技术，具有齿轮减速、蜗轮减速、直线往复等多种结构，并可配电子无级调速、阻尼制动、电磁刹车等功能，适用于直流，交流多 种电压，是一种高效、节能、低噪声的微特减速电动机。该系列产品按国际标准结合用户要求研制，具有设计新颖、结构紧凑、安装方便，减速比大，体积小，输出转距大及运行可靠等特点。产品广泛应用于各种类型的生产设备中，是较理想的机电一体化微特减速装置。 齿轮的结构设计及计算 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 根据所设计的方案，选用直齿圆柱齿轮传动，齿轮材料均为 45 调质，小齿轮的硬度为 250齿轮的硬度为 220者的硬度差为 30采用表面淬火，轮齿的变形不大，不需磨削，故初选 7 级精度，初 选齿轮的齿数 Z=20。 1、按齿面接触强度设计 由设计计算公式 10买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 14 - ed （ 1）确定公式内的各计算数值 试确定载荷系数 2.1 齿轮的转矩 20N 由表 10取齿宽系数 1d由表 10得材料的弹性影响系数 图 1000 00 由式 10算应力循环次数 911 102 5 7 53 0 082(11 6 8 06060 992 109 0 7 N 由图 10得接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%安全系数 s=1 由式（ 10 =564 =500 2）计算 试算齿轮分度圆直径 11入 H 中较小的值 ed = = 因为计算所用的是负载转距，比实际转距小很多 所以 取 5计算圆周速度 t /1 计算齿宽 b td 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 15 - 计算齿宽与齿高之比 b/n 模数 11 齿高 h=b/h=计算载荷系数 根据 ， 7 级精度。由图 10动载荷 06.1设 100/ ，由表 10得 用系数 100 0 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 311 计算模数 m 由式 (10弯曲强度的设计公式为 m 2 (1) 确定公式内的各计算数值 由图 10得齿轮的弯曲疲劳强度极限 由图 10得弯曲强度寿命系数 计算弯曲疲劳强 度 许用应力 取弯曲疲劳安全系数 s= 计算载荷系数 K K= KF= 查取齿形系数 由表 10查得 查取应力校正系数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 16 - 由表 10查得 1 F Y 0 1 2