机械毕业设计（论文）-一种新型的自动售货机用取物箱的设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 一种新型的自动售货机用取货一种新型的自动售货机用取货 箱的设计箱的设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 一种新型的自动售 货机用取货物的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢 的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰 写的成果作品。 班 级： 机械 94 学 号： 0923175 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 一种新型自动售货机用取物箱的设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 现阶段市场上自动售货机的取物箱主要的防盗方式是使位于取物箱后方 的防盗板向上翻转来封闭取物箱上部开口。此种方式优点是实现方式简单可 靠，缺点是在同等条件下取物箱实现功能所需的高度比较高，不适宜现在越 来越紧凑的设计要求。鉴于此类情况现需设计一新型的自动售货机用取物箱， 该取物箱可以有效降低设计高度，适合内部要求比较紧凑的售货机。该取物 箱主要由箱体、取物门、防盗板、联动机构、运动辅助部件组成。主要实现 的运动过程是当向内推动取物门时，通过联动机构的传动使防盗板由后向前 平移，并封闭整个取物箱上部开口。整个取物箱主体尺寸控制在 675mm （长） x 375mm（宽） x 335mm（高） 3、本设计（论文或其他）应达到的要求：本设计（论文或其他）应达到的要求： 设备性能符合主要技术数据。 II 1 设备结构合理，易安装、维护。 2 设备运行安全可靠。 3 英文资料翻译要正确表达原文的含意，语句通顺。设计说明书论文格 式满足学校相应的规范要求，内容完整，结构安排合理，语句通顺。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 94 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 论文主要介绍了一种新型的自动售货机用取物箱的设计过程。在设计过程中还综合 各方面因素对设计做了多次改进,简述了自动售货机的原理、分类以及内部结构与电子元 件和国内外发展概况。就实际使用中所出现的因防盗板运动方式的不同所引起的取物箱 高度过高而导致的取物箱体积增大的问题，提出了解决方法。运用PLC对自动售货机的控 制系统做了设计。新型的防盗板联动机构具有结构简单、运动平稳、受力情况好、成本 低、加工容易等优点。新型取物箱的结构设计运用了机械设计、机械原理、材料力学、 创新思维等多方面的知识，是对所学知识的一次综合考验。此次设计的取物箱大多数零 件都是钣金件，因此，为了完成这一设计，我学会了运用Solid Edge三维绘图软件，此软 件最大的优点就是具有强大的钣金件建模能力。此外，我还充分利用了AutoCAD软件强 大的参数化特征将设计图形显而易懂的呈现在大家面前。 关键关键词词: :自动售货机;取物箱;防盗板;钣金;Solid Edge;AutoCAD;PLC IV Abstract This paper mainly introduced a new type of vending machine in the design process of take content box. Also synthesized various aspects factor in the design process to design does improved many times, has summarized the limiting condition and the domestic development survey which the vending machines，classification , the internal structure and electronic components ,the domestic and foreign development situation. According to the practical use of guard against theft occurred because of the different ways of plate movement caused by the content box highly exorbitant and take the lead to take content box the increase in size, solutions are put forward. I did the application of PLC control system of the vending machine to do the design The new security board linkage mechanism possesses simple structure, smooth movement, force of good, Low cost, easy processing. Take the new content box structure design using a mechanical design, mechanical principle, material mechanics, innovative thinking and so on various knowledge, is the knowledge of a comprehensive test.The design of the take content box is most parts metal sheet, Therefore, in order to finish the design, I learned to use Solid Edge 3D drawing software. Besides that I fully design the graph using the AutoCAD software formidable parametrization characteristic to reveal easy to understand present in front of us. Key words:Vending machine ;Take content box ;Security board;Sheet metal parts ;Solid Edge ;AutoCAD;PLC V 目目 录录 摘 要III AbstractIV 1 绪论1 1.1 课题来源1 1.2 本课题的研究内容和意义.1 1.2.2 设计意义.1 1.3 自动售货机的起源、兴起和普及.1 1.3.1 起源.1 1.3.2 兴起2 1.3.3 自动售货机产业的普及2 1.4 自动售货机在国内的发展.2 1.5 自动售货机在国外的应用.3 1.6 自动售货机在国外的市场发展.4 1.7 新型自动售货机的新增功能.4 2 自动售货机的分类6 3 自动售货机的结构与功能分析7 3.1 结构.7 3.2 功能分析.8 4 自动售货机的控制技术10 4.1 PLC 的系统结构11 4.2 I/O 分配表11 4.3 PLC 外部接线图12 4.4 梯形图程序.13 5 取物箱的结构与作用16 5.1 结构.16 6 取物箱不同防盗结构的比较18 6.1 传统取物箱防盗结构.18 6.2 改进后取物箱防盗机构.18 7 取物箱箱体结构的设计20 8 取物箱材料的选择21 8.1 箱体材料的选择.21 8.2 取物门与防盗板材料的选择.21 8.3 取物门固定套材料的选择.21 9 取物箱中力的计算22 10 联动轴扭矩计算24 11 取物门旋转角度的选择25 VI 12 取物箱的三维效果27 13 结论与展望31 13.1 结论.31 13.2 存在的不足及对未来的展望.31 致 谢32 参考文献33 一种新型的自动售货机用取物箱的设计 1 1 绪论绪论 1.1 课题来源课题来源 自动售货机是可完成无人自动售货,集光、机、电一体化的商业自动化设备。自动售货 机不受任何场地限制,方便快捷,很多城市的公共场所里面都放置有自动售货机。从自动售 货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的 产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道； 而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场 地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器 便应运而生了。 可编程序控制器(PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而 发展起来的一种新型的工业控制装置,它具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点,已在 工业控制领域得到广泛地应用。本课题实现自动售货机的取物箱的防盗装置和联动机构 的设计更为紧凑，比较大程度的减少取物箱的体积。 自动售货机行业长期以来在美国、 日本等国家得到迅猛发展，目前已在 45 个国家得到广泛普及。据业内人士估计，中国的 自动售货机拥有量仅有 2 万台，相对于 13 亿的人口大国和零售业态发展的趋势而言，中 国自动售货机行业的发展空间将更加广阔。 可编程序控制器( PLC)是综合了计算机技术、 自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置，它具有可靠性高、程 序简单、维护方便等优点，已在工业控制领域得到广泛地应用，因为自动售货机作为社 会上完成商品零售和综合服务的独立设施，要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率高。 一种新型的自动售货机用取物箱的设计保证自动售货机能够长期安全稳定运行。本文就 详细地介绍 PLC 实现的自动售货机控制系统的硬件设计和软件设计，新型的取物箱的设 计过程。 1.2 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 1.2.1 研究内容研究内容 设计一种新型的自动售货机用取物箱，主要是将传统的向上翻转的防盗板改变为平 移式防盗板，该取物箱可以有效的降低设计高度，有效节约设计空间，适用于售货机比 较紧凑的内部空间，从而可有效降低取物箱的高度。 1.2.2 设计意义设计意义 降低取物箱的高度可以减少它所占的体积，从而可以为物品展示区和储物箱腾出更 多的空间，这样一来，自动售货机可以为消费者提供更多的商品，提高单台售货机的销 售量，为企业创造更多的经济利润！ 1.3 自动售货机的起源、兴起和普及自动售货机的起源、兴起和普及 1.3.1 起源起源 自动售货机的历史，可一直追溯到远古时代的埃及。亚历山大的科学家 HERON 在其 所著的气体装置(PNEUMATIKA)中描述，只要将钱币投入该装置，水就会自动流出 来。这就是自动售货机的起源，大约在公元前 215 年左右，埃及寺院中就安装了这种装 无锡太湖学院学士学位论文 2 置，用来销售“神圣之水(圣水)” 。 1.3.2 兴起兴起 日常生活中最重要的是方便，自动售货机最早出现在二十世纪五六十年代的西欧， 当时在美国的地铁中，人们可以用 1 美分在自动售货机上买到一块口香糖。 第二次世界大战后，经济开始复兴的 1957 年，以日本作为代表，开发出了饮料自动 售货机。只要在饮料自动售货机中投入 10 日元，就会在纸杯内注入一定量的果汁。由于 机器的上部安装有引人注目的喷水装置，所以该自动售货机被称为“喷水型果汁自动售 货机” ，自此出现了爆发性的自动售货机狂潮。此种喷水型果汁自动售货机为消费者带来 了新奇、前卫的购买方式，并对之后日本的自动售货机高度普及起到了很大的作用。之 后登场的是可乐自动售货机。随着美国大型可乐公司正式进驻日本市场，到了 1960 年代 中期，罐装饮料自动售货机也登场了。自动售货机的活跃表现对可乐销量的惊人增长贡 献巨大。同时，优秀的自动售货机市场战略、操作技巧等都对日本的自动售货机产业的 发展产生了很大的影响。1962 年，作为流通领域革命的使者，拉开了自动售货机的序幕。 一开始是瓶装饮料自动售货机。1967 年，100 日元单位以下的货币全部改为硬币，从而 促进了自动售货机产业的发展。 自动售货机在日本被亲切地称为“微型小店” 。 “微型小店”出售的商品，从咖啡、香烟、 各种酒类已经发展到部分日常生活用品，就连报纸、大米、邮票、明信片、电池、录像 带等也可以自动出售。现在，自动售货机除路旁以外，已进入学校、工厂、医院、游戏 厅、麻将馆、影剧院等公共场所。作为世界上最大的自动售货市场，日本已有 560 万台， 通过自动售货机出售的商品多达 6000 余种，年营业额 7 兆 1122 亿日。每年，仅饮料的 销售额相当于 1593 亿元人民币，按人口计算，每 23 人就拥有 1 台自动售货机，平均每 人在自动售货机上的消费达 56000 日元。 1.3.31.3.3 自动售货机产业的普及自动售货机产业的普及 随着经济的发展、人们对富裕生活的不断追求，自动售货机开始迅速普及。由于经 济的高度成长，建立了消费物品的大量生产体制，同时需要与之相适应的大规模物流方 式，满足这一需求的就是自动售货机和超级市场。在作为主力商品的饮料领域中，随着 罐装咖啡的出现，诞生出了世界首例可销售冷、热饮料的冷热罐装饮料自动售货机，这 向普及迈出了一大步。由于冷热罐装饮料自动售货机的推广，流通行业可提高设备设置 的空间利用率，并能在全年内取得均衡的销售额。在原料加工后用纸杯等进行销售的杯 式自动售货机领域中，从速溶咖啡机、普通咖啡机、甚至是能够在机器内部磨好咖啡豆 后加牛奶的普通咖啡机，快速应对着消费者嗜好的变化。 1.4 自动售货机在国内的发展自动售货机在国内的发展 随着我国经济的快速发展，人们的生活方式发生了巨大的变化，人们的生活节奏也 越来越快！于是一种既节约时间又方便快捷的消费理念出现在了我们的面前，那就是自 动售货。在这一思想的指导下，自动售货机应运而生，它的出现极大的方便了我们的生 活。自动售货机是能根据投入的钱币自动付货的机器。自动售货机是商业自动化的常用 设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。是一种全新的商业零售形式， 一种新型的自动售货机用取物箱的设计 3 又被称为 24 小时营业的微型超市。能分为三种：饮料自动售货机、食品自动售货机、综 合自动售货机。 在许多公共场所都能看到它的身影，比如，机场、车站、码头、地铁口、商业街、 校园、办公写字楼、居民生活小区、游乐场以及一些大型的公司内部。 适销的商品更是五花八门、种类繁多，只要是各种标准化的商品，都可通过自动售 货机予以销售。我们相信，随着我国经济的持续发展，人民消费水平的不断提高，对自 动售货机的需求必将越来越多、越来越广泛。 现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通 过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而确保了商品 的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致 力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰 时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售 货机相比，它能够节约 1015%的电力。进入 21 世纪时，自动售货机也将进一步向节省 资源和能源以及高功能化的方向发展。 除此之外，自动售货机内部空间的布局也发生了很多变化，为了追求储物空间的最大 化，必须控制其余部件所占的体积，取物箱的结构设计就是其中之一。传统取物箱结构 的最大缺点就是高度过高，占用了自动售货机内部过多的空间，这主要是由防盗方式所 引起的，现阶段市场上自动售货机的取物箱主要的防盗方式是使位于取物箱后部的防盗 板向上翻转来封闭取物箱上部开口。此种方式的优点是实现方式简单可靠，缺点是在同 等条件下取物箱实现功能所需的设计高度比较高（必须留出取物门与防盗板翻转所需的 高度空间）不适宜现在越来越紧凑的设计要求。鉴于此类情况现需设计一新型的自动售 货机用取物箱，此次我的毕业设计就是重新设计取物箱的防盗机构，该取物箱主要由取 物箱箱体、取物门、防盗板、联动机构、运动辅助部件（滑动轨道等）组成。主要实现 的运动过程是当向内推动取物门时，通过联动机构的传动使防盗板由后向前平移，并封 闭整个取物箱上部开口，在整个运动过程中要使防盗板的平移速度尽可能的快于取物门 的开启速度。 1.5 自动售货机在国外的应用自动售货机在国外的应用 自动售货机是劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量 消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道;而相对的超市、百货购物 中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升;再加上场地的局限性以及购物的便利 性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。 自动售货机在国外早已很普及，大街上、公寓里到处都是。在美国、日本和整个欧 洲，自动售货机的应用领域已经扩展至小食品、冷热饮料、快餐、游戏软件、香烟、报 纸、邮票、电话磁卡以及个人卫生用品等各个方面。其中，日本的自动售货机应用方面 具有代表性。自动售货机已成为日本城市喧嚣街头的一个标志。这种机器已不仅限于销 售香烟等各类商品，还提供许多新的服务功能，例如把零钱捐给某非政府组织，或者通 过观看小屏幕播放的广告信息而获得打折等。通过一种新的自动售货机，消费者哪怕只 无锡太湖学院学士学位论文 4 购买一杯热咖啡也可获得折扣，因为在机器加热咖啡的过程中，液晶显示屏上会播放一 段广告，消费者只需耐心看完广告就可获得打折。还有一些新机型可以接受向非政府组 织的捐款。目前，日本街头已有 1 万多台可接受捐款的自动售货机，但需求量依然很大。 还有一种机型，当身体健康处于危险状态的使用者按动按键时，机器就会发出警报声。 此外，日本最主要的一家饮料分销商还与政府签订协议，推出了“灾害应急型”自动售 货机。当地震等自然灾害发生时，中心电脑处理系统会向自动售货机发出指令，市民可 从机器中免费提取饮料和食品。 1.6 自动售货机在国外的市场发展自动售货机在国外的市场发展 目前，自动售货机作为一种不同于传统的零售方式进入四十五个国家市场。在这四十 五个国家中，美国和日本发展最快。在国外主要是以饮料厂家引导，带动自动售货机的 发展。作为世界上最大的自动售货市场，日本通过自动售货机出售的商品多达 6000 余种。 在欧洲每台自动售货机日销售额达到 50 到 100 美元不等，以巴黎地铁车站为例，在各个 站点总计摆放了 1500 台，每月销售额达 600 万法郎。美国自动售货机的零售营业额高达 293 亿美元，日本每个消费者每年在自动售货机上的消费金额达 5.5 万日元。全世界每年 通过自动售货机销售商品的总额已达 2000 亿美元。 1.7 新型自动售货机的新增功能新型自动售货机的新增功能 1.7.1 多种货币识别功能：多种货币识别功能： 电控系统可以配合纸币、硬币识别器增加代金券功能，可以识别纸质和硬币。 1.7.2 USBUSB 功能：功能： 应用 USB 技术，使用一个优盘，就能轻松下载售货机的运营信息，然后使用 PC 机对 下载的数据进行处理，便于运营商掌握不同地区、不同机器、不同商品的售卖情况。 1.7.3 无线网络运营管理功能：无线网络运营管理功能： 将自动售货机当前运营的数据，包括系统状态、系统故障、料道故障、缺货情况、 销售数据通过安装在自动售货机上的 GPRS 模块无线传输到售货机网络服务器，运营人 员可以在任何一台联网的电脑上掌握售货机的这些信息，实现自动售货机的大规模运营 和网络化管理。 1.7.4 带有摄像头：带有摄像头： 一些装有监视摄像头的自动售货机已开始试用，它们除了可监控针对售货机的犯罪外， 还对周边起到了警戒作用。此外，有关部门计划给自动售货机装上电子公告牌，使其能 在自然灾害等紧急情况发生时，为公众提供信息服务。 1.7.5 语音功能：语音功能： 自动语音叫卖功能,真正做到了代替营业员的叫卖,从而引起更多的消费者的关注。 1.7.6 故障诊断故障诊断: : 能自动快速诊断机器本身、纸币接收器、硬币接收器等模块的故障，并将故障信息 提示操作者，便于有效的日常维护。 一种新型的自动售货机用取物箱的设计 5 伴随收入水平的提高，人们追求灵活、方便、快捷以及自助式服务是自动售货机得 以如此迅猛发展的主要原因。在发达国家自动售货机已经成为零售业一个不可分割的部 分，特别是对青年一代，这种伴随其成长的前卫零售方式更可谓是一种新的消费时尚。 现代都市生活的节奏日趋加快，追求方便、快捷的服务成为人们的一种时尚，以麦当劳、 肯德基为代表的的西式快餐在我国的迅速发展就是很好的例子。随着对外开放的不断扩 大，传统的零售业发展成百货商店、连锁超市、电视直销、厂家直销等多种方式并存的 局面，极大地方便了人们的生活。 无锡太湖学院学士学位论文 6 2 自动售货机的分类自动售货机的分类 随着科学技术的飞速发展和市场的不断繁荣各种投币式自动售货及服务机具已经风 靡世界发达国家。这些采用现代电子技术和机电技术的自动服务设施，以其实用方便的 特性受消费者的喜爱。 2.1 投币式自动售货机投币式自动售货机 所谓投币式自动售货机，是通过顾客自行投币、按键和取货即可完成自动售货并可自 动退币找零的一种商品销售设备。它本身备有待售出商品的贮存腔体并可制冷制热，有 商品样品的展示部位和售价标识、电脑识币和计价退币控制系统、顾客选择按钮及商品 推出机构等，完成商品出售的一连串动作，是集现代科技光、机、电一体化的产品。有 人说，以其采用电脑程序控制的机构功能和自动完成商品出售的系列动作来看 ,可谓是一 种代替小型商店、代替售货员功能的“现代化商用型智能机器人” 。 自动售货机常用来出售易拉罐冷热饮料、啤酒、香烟、小食品和小商品等,也有象雪糕、 玩具、牙具、香皂、杂志、报纸等的自动售出机具。总之，凡是价格不太高、投币数适 合、有定型包装的商品均可采用投币自动售出方式来完成。 2.2 投币式自动售票机投币式自动售票机 投币式自动售票机是顾客投币后，能自动完成售出各种票、券、证、卡功能的设备。 如自动售出地铁车票、电汽车票、各种磁卡、邮票、影剧娱乐入场券、餐券等。投币式 自动服 务机是顾客投币后，能自动完成各种社会服务功能的设备。如投币自动计时电话 机、计量加油机、定时洗衣机、游戏机、自动照像装置等服务机具。 2.3 钞币自动兑换机钞币自动兑换机 钞币自动兑换机是为投币自动售货机、售票机、服务机具提供换币服务的一种附属 设备，可自动完成纸钞对硬币的兑换功能。由于自动售货机等设备必须用投入的硬币来 实现售货和退币找零功能，因此顾客使用纸钞购物时，必须先自行兑换成硬币再投入到 自动售货机中钞币兑换机的作用正在于此。此外，自动兑换机还可完成大面额纸钞对小 面额纸钞的自动兑换等。 2.4 商品化标准电子识币器商品化标准电子识币器 商品化标准电子识币器是作为一种独立机构，完成不同种类的纸钞硬币真伪识别、 计数输出并有退币找零功能的标准化产品。由于纸钞硬币面值的不同，因此识币器的电 气识别方式各异。而各种售货机、售票机、服务机具的功能不同，也需要简繁各异的多 类型、多功能的识别退币系统和相对独立、灵活配套的商品化标准识币器。例如有纸钞 型识币器，单币种识币器，双币种共用、三或四币种共用识币器、单功能单币种（不退 币）简易型识币器等，使识币这种关键机构更经济、更实用。在自动售货机应用生产较 普及的国家，识币技术为专利技术，识币器的生产制造也由指定的大型专业厂家配套供 一种新型的自动售货机用取物箱的设计 7 应其他自动售货机生产厂使用。 无锡太湖学院学士学位论文 8 3 自动售货机的结构与功能分析自动售货机的结构与功能分析 3.1 结构结构 自动售货机作为社会上完成商品交易和公益服务的独立设施, 要求它的结构必须严 谨齐备。而为实现各种不同需要, 在外型尺寸和外观造型上必须适应现代商品社会的整 体和谐。就自动售货机整体外型而言, 可分成大型柜式、中型箱式、小型壁挂式和微型 座式机四种。 3.1.1 箱体外观箱体外观 正面上部为商品展示窗和价格标签中部设投币入口、退币钮和金额显示窗在价格标 签附近设有选择商品的按键正面下部为退币口和顾客取货口。自动售货机箱体, 必须坚 固防盗、高雅美观、防雨通风等。面向顾客的机具正面, 是完成商品价格介绍、接受投 币、显示金额、推出商品和退币整个售出过程的表体部分。 3.1.2 商品样品商品样品 展示窗由透明有机板窗、样品展示架、商品价格标签、选购按钮和照明灯组成, 设 在前门体里部的可开启样品门, 用来更换商品样品和价格标签。展示窗相当于商店橱窗 或者柜台, 以清晰明亮的商品展示和明码标价来招揽顾客。 3.1.3 商品贮存部分商品贮存部分 设有保温内箱和保温门,内部有可垂直排放各种同类产品的格架, 根据机种设计尺寸 的不同, 贮存商品种类和数量也不同。商品垂直方式贮存, 便于利用商品自重将其方便 推出设有保温装置则可实现商品冷藏保鲜贮备。 3.1.4 商品驱动机构商品驱动机构 根据售出商品包装类型的不同, 采用机电结构的驱动技术可分成三种第一种为圆柱 型商品如易拉罐、酒瓶等的电磁阀带动翻板的驱动方式第二种为六方体型商品如香烟、 纸盒包装品等的微电机带动连杆平推的驱动方式第三种为对薄形片状商品如磁卡、票券 等的微电机带动捻拉机构的驱动方式。上述三种驱动方式都以平稳的推出动作, 使贮存 排放的商品落到取货口中, 便于顾客方便地取走所购商品。 3.1.5 电子识币系统电子识币系统 由电子识币器、识币后的钞币自动分类贮存机构和退币机构三部分组成。它作为一 个可独立被采用的机构, 可以识别钞币真伪, 并将分类贮存的不同种货币推出, 实现退 币找零的功能, 是自动售货机的关键技术。 3.1.6 微电脑控制系统微电脑控制系统 是自动售货机在自动销售过程中, 收到识币信号后, 自动进行累计、外部金额显示、 顾客按键后自动推出商品和发出退币找零等信号的电控系统。同时, 该系统还具备预设 价格、售出累计、驱动检测和故障自检等功能, 是“ 售货机器人”的“ 大脑” 。 3.1.7 整机电源和照明系统整机电源和照明系统 具备稳压、变压分配、防干扰防漏电等保护功能和样品展示窗的照明。 3.1.8 制冶、制热系统制冶、制热系统 一种新型的自动售货机用取物箱的设计 9 根据商品保存的需要制冷或制热, 在保温贮存室内, 实现商品恒温贮存。 自动售货机如图3.1所示： 图 3.1 自动售货机 3.2 功能分析功能分析 这部分阐述了自动售货机的各种动作功能和控制要求，给出了完整的自动售货机操 作规程，并介绍了自动售货机运行系统种所包括的人工操作步骤。 在进行上、下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的 功能及在进行某种操作后所具有的状态。 在实际生活中，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、常用药品 和小的生活保健用品等。售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货币数 值判断是否能够购买某种商品，并作出相应的反应。举一个简单的例子来说明，例如： 售货机中有 8 中商品，其中 01 号商品（代表第一种商品）价格为 2.60 元，02 商品为 3.50 元，其余类推。现投入 1 个 1 元硬币，当投入的货币超过 01 商品的价格时，01 商品 的选择按钮处应有变化，提示可以购买，其他商品同比。当按下选择 01 商品的价格时， 售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去 01 商品的价格同时启动相应的电机，提 无锡太湖学院学士学位论文 10 取 01 号商品到出货口。此时售货机继续进行等待外部命令，如继续交易，则同上，如果 此时不再购买而按下退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相应的货币，并在程序 中清零，完成此次交易。由此看来，售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在 退币时的除法运算，这是它的内部功能。还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整 的售货退币功能。 自动售货机的工作流程图如图 2： 图 3.2 动售货机工作流程图 一种新型的自动售货机用取物箱的设计 11 4 自动售货机的控制技术自动售货机的控制技术 本自动售货机可使用1元、2元、5元硬币，计币时用ADD指令进行累加从而得到一个 投币总额；比较币值时使用CMP指令来判断是否符合汽水排出、可乐排出或咖啡排出的 条件；余额计算时用SUB指令从投币总额中扣除顾客所消费的币值总额；退币计算时用 到触点型比较指令。 PLC 选用继电器输出型,实现控制程序的跳转。 退币结束时，使用ZRST指令进行购买完成的复位，以准备下一个顾客购买饮料，防 止出现错误。 自动售货机工作流程图如图 4.1 所示。 开始 投币 投币计数 金额计算 N N YYY NN 余额为 0余额为 0余额为 0 可买吗 选择汽水选择可乐 计算余额计算余额 选择咖啡 计算余额 退币程序退币程序退币程序 输出 可乐 输出 汽水 输出 咖啡 余额=0？余额=0？余额=0？ 图 4.1 自动售货机工作流程图 无锡太湖学院学士学位论文 12 4.1 PLC 的系统结构的系统结构 目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工 业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要 包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、 外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。 如图4.2所示，PLC控制系统由输入量PLC输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信 号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，它们经PLC外部输入端子，作为PLC的 输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC的基本结构有控制部分输入和输出组成。 图 4.2 PLC 硬件结构图 4.2 I/O 分配表分配表 此控制系统可采用自动工作方式，输入信号为汽水、可乐、咖啡选择，1 元、2 元、 5 元硬币投入识别口记数手动复位按钮；输出信号为汽水、可乐、咖啡出货电机控制、出 币选择灯及相应指示灯，共 18 个输入点，16 个输出点，均为开关量。I/O 地址定义如表 4-1 所示。 表 4-1 分配表 输入点地址功能输出点地址功能 X0启动Y0汽水选择灯 X1暂停Y1汽水出货电机控制 X21 元输入Y2可乐选择灯 一种新型的自动售货机用取物箱的设计 13 X32 元输入Y3可乐出货电机控制 无锡太湖学院学士学位论文 12 X45 元输入Y4咖啡选择灯 X5汽水选择Y5咖啡出货电机控制 X6可乐选择Y61 元传动电机控制 X7咖啡选择Y72 元传动电机控制 X101 元退币感应器Y10出币选择灯 X112 元退币感应器Y11制冷控制 X12出币选择Y12照明控制 X13温度传感器Y131 元缺币报警 X14光度传感器Y142 元缺币报警 X151 元硬币传感器Y15缺货报警 X161 元硬币传感器Y16 X17缺货传感器Y17 4.3 PLC 外部接线图外部接线图 图 4.3 PLC 外部接线图 一种新型的自动售货机用取物箱的设计 13 4.4 梯形图程序梯形图程序 无锡太湖学院学士学位论文 14 一种新型的自动售货机用取物箱的设计 15 图 4.4 自动售货机梯形图 无锡太湖学院学士学位论文 16 5 取物箱的结构与作用取物箱的结构与作用 5.1 结构结构 1. 取物箱箱体 ： 取物箱的主体结构，控制了取物箱的整体体积，其他部件也都安装在 箱体之上。 2. 取物门：物品掉落在箱体内，通过推动取物门来拿取商品。 3. 防盗板：取物门被推开后，带动防盗板运动，将取物箱与售货机内部隔开，起到防盗 与保护的作用。售货机内部有许多电子元件，由于涉及到钱币的识别与存储，这些都是 非常重要的，但是由于取物箱上部存在开口，有时会有人用细杆掏内部，这样会损坏售 货机内部电子元件，也会使部分商品掉落下来，这样售货机就会被破坏了。为了解决这 一问题，防盗板就应运而生，它可以在打开取物门时将取物箱上部的开口封闭起来，起 到保护与防盗的作用。 4. 联动机构：将取物门的旋转运动转化为防盗板的运动。 5. 移动板固定装置：移动板的固定装置，使联动机构能够平稳顺利的运动。 取物箱的结构如图 5.1 所示： 一种新型的自动售货机用取物箱的设计 17 图 5.1 取物箱的结构 5.2 作用作用 作为自动售货机内的一个至关重要的组成部分，取物箱是自动售货机的整个售货过 程的终端，它能否安全顺利的运作关乎到整个售货过程的成败。当消费者完成商品的选 定以后，自动售货机接受到命令，通过控制程序，商品会掉落到取物箱内，这一系列动 作完成后，消费者就可以推开取物门拾取自己所购买到的商品，从而完成交易。 取物门 防盗板 箱体 联动机构 移动板固定装置 联动杆 无锡太湖学院学士学位论文 18 6 取物箱不同防盗结构的比较取物箱不同防盗结构的比较 6.1 传统取物箱防盗结构传统取物箱防盗结构 现阶段市场上自动售货机的取物箱主要的防盗方式是使位于取物箱后部的防盗板向上 翻转来封闭取物箱上部开口。此种结构的有点是实现方式简单可靠，缺点是在同等条件 下取物箱实现功能所需的高度比较高，不适宜越来越紧凑的设计要求。 结构简图如图 6.1 所示： 图 6.1 传统取物箱侧视图 当推动取物门旋转时，右边的防盗板会向上翻转，实现封闭取物箱上部开口的目的。 但是这一动作有一个非常大的缺点，就是当两门向内翻转时容易将箱体内较大的物品夹 住，使取物门无法正常打开，消费者也就不能拿到已买到的商品，这一问题会大大影响 自动售货机的正常运作，会降低销售量。 6.2 改进后取物箱防盗机构改进后取物箱防盗机构 该取物箱防盗机构的运动过程是当消费者向内推动取物门拿去商品的时候，通过联 动机构的传动使防盗板在取物箱的上开口处由后向前做平移运动，并封闭整个取物箱上 部开口。 机构运动简图如图 6.2 所示： 取物门 防盗板 一种新型的自动售货机用取物箱的设计 19 图 6.2 采用平动防盗板取物箱联动机构简图 防盗板 无锡太湖学院学士学位论文 20 7 取物箱箱体结取物箱箱体结 y y构的设计构的设计 本次我设计的取物箱主要是对防盗板进行改进，传统的防盗板是竖直放置的，所占 空间较大，为了改善这一缺点，我将防盗板水平放置在箱体的上部。当取物门旋转后， 联动机构带动防盗板向前运动，因此，防盗板在箱体上部只做前后平移运动。所以取物 箱上部必须留出放置防盗板以及供其运动的空间。 主要由钣金件和部分小零件组成，其中主要部件有：前旋转门板，上平动防盗板， 两侧护板和一块较大的折弯连接板。其中连接前旋转门板和平动防盗板的联动机构是由 两根联动杆和一块移动的长窄板组成。当前旋转门板被转动后，通过联动机构的运动可 带动防盗板的移动。 取物箱上部开口的宽度为防盗板宽度的两倍，当防盗板位于箱体后侧时，前部留出 的开口可以让商品掉落在取物箱内。为了防止防盗板过度移动，箱体的后侧会比防盗板 略高。 为了能节约空间和材料，我并没有把箱体设计成长方体。如果设计成长方体，取物 箱的容积虽然可以增大，但是这并没有实际意义，反而会造成拿取商品不方便的后果。 因此，我设计的取物箱从侧面看是一个直角梯形，后侧面形成的斜度可以使商品掉落后 集中在箱体内侧的前部，这样就能让消费者方便地拿取。 当我们推开取物门后，圆柱体状的瓶装饮料很容易从取物箱内滚落下来，为了解决 这一问题，我在箱体前方下侧加装了挡板，这样就能很好地解决这一问最终箱体结构如 图 6 所示： 图 7.1 取物箱箱体结构 防盗板 箱体后侧 挡板 取物门 一种新型的自动售货机用取物箱的设计 21 8 取物箱材料的选择取物箱材料的选择 8.1 箱体材料的选择箱体材料的选择 此次取物箱的材料选择的是钣金件，钣金具有重量轻、强度高、导电（能够用于电 磁屏蔽） 、成本低、大规模量产性能好等特点，目前在电子电器、通信、汽车工业、医疗 器械等领域得到了广泛应用，例如在电脑机箱、手机、MP3 中，钣金是必不可少的组成 部分。 常用的钣金材料有： 1. 普通冷轧板 SPCC SPCC 是指钢锭经过冷轧机连续轧制成要求厚度的钢板卷料或 片料。SPCC 表面没有任何的防护，暴露在空气中极易被氧化，特别是在潮湿的环境中氧 化速度加快，出现暗红色的铁锈，在使用时表面要喷漆、电镀或者其他防护。 2. 镀锌钢板 SECC SECC 的底材为一般的冷轧钢卷，在连续电镀锌产线经过脱脂、 酸洗、电镀及各种后处理制程后，即成为电镀锌产品。SECC 不但具有一般冷轧钢片的机 械性能及近似的加工性，而且具有优越的耐蚀性及装饰性外观。在电子产品、家电及家 具的市场上具有很大的竞争性及取代性。例如目前电脑机箱普遍使用的就是 SECC。 3. 热浸镀锌钢板 SGCC 热浸镀锌钢卷是指将热轧酸洗或冷轧后之半成品，经过清洗、 退火，浸入温度约 460C 的溶融锌槽中，而使钢片镀上锌层，再经调质整平及化学处理 而成。SGCC 材料比 SECC 材料硬、延展性差（避免深抽设计） 、锌层较厚、电焊性差。 4. 不锈钢 SUS301 Cr（铬）的含量较 SUS304 低，耐蚀性较差，但经过冷加工能获 得很好的拉力和硬度，弹性较好，多用于弹片弹簧以及防 EMI。 5. 不锈钢 SUS304 使用最广泛的不锈钢之一，因含 Ni（镍）故比含 Cr（铬）的钢 较富有耐蚀性、耐热性，拥有非常好的机械性能，无热处理硬化现象，没有弹性。 因此，通过对上述材料的比较，此次取物箱箱体材料选用热浸镀锌钢板 SGCC。 8.2 取物门与防盗板材料的选择取物门与防盗板材料的选择 为了降低取物箱的重量，取物门与防盗板将使用塑料，选择的塑料为：聚甲醛 （POM） ，该材料具有良好的综合性能。强度、刚性、冲击、疲劳、蠕变等性能均较高， 减摩耐磨性能良好，吸水性小，尺寸稳定性好；聚四氟乙烯等填充的，其减摩耐磨性能 更好，PV 值更高，可用纤维增强，这种材料多用于减摩耐磨的场合及传动件。使用这一 材料可以有效降低各零件间的摩擦阻力，提高工作效率。 8.3 取物门固定套材料的选择取物门固定套材料的选择 固定套只是起到不让垫片和联动杆滑落的作用，受到的轴向力比较小，几乎可以忽 略不计，因此我选择了丁苯橡胶，它有以下的优点：耐磨性较突出，耐老化和耐热性超 过天然橡胶，加工性能良好，强伸性高。 无锡太湖学院学士学位论文 22 9 取物箱中力的计算取物箱中力的计算 下滑道由两根螺栓固定在右侧板上，当联动机构运动时，联动板同时受到向右和向 下的作用力，其中向下的力会转化到两个螺栓上，螺栓会收到挤压力和剪切力。受力 图如图 9.1 所示： 图 9.1 螺栓受力图 假设用 F=100N 的力来推动取物门，力的作用点在门的中间，取物门高度为 L=230mm，联动杆 1 的长度 L为 180mm 门上的力转化到联动杆 1 上后的大小： （9.1） 22 L F L F 2001 . 0 1802001. 0230100 F 所以 NF 8 . 127 的力可以分解为竖直向下的力和水平向右的力 F 2 F 1 F （9.2） N FF 3 . 99 39cos91 39cos 2 一种新型的自动售货机用取物箱的设计 23 作用力将作用在固定下滑道的螺栓上 螺栓将收到挤压力和剪切力，每根螺栓所收到的力为： （9.3） N N FF 65.49 2/3 .99 2/ 2 所以螺栓将受到挤压力和剪切力 挤压应力： （9.4） Pa A F F 5 101 . 1 001 . 0 90001 . 0 5 65.49 剪切应力： （9.5） MPa d F F 5 . 2 )001. 05( 65.494 4 2 2 查机械设计手册得该螺栓的许用剪切应力为 10MPa，因此该螺栓符合要求。 无锡太湖学院学士学位论文 24 10 联动轴扭矩计算联动轴扭矩计算 联动杆 2 旋转中心到下滚轮的距离mmL70 （10.1） N FF 4 . 80 39sin8 .127 39sin 1 作用在圆杆上的扭矩为： （10.2） mm LFT 5628 704 .80 11 抗扭截面系数： (10.3) 3 2 2 5 . 78 16 20 16 mm d W f T 扭剪应力： (10.4) a T P W T 69.71 5 . 78 5628 1 圆杆选用 45 钢 由于表的,得，从而满足强度要求。MPa60 一种新型的自动售货机用取物箱的设计 25 11 取物门旋转角度的选择取物门旋转角度的选择 自动售货机所售