自动捆扎机及纸带变轨机构设计-毕业设计.doc

大学学士学位论文自动捆扎机及纸带变轨机构设计摘 要随着科学技术的发展，人们日益完善的生活中，纸币在交易中所占比例与日剧增，纸币的整理就显得繁琐：银行、超市等每天有大量的钞票要进行整理，主要就是对钞票打捆，在打捆过程中，人工打捆效率低下且不美观。为了节约时间，纸币打捆机显得极为重要。本文主要完成的任务有如下：自动捆扎机总体设计，其中包括捆扎机结构设计，涵盖了捆扎机的功能分析，捆扎机的运动过程分析，捆扎机传感器的原理及选择，捆扎机捆扎带的选择和性价分析，捆扎机纸带驱动电机和控制单元驱动电机功率和转速的选择。旋转夹装置结构设计及三维设计，并详细叙述了旋转夹夹片、旋转夹夹头、旋转夹保持块、旋转夹导轨和弹簧的设计，尤其是旋转夹得运动分析。并包括零件的强度、刚度等计算。并对产品进行了技术经济分析，使产品更能适应市场。整个设计过程中，在保证了旋转夹夹紧装置的工作精度和稳定性的同时，也保证机构工作顺序以及构件运动同步性，使自动捆扎机做到结构最优化，性能最大化，经济最合理化，设计人性化，使其为各种金融行业服务。 关键词捆扎机；旋转夹；夹具；驱动电机；Design of Automatic Bundling MachineTotal Device and RotaryClampAbstractWith the development of science and technology, people increasingly perfect life, notes in the transaction accounts for proportion and drama increase, arrangement of notes is complicated when: have a lot of money to clean up the banks, supermarkets and other daily, is mainly the banknote bundling, in the bundling process, artificial bundle of low efficiency and not pretty. In order to save time, paper money is very important.This paper is mainly to complete the tasks are as follows: automatic banknote binding machine overall design, including bundling machine structure design, covers the baler function analysis, binding machine, the movement of the analysis, binding machine sensor principle and selection, bundling machine strapping selection and price analysis, bundling machine tape drive motor and control unit drives the selection of motor power and speed. Rotation clip device structure design, 3D design, and a detailed description of the rotating clamp rotary plate, a chuck, a rotary clamps from a holding block, a rotary clamping rail and spring design, especially for the rotating clamp movement analysis. And includes the calculation of the strength and rigidity of the parts. And the product of the technical and economic analysis, so that the product can adapt to the market.Throughout the design process, in ensuring the working precision and stability of the rotating clamping device at the same time, but also to ensure institutions working order and component motion synchronization, make automatic banknote bundling machine to do the structure optimization, to maximize performance, most economical rationalization, humanization design the for a variety of financial services industry.Keywordsbundling machine, rotary clamp, fixture, drive motor- II -目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论1 1.1 课题背景1 1.2 研究意义2 1.3 自动捆扎机国内外研究现状分析2 1.4 论文研究的主要内容4第2章 自动捆扎机总体设计6 2.1 自动捆扎机设计方案概述6 2.1.1 自动捆扎机总体结构设计6 2.1.2 自动捆扎机功能分析7 2.1.3 自动捆扎机运动过程分析8 2.2 凸轮轴强度、刚度校核9 2.2.1 凸轮轴强度计算与校核9 2.2.2 凸轮轴的弯曲刚度计算与校核11 2.2.3 凸轮轴扭转刚度校核11 2.3 本章小结12第3章 旋转夹部件设计13 3.1 旋转夹设计13 3.1.1 旋转夹保持部分设计14 3.1.2 旋转夹夹头部分设计15 3.1.3 旋转夹滑块部分设计16 3.2 旋转夹弹簧选择及校核16 3.2.1 旋转夹弹簧选择17 3.2.2 旋转夹弹簧强度校核17 3.3 本章小结19第4章 旋转夹三维设计20 4.1 Pro Engineer 5.0软件简介20 4.2 三维建模20 4.2.1 旋转夹装置建模过程20 4.2.2 滑块的建模过程21 4.2.3 旋转夹齿条的绘制22 4.2.4 齿轮参数化建模23 4.2.5 螺钉标准库提取25 4.3 装配过程26 4.4 本章小结28第5章 技术经济分析29 5.1 价值分析概述29 5.2 技术经济分析计算29 5.2.1 可靠性指标29 5.2.2 初步设计阶段的粗略估算30 5.2.3 新产品设计工作完成后的成本估算30 5.3 产品技术经济与评价31 5.3.1 技术评价31 5.3.2 经济评价32 5.3.3 综合评价33 5.4 本章小结34结论35致谢36参考文献37附录A37附录B43- IV -第1章 绪论1.1 课题背景随着经济水平的提高，人们手中的流通资金数量更多，因此纸币的打捆整理也逐渐成为金融体系中的重要内容。纸币的打捆机通过将纸币进行分类捆扎的方式，节省了人力打捆的需要，既节约了人工成本，又提高了银行等金融企业的业务处理速度，也使得用户能够享受更为便捷、安全、有效率的金融服务。纸币打捆机的出现也意味着纸币打捆更具标准化、出错率更低、效率更高1。人们拿同等价格的物品用来交易，是在很古老的时候，它标志着是货币古老的方式。用商品间接或直接替代等价物品进行交易。由宋朝最原始的纸币诞生，慢慢浮现出了布币、硬币，在源远流长的历史中占据了很重要的地位2。让人烦恼的问题也渐渐多了起来。纸币即使在买卖、捎带的的过程中很便捷，但在存储、清理的时候很费事。此时人类的智慧是无穷的，人类想到用钱袋容纳纸币，用防水材质的钱包装钱。伴随着世界经济快速的发展，纸币的地位在一日生活中显得更为重要，近年来金融业迅速崛起，规模较大的商家遇到很麻烦的问题就是纸币的整理，每天纸币交易的数量简单的装载工具已经满足不了了，所以纸币的整理问题需要快速解决。纸币打捆机首先对纸币按照面值分类，并把相同数额捆扎在一起，以固定数额为捆扎整体，这样不仅能够解决纸币面值不同，难以计算的难题，也使得金融业务更为便利，尤其对大批量纸币进行处理时，纸币打捆机更能发挥其优势。起先对纸币的捆扎是人工用手来操作的，逐渐人类意识到了这一缺点：效能低下、材料的使用局限性大、成本较高，例如银行、交易中心纸币数量流动较大的金融机构对于用机械化捆扎就表现的非常紧要。人类研制出了全机械的纸币捆扎机，伴随着科技不断发展由半自动操控、电机操控到电脑操控、智能一体化操控也在逐渐发展进入更高阶段。科学的发展也使得假钞越来越能够以假乱真，也为纸币捆扎机提出了更高的应用要求。同时，由于经济的迅速发展，流通货币的需要也更为频繁，纸币捆扎机的应用范围和程度都得到扩展。因此在原有捆扎机的基础上，不仅需要提高其机械的稳定性，更要提高效率，确保安全性，同时增加除纸币打捆以外的附加功能。经济的不断发展注定着纸币的流通地位，因此作为纸币整理过程中的重要机械，纸币捆扎机也需要不断地得到开发和利用。1.2研究意义现今自动捆扎机在使用过程中，仅需要将纸币放在全自动捆扎机上，机器能够自动对钞票进行处理。因此，相对于纸币的人工捆扎，无疑解放了人力，降低了人力处理成本3。在人力资源短缺的情况下，更应该珍视劳动力的价值，节省劳动力成本，因此纸币捆扎机的研发也就具有一定的必要性。与此同时，相对于人工捆扎，纸币捆扎机的效率更高、出错率更低，避免了金额错误。相对于利用捆扎机进行的纸币捆扎来说，人工捆扎仍然存在许多弊端。如：人工熟练度决定了纸币捆扎的速度，捆扎操作者如果存在捆扎不熟练的情况，将会严重影响金融企业的捆扎效率，也会造成金融业务的不便。与此同时，人工捆扎也存在错误的风险，缺少安全性。因此在这种情况下，自动捆扎机的出现无疑解决了人工捆扎中存在的各种问题。早在19世纪80年代，全机械式的纸币捆扎机就已经出现，但由于技术水平的落后，捆扎机缺乏自动控制能力，且捆扎机的操作较为复杂和繁琐，便利程度不高，因此在当时的金融行业并未有太多影响。同时，由于这种全机械式捆扎机价格高昂，仅有部分国有企业，因为有国家的经济政策支持，才能够对这种机器尽心购买。但这种捆扎机容易对纸币造成破坏，且机器运行时产生噪音较大，且故障时难以进行维修，因此使其难以得到普及和推广。进入到21世纪，微电子芯片的制造技术相对成熟，因此价格开始降低，且日益完善的数控技术都使得传统的机床有了更多改善的技术支撑。在技术发展的背景下，纸币打捆机也得到了迅速发展，由原本的全机械化转变为电力支持，且具有更为完备的自动化水平。从其发展来看，全自动打捆机的发展往往由时代的发展决定，以用户的需要为标准不断发展和进步，同时随着科学技术的演进而不断得到技术上的改善和功能上的丰富，因此在今后的发展过程中，全自动捆扎机的研制有着更深层的意义。1.3自动捆扎机国内外研究现状分析环球上对于全自动捆扎机械的应用都比较广泛，捆扎机械能够将零散的物品进行打包处理，从而使得搬运更为便利。在纸币捆扎方面，全自动纸币捆扎机的应用就更为广泛，且在发展至今，全自动纸币捆扎机已经不仅能够实现对于纸币的捆扎，还能够对票据等进行捆扎，且自动化水平更高。西欧等国家自动打捆机的利用程度高，纸币的整理在其经济发展过程中占据很重要的位置，且在日常的金融业务和生产及生活服务中非常广泛的应用4。而在我国，几乎所有的银行及其他金融企业都应用了纸币打捆机，在日常的业务处理和业务服务中得到广泛的应用。但相对于发达国家来说，我国对于捆扎机械的应用发展较晚，且研发技术基本来自国外，缺少自我研发的捆扎机。但也由于我国是世界第一经济大体，人口众多，纸币流通数量大，对于纸币捆扎机的要求也就更为强烈。20世纪80年代，我国开始对全自动打捆机进行研究，这时我国经济发展正处在初级阶段，打捆机的研究可以说是非常有必要。与此同时，纸币打捆机的制造工厂也开始对纸币捆扎机进行批量制造，在我国的各个省份进行打捆机的制造。发展到现在，自动捆扎机不仅仅能够实现对纸币的打捆，还能够捆扎票据和各类纸张。起初我国最为原始的纸币捆扎技术是利用卡具分别纸币面值，同时利用液压系统将纸币压紧，再通过人工利用麻绳或纸带的方式进行包捆。这就造成了流程的繁琐。人工的劳动强度巨大，且对于身体手指部分存在较多损害。且在捆扎过程中，由于机械精度较小，人工在对纸币进行捆扎的过程中，容易对纸币造成损害，产生勒痕，严重时能够将纸币勒断。并且利用麻绳进行捆扎的过程中，麻绳双十字无法形成一个集体，因此在运输过程中捆扎不够牢固，容易出现纸币散落的状况。为此，中国人民银行要求在纸币入库时必须使用宽塑料PP（聚丙脂）进行双十字捆扎，从而避免纸币散落的情况5-6。尽管如此，在全自动捆扎机还没有得到广泛应用前，机械捆扎机仍然存在着诸多缺陷。由全机械式打捆机到全自动打捆机的发展，可以说是打捆机历史上的一次重要变革，它从真正意义上实现了打捆机解放劳动力，提高工作效率的目的。在技术层面，打捆机还是对传统机械和光学、电气等技术的结合，通过不同科学领域技术的共同发展，促进捆扎机的发展进步7。打捆机在对纸币进行捆扎时，通过微电脑对捆扎过程中进行自动化控制，能够实现对纸币的一次性捆扎，流程非常迅速，且完成度高。目前我国打捆机主要有自动烫接式打捆机、系带式打捆机等等，其均为我国自主研发的捆扎机形式，主要区别在于其捆扎方式的不同。由于自动烫接式打捆机在使用中更具有稳定性，且更成本更低，因此也正在取代传统的纸币打捆机，在金融领域得到更为广泛的应用。也正因如此，全自动烫接式打捆机的研发也得到重视，各类打捆机制造厂商及科技研发人员都参与到机械的研发中来，烫接式打捆机也得到了更为完善的发展。自2000年开始研发后，烫接式打捆机至今已经发展完善，其也由原本每分钟捆扎五次的速度上升为每分钟捆扎二十次。与此同时，机械也更为轻巧，价格也相对低廉。从某种意义上来说，全自动纸币捆扎机的发展不仅是我国经济发展的重要见证，也是现代机械制造业不断发展进步的最好体现。相对于国内捆扎机的发展，国外纸币打捆机的研发已经由基础功能转变到附加功能上来，即纸币打捆机不仅能够实现对于纸币的收集和整理，还能够对纸币进行鉴别等，从而最终是实现纸币捆扎的全自动化。这种捆扎机的应用已经基本能够实现零人工的目的，且能够解决纸币捆扎过程中的各类问题。例如纸币的真伪辨别功能，由于纸币的捆扎基本属于入库的最后一项操作步骤，因此就必须对纸币的真伪进行确认，如果在入库前进行真伪辨别，即在捆扎前就对纸币进行人工整理，并进行真伪鉴定，也就增加了工序和难度。因此在捆扎过程中实现真伪辨别了纸币的分类整理为一体，能够极大程度上缩减纸币捆扎的难度，实现捆扎效率的提升。因此实现捆扎自动化水平的提高，也是其发展的重要方向。国外纸币捆扎机的发展起步较早，因此其在发展的过程中能够在基础功能得到实现的同时，再继续增加其自动化水平，使其能够实现自动化、流水线捆扎作业，降低人工成本。与此同时，国外的经济发展水平较高，由于市场经济自由竞争体系的存在，成本和效率对于所有的金融企业来说都至关重要，因此也就造成了其发展速率较快的情况8。现今，国际的塑料带捆扎机械也正在朝着全自动化和高效率化以及多样化发展：一、增强自动捆扎机单体自动化水平，使得其能够在处理过程中完成自动定位和自动捆扎，以及自动转位等功能，实现多种形式的捆扎，与此同时，还能够做到利用微机进行及时控制，且能够实现无人操作的全程自动化水平。二、高效率。捆扎功能的增加和改善也是发展的重点。现今国外自动捆扎机已经能够逐渐实现每分钟40-60道塑料带的捆扎，且在捆扎过程中，能够及时对捆扎的效果进行调节，实现高效率化捆扎。三、多样化。目前外国除了进行全自动捆扎机研发外，还有意拓展多种用途的捆扎机，如台式捆扎机等，并注意研发代替钢带的聚酯带，因而与台式捆扎机的要求相适应。随着科技的进步已经逐渐形成较为完善的纸币分离、清理、分类和捆扎、真伪辨别为一体的，具有高度集成化的设备。纵观其发展过程，纸币的捆扎机正是由于市场的需要，根据市场要求不断进行改造。因此在其发展过程中，必然也会向着更为轻巧和便利的方向发展，对于个体户和家庭来说，都具有很高的实用性。1.4论文研究的主要内容在对研究背景及研究现状进行阐述后，不难看出现今全自动打捆机在经过长期的发展后，自动烫接式纸币打捆机已经成为目前研究的主要目标。因其具有较高的工作效率，且运行成本较低，维修较为便利等优势，使其应用更为广泛。因此论文主要对以下几点进行论述：自动打捆机总体。机械的设计过程中的主要部分及对设备及仪器进行整体设计，根据其最终实现的功能及作用，对设备的零件等进行精细设计，随后才对设备进行初步生产和性能测试等任务。而本次设计则主要根据其生产的总体框架，分为整体设计及部分设计，以研制过程的主要内容为目标。旋转夹内部装置设计。本文的主要任务及对改核心零件进行设计，其主要作用及操作纸带，包括对纸带进行引导和掐断纸带。由于在操作过程中旋转夹装置的运动轨迹和方式都有着非常严格的设定，因此在设计过程中，尤其要注意准确度的达成。主要对转动电机和结构以及刚度、强度计算。对于电机转速以及相关计算将会是设计的紧要部分，其计算结果将直接影响设备的稳定性能。而其他对于机械机构的刚度和强度的计算则处于次要地位，但仍需要对零件进行校核。 第2章 自动捆扎机总体设计2.1 自动捆扎机设计方案概述所有设备设计制造中，其设计生产的物品所有的目的就是要方便社会的日常生产生活，就纸币的捆扎机而言，其设计出发点是相同的。因而纸币捆扎机的整体设计从一开始就是以设备的经济性和实用性为基础的，以这两个为核心的出发点，还有确保设备的稳定运行和安全，在此基础上进行纸币打捆机的制作开发9-10。经过以上部分的说明，可以初步的了解目前纸币打捆机的基本工作情况，一般是有打结式和烫接式。就现阶段情况而言，所使用的打结式打捆机现在出现的情况比较多，采用的机械结构部分比较繁琐，从而导致了在维修上的困难，带来成本方面的增多，工作的效率也不高等等。因此，在这次所研究的机械就确定为烫接式纸币打捆机。前期基本确定了纸币打捆的捆扎办法之后，就要针对使用目的来对机械的结构上来进行研究和设计，这里进行这部分工作的构件有：旋转式的夹紧部件、纸带驱动动力、纸带加紧带轮、主要箱体部分、纸带夹紧部件、控制的基础单元和控制基础单元的驱动动力，还有涉及到的各个电路组成等。2.1.1 自动捆扎机总体结构设计进行机械部件的设计工作是在设备的整体设计上，按照已经确认后的办法，设计并给出结构方案图纸，通过这样的方式来体现设备方便社会公众的特点。把设计的方案体现成某个部分的机构或者装置，在这个工作中还需要选取部件的材料、设计基础形状、确定尺寸、进行热处理模式的选择，在这个过程中吗、，还需要充分考虑部件的加工方式、精度、材料强度等。因此在机械的结构设计方面尽管是设计图纸，在部件的设计上不是纯粹的图纸制作，这仅仅是机械制造中设计的语言。就自动捆扎机的主要设计方面而言，其考虑的是设备的经济性以及设备的方便性，结合生产成本和实际的设计问题来设计。在这个装配图纸里，能够一目了然的看到设备的各个部分的部件，整体上观察可以发现设备在部件结构上是较为紧凑的，其一大优点就是在一定程度上可以节省空间，给设备的使用方带来更大的经济效益。但是其也存在一个缺点就是，在设备的加工精度方面不是很高，因此，就设备的整体来说，在这个的设计中都可以达到初始的设计设想。如图2-1所示，就是该型号设备的结构设计图。图2-1自动打捆机的整体结构设计图2.1.2 自动捆扎机功能分析就单纯的自动烫接式的打捆机来说，设备要进行的工作就是要把纸币捆扎好，但是这就要很多的操作来一起进行，在这次的设备设计中，就进行了光电感应方面的研究，要在机械部件设计、电子、光学几个方面来一桶进行，因此在设备中的各个组成部分之间都联系紧密，如果要达到所有部分间的紧密联系还需要单片机，也就是微电脑技术方面。通过这样的方式，实现设备的自动化和智能化，让推广的设备可以得到更多消费者的认可，以此取得更多的经济效益。就现阶段的设想，参考发达国家的生产技术，按照社会大众的实际生产需求，把这个产品设备的构想定位在：确保稳定性的基础上，进一步的让设备里的部件更加紧凑一些。采用合理、科学的结构来进行捆扎的工作。如图2-2所示，就是自动捆扎机的操作示意图。放入纸币传感器接受信号纸带控制电机反应加热头及旋转夹控制电机反应单次捆扎完成 图2-2 自动捆扎机的使用流程图在这个环节中，其关键的工作就是要实现设备里所有部件的紧密配合。确保构件在确定好的时间和位置上来工作完成纸币的打捆，尽可能少的避免错误，确保打捆工作的进行。2.1.3 自动捆扎机运动过程分析设备中的处理元件发出信号到直流电机上，要让纸带驱动电机和控制部分在按照正常的工作来运行，研究设备的运转流程，画出设备的正常运转流程图，如图2-3所示，自动捆扎机运转流程图。纸带驱动电机运动控制单元驱动电机运动微处理器将信号发送至两个电机驱动器微处理器收到信号图2-3自动捆扎机机械部分工作流程如上图所示，自动捆扎机的要设备内的所有部件紧密的联系，在设备的主要部件微处理器上接收到处理信息之后，紧接着在纸带驱动机上进行。在驱动电机接受的信号后，纸带的驱动机第一步的工作是把纸带抽紧，在设备内的加热头把纸带进行粘合，与此同时把纸带切段之后，把纸带输送到指定位置，以备之后进行纸币的打捆工作。在纸带的驱动电机工作里分为3个部分，在微处理器感应到输入信息时，处理器马上发出信号到纸带驱动电机部件，也就是电机进行运转，这。纸带在收紧之后，配有分度均匀的码盘和感应部件，纸带进行动作，把该信息发送到微处理器，之后反馈的信息通过分析，在纸带的输出长度到合适的长度时，就马上停止了信号的传递，在这个时候会有对应信号的波动，这种误差的出现在正常的正常运转中是在允许范围内的。纸带驱动机的第二个环节，在纸带到达合适的长度范围时，设备的微处理器即刻就会中止信号的输出，在这个时间里，纸带的驱动机不再接收到电机控制部件的信号，在摩擦力的作用下会中止运动。这个时候要独自看纸带驱动电机的工作过程，忽略控制单元的电机工作。在控制单元电机工作结束之后，微处理器就马上回接收到控制部件，也就是凸轮轴尾部的码盘与光电感应器一起发出的信息，在微处理器接收到这个信息之后，朝纸带驱动机控制部件发出信息，这个时候的信号经过控制部件进行信号放大之后到达纸带驱动电机，这个时候把设备内的纸带朝放松向进行，为之后的纸币打捆做铺垫。研究纸带驱动电机之后，现阶段研究十分重要的一步是控制单元电个机，这个运转分为4个部分，还有7个小部分。以下进一步针对纸币的打捆过程进行运行研究。这里的4个部分是：设备旋转夹进行旋转；设备纸带夹运转夹紧；加热头进行粘合切断；其中的每个构件回到初始位置。如图表2-1所示，设备的工作流程图以图表形式标出。表2-1 运动规律流程表部件流程表纸币放钞捆扎完成拿走钞票完成抽带抽带纸带夹夹紧放松并后移前移归位旋转夹松开纸带后移向下运动旋转归位加热头向上粘贴纸带并剪断归位送带送带顺序1234完成目前基本流程都使用图表的方式展现，通过这样的方式可以让大众简单、清晰的了解设备的运转过程。就控制部件驱动电机而言，这系列的运转都是闭环的，在部件的尾部有双排的感应装置，这里的所需要的是进行监视和过程控制。作用体现在已下2个部分中，第1个部分是纸带经过加热头的加热粘贴后，这个时候驱动单元的电机会中止运行，这个是第1个光电感应部件的用处，在东西收好之后，设备中的所有构件回到初始位置，为之后的工作铺垫，这个过程是由第2个光电感应器决定，通过这样的方式达到了比较粗糙的闭环控制，当驱动部件的运行速度到达一定时，在阻力的作用下，设备的工作就会维持在一个准确度较好的情况。2.2 凸轮轴强度、刚度校核微处理器在设备的控制部件上是重要环节，其决定着驱动电机的运转，机器的运动在通过减速箱的作用后在平稳性方面有了显著的提高。在设备里，驱动运转由凸轮轴所进行，其承载着所出现的应力，因此就在这里进行校核11。2.2.1 凸轮轴强度计算与校核通过材料力学的资料得到：(2-1)凭据第三强度上的基础理论：(2-2)如下：(2-3)(2-4)为轴的计算应力，单位为Mpa；M为轴所受的弯矩，单位为Nmm；W为轴的抗弯截面系数，单位为mm3。带入数据计算得：(2-5)最后计算得到：(2-6)遵照扭矩强度计算条件：(2-7)(2-8)(2-9)（凸轮最大处）(2-10)其中：为扭转应力，MPa；为轴所受的扭矩，Nmm；为轴的抗扭截面系数，；为轴的转速，r/min；为轴传递的功率，kW；为许用扭转切应力，单位为Mpa。计算得：Nmm(2-11)轴的最小直径为：(2-12)由机械手册查得在35-55之间，所以小于许用应力，故此设计满足要求。2.2.2 凸轮轴的弯曲刚度计算与校核最大挠度的计算公式为：在处，(2-13)偏转角：(2-14)(2-15)其中：(2-16)(2-17)凸轮轴近似实心圆柱：(2-18)代入公式计算得：(2-19)(2-20)由机械手册得，此轴的弯曲刚度校核合格。2.2.3 凸轮轴扭转刚度校核在材料力学中，实心圆柱的扭转角计算公式为：(2-21)这里：为扭矩，Nmm(2-22)为剪切弹性模量，Mpa(2-23)为轴截面极惯性矩，(2-24)代入上述公式，得：/mm(2-25)依据机械手册可以看到，就传动轴方面来说在精度上的要求比较高，这里的扭矩角要比许用扭转角来得小，所以就确保了扭矩在刚度方面的要求。2.3 本章小结本章是对自动捆扎机在总体结构上进行的设计和研究，针对打捆机工作的特点来进行论述，其中对打捆机的详细功能做了充足介绍；并将打捆机的主要运动，打捆的方式，捆扎带的选择等做了充分的解释和说明，打捆机的传感器选择也进行了简单介绍，并且对整个打捆机的主要传动装置，凸轮轴做了强度和刚度校核，从而保证整个机构平稳、顺利运行第3章 旋转夹部件设计旋转夹是由几个零件通过轴套、螺栓连接组成的，其中主要有旋转夹保持块、滑块和旋转夹夹头三部分构成。3.1 旋转夹设计对纸带进行夹紧、旋转纸带以此来完成纸币的打捆机械化的工作，这些就是旋转夹夹紧部件的主要内容12-13。作为设备的主体设备部件，旋转夹夹紧部件的一般作用是对纸带来操作，这里的工作原理是：在初始阶段，旋转夹夹紧部件会把纸带给夹紧，让纸带在设备里的导轨上确定在适中圆弧，通过这样的方式能够确保钱按原定的方式进入到纸带打捆的位置。在纸币进入设备的检测位置时，纸带上的卡盘在驱动电机的带动下进行运转，在这个时候，进行翻转和向下运转。这里的分运动流程是第一步向后和纸带进行分开，然后进行旋转，通过这样的过程是为再次的打捆做铺垫。在设备加热头和纸带切断部件一起运转把纸带切断，还可以在加热位置把纸带进行粘合，一系列的过程就是纸币打捆的一个完整过程。如下图3-1所示，旋转夹的拼装图。图3-1旋转夹的拼装图在完成打捆工作后，要确保机械化的进行纸币打捆内容，设备里的旋转夹夹紧部件就要完成继续进行的步骤：驱动电机以一定的速度提供纸带，旋转夹加紧部件往后进行旋转，这个时候要确保较好的精度，在纸带抽送的运转中，夹紧部件再次把纸带夹紧，以此来达到完整自动打捆的进程。这样设备部件的工作就往复进行，以此来达到自动纸币打捆的所有过程。3.1.1 旋转夹保持部分设计把设备旋转夹里的小部件分解，小部件分为了3个关键环节吗：滑块局部、旋转夹局部、旋转夹保持局部14-15。如下图3-2所示，旋转夹保持部件。图3-2 旋转夹保持部件图中所指部件是所有旋转夹里的一些固定部件，由于在运转的操作下，旋转夹囊括6个方向的自由度，因而在固定约束方面就要由2个导轨来约束2个方向的转动以及2个方向的轴向偏离。在2个大小不一致导轨的影响下，在一定程度上提高了设备工作的准确度，在降低了设备工作晃动方面的影响。在2根导轨的稳定中，没有使用原来的螺栓固定，是使用了螺栓残余预紧力来固定，通过这样的方式，固定力就全部是取决于摩擦。其优点在于一方面减少了加工的工序流程，另外一方面也节约了制造零件所付出的时间成本。与此同时，一旦部件有了异常问题，比如断裂，这样就能够做到方便替换使用。在一定程度上，这样的设计是具有科学性的。在滑块上有2个螺纹孔，这个的作用要和箱体进行紧固作用的，一样是使用2个并行的螺纹孔来让旋转夹来确保部件在一个合适的状态下。这里所使用的原材料是铝材，导轨的制作是用铸铁的方式再加上进行电镀，通过这样的方式让旋转夹在移动的时候尽可能的减少受到滑动阻力的影响，让部件运转的更加流畅。套上弹簧的导轨2，在这里的作用是复位。在凸轮把力从杠杆传导到滑块上时，滑块在导轨2 上向后运动，在这个时候导轨2 上的弹簧受到一个压力的作用。在凸轮到小轮的点上时，滑块就不会受力，滑块借助弹簧的弹力回到初始的地点，这样就完整的进行了运转。3.1.2 旋转夹夹头部分设计就如旋转夹保持，这个部分会稍微繁琐一些，在具体结构上也比较精巧，如果和肢体一般进行了纸带由松弛到收紧的这样一个工作16。如下图3-3所示，是旋转夹的部分。在这个部分里是所有的的旋转夹夹紧部件的主要零件，在这里能够看图3-3 旋转夹部分到这个部分和肢体一般，纸带是其进行的对象，在旋转夹把纸带牢牢的夹紧。在这些零件里，如果两个导轨都使用了螺栓残余预紧力进行固定的模式，这个的优点在于和旋转夹都确定在一定上的一致。在旋转夹夹头和旋转夹具两者中是一样都使用了螺栓预紧，这样一方面就让旋转夹在松紧的程度上可以进行调整。通过这样的方式就可以适应多种样式的纸带。在这个图示中，没有出现导轨2 上的弹簧和尾部的螺栓，在旋转夹进行运转时，这里的工作状态就分为了2个部分，在旋转夹的整体上下进行移动以及旋转夹的回转进行。以此来确保运转的动力是来源于设备的凸轮轴以及导轨2中的弹簧，在待运行的情况下，旋转夹夹头牢牢的夹住纸带，在这个时候在导轨2 上的弹簧就是在一个压缩的情况下，但是旋转夹的整体在滑轮的作用下时稳定在上面，凸轮进行运转，让杠杆向下移动，旋转夹部分也向下移动，在向下移动的同时，齿轮在滑块上的齿条影响下进行回转运转，以此来让旋转夹一同来进行回转工作。在这个时候，滑块向后进行运动，以此就完成了所有的动作：旋转夹的夹头在朝后进行把纸带松开，旋转夹进一步的翻转，让旋转夹在之后进行往下的动作，滑块带动旋转夹往前运动，再一次完成夹紧纸带的工作。在这个时候的纸带是正向的，如果后凸轮在带着杠杆让旋转夹到达之前高度的一半，这时候的纸带就是一部分被翻转过来，处在四十五度这样一个角度上，这样就较容易观察到这次打捆是不是完成了。在打捆工作进行到把纸币拿走时，就再一次的向上运转到原来的位置上，在旋转夹旋转到九十度时，纸带就到了反向，纸带在驱动电机的转动中把纸带推出，再一次形成纸带轨迹，为之后的工作做铺垫。3.1.3 旋转夹滑块部分设计作为设备旋转夹运转最重要的一部分，期间的导轨和轴的运动都在这个位置来完成，如下图3-4所示，滑块部分的平面。图3-4 滑块部分在设备的滑块部分最重要的一个零件是轴套，由于这些是设备旋转夹机构进行运转的关键。其主要是进行旋转夹前后以及上下4个自由度上的运转。这里滑块的作用是体现在和导轨一样，让设备的旋转夹运转依据轨道来进行，使用铝制的合金并且经过了电镀处理，达到了设备减负的同时，让部件在性能上得到一定程度上的增加，让各个导轨都有2个轴套，通过这样的方式来确保部件运转的顺畅。3.2 旋转夹弹簧选择及校核因为设备进行的工作是在纸币的基础上来进行的，设备的部件是由铝合金、铁材料以及钢制材料来进行的，但是就纸币而言，在使用强度上是没有很大的要求，在日常的生产生活中，不要对钱币来进行加工，在实际的过程中校核的情况在很大程度上大于最大强度的要求。这样的方式就会造成生产成本上的浪费，在一定程度上增加了生产的实际成本。因此，在钱币的整理工作里，对这种形式的的校核会变得没有很大的作用。在这个设计工作里，要对2根弹簧的强度来校核。3.2.1 旋转夹弹簧选择下表是设备所要完成的弹簧强度校核，在设备所使用的弹簧选择中，列出如下表3-1。表3-1 弹簧材料及性能类别代号许用扭应力tT许用弯曲应力b/MPa材料性能钢丝碳素弹簧钢丝0.30.4强度高，性能好，适于做小弹簧60Si2Mn60Si2MnA471627弹性好，回火稳定，易脱碳，适于做受大载荷的弹簧65Si2MnWA60Si2CrVA560745强度好，耐高温，弹性好30W4Cr2VA442588高温强度好，淬透性好。不锈钢1Cr18Ni9Ti324432耐腐蚀，耐高温，适于做小弹簧4Cr13442588耐腐蚀，耐高温，适于做大弹簧Co40CrNiTiMo500666耐腐蚀，高强度，无磁，低后效，高弹性所采用的是碳素材料的弹簧钢丝，这个原材料的特点符合旋转夹运动的要求，特别是体现在材料的强度高和性能好方面。3.2.2 旋转夹弹簧强度校核在设备的2处弹簧中，在水平方向上设备弹簧是始终在放松的状态，在纵方向上的弹簧是始终在压缩受力的状态，这个工作的状态是放松的状态。以下所进行的是弹簧在强度和刚度方面性能的校核。参数如图3-5。由公式得：(3-1)其中：旋转比；弹簧直径；弹簧圆外径；弹簧圆内径；弹簧圆中径，节距，螺旋升角；自由长度；曲度系数；切向力对扭应力的修正系数。由此可得到扭应力：(3-2)(3-3)(3-4)(3-5)(3-6)钢丝直径为：(3-7)图3-5 弹簧的参数通过计算得出在这样的尺寸下，弹簧的强度满足许用条件，并且超出许用条件1.3倍。增加了构件的使用寿命。弹簧受力后轴向形变量： (3-8)其中：为弹簧圈数；为切变模量。得出弹簧圈数： (3-9)刚度： (3-10)经过计算，刚度满足最低许用条件。3.3 本章小结本章着重对旋转夹部件从结构功能设计进行剖析，其中包括旋转夹夹片的设计，旋转夹夹头的设计，旋转夹夹头回转轴的选择，旋转夹齿轮齿条配合机制，旋转夹保持块和滑块的设计，轴套的选用，弹簧的选择及强度校核。均符合设计标准，可流畅运行。第4章 旋转夹三维设计4.1 Pro Engineer 5.0软件简介操作软件Pro/Engineer不仅集合了CAE、CAD，还有CAM，是属于美国参数技术公司的三维软件。第一个应用参数化技术的就是该软件，其在参数化方面非常的出名。在如今的三维造型软件圈子内，地位举足轻重。之所以Pro/Engineer会受到全世界的青睐以及认可，主要由于其已成为了现在机械CAD/CAE/CAM领域新的标准。在当下的市场上，这类操作软件在CAD/CAM/CAE软件中占据主导地位，对于我国产品设计来说，也有非常重要的作用17。该软件不仅含有基于特征建模、参数化设计的特征，此外还具有单一数据库。这些特征使得软件在运行和处理时，能够发挥更好的效果，特别是在三维建模时，运用的更加便捷。4.2 三维建模从旋转夹夹紧装置来看，零件是部件建立三维模型的起始点，通过将不同部件的三维构架画好后，拼接零件并获得不同部分小装配图，利用小装配图进行定位，从而建成旋转夹夹紧装置的三维模型。除此之外，本文还将重点对旋转夹装置的建模过程以及滑块的建模过程进行详细的介绍，4.2.1 旋转夹装置建模过程将Pro/Engineer软件启动后，点击界面中的文件，选择新建。这时，会有一个对话框跳出，在跳出的对话框中选择零件，并为旋转夹零件取名，其中有缺省模板，这项要选择取消。绘图界面在单击确定之后就会出来。通过单击屏幕绘图栏中的拉伸，并在选项中选择放置。在选择主绘图面时，选择front；辅助的参考面选择right。在界面中绘制圆，直径为12。通过单击绘图区域中的对号，草绘过程便结束。在拉伸的选项板中，输入数字58，此为拉伸的尺寸，通过单击选项板右侧的对号，便创建好了旋转轴的其中一部分。在界面中创立2个互相垂直且是以旋转夹的轴线作为中心的参考面，选择选项中的拉伸并单击选项中的草绘。将旋转夹夹头的样式描绘出来后同样也选择深度为12的拉伸，并将中轴线作为基准。通过往上方偏移，移动1；往下方偏移，移动0.5建立模型，并点击界面中的对号。利用相同的方法，将豁口画好，在设计螺纹时，直径的大小要为5。到此，建模的前半部分就全部建好了。选择bottom面，以该面的基准为中心轴线。打一个深度为15的孔，将螺纹直径大小为5的孔，打在与螺纹平行的位置。当操作结束之后，处理全部的棱。在界面中，选择直倒角这一选项，并且选择“角度长度”，角度与长度的输入值分别为：45、0.5。将全部棱都选上，勾选界面中的对号。此时，旋转夹夹头的模型就建立好了。如图4-1所示。图4-1 旋转夹头4.2.2 滑块的建模过程接下来，绘制旋转夹滑块，绘制结束后如下图4-2所示。启动软件，并选择新建零件以及毫米制。在绘制面和参考面的选项中，分别选择front面、right面。绘制长度为30的正方形，在拉伸长度一栏中，输入数值为12.5。随后，以该表面作为草绘面进行选择拉伸。绘制一个长方形，长为50、宽为30。长方形拉伸长度输入的数值为12.5，并单击界面中的对号。在对三角形进行绘制时，要用right面，在拉伸时，长度输入50。至此，滑块的整体基本做好。当在绘制横向孔以及纵向孔时，单击界面中的孔工具，选择的参考平面数要为2个，选好后，将孔深以及孔径的数值输入至界面中，完成模型的建立。其中，纵、横向孔的数量都为2个，采取相同的方式对齿条孔进行绘制，绘制好后，全部孔都要进行双面的倒角，角度的尺寸为45，长度的大小为0.5。此时，滑块的建模就结束了。图4-2 滑块4.2.3 旋转夹齿条的绘制在拉伸建立长方体之后，将草绘面作为绘制的底面，绘制一个轴，轴的直径大小为10。在测定好齿条的具体尺寸之后，绘制一个以front面作为草绘面的梯形。利用尺寸工具对该梯形进行限制之后，就绘制好了单个齿，在选择拉伸进行取材料之后，便完成全部的制作过程。选中已经绘制的单个齿模型，并在列阵的选项中选择方向阵列，在列阵个数的输入框中，输入数值15，而列阵的间距大小同齿根深度一样，单击完成按钮，完成齿条建模过程，如图4-3。在整个旋转夹中，最为重要的，而且绘制起来难度较大的图形就是前文中所显示的图4-1、2、3。旋转夹夹头对于旋转夹的零件图而已，可谓是核心的部件。此外，零件还有更加细致的，比如，在旋转夹上下运动起导向作用以及旋转夹前后运动起导向作用的导轨、滑块和导轨相互间的连接螺栓、旋转夹的夹具与夹头间的连接螺栓等。在本文中，不对其余零部件进行赘述，其三维建模如图4-4。图4-3 齿条图4-4 其他零件图4.2.4 齿轮参数化建模已知标准圆柱齿轮的参数为齿数z=10，压力角=20，模数m=1mm。利用ProE提供的程序功能精确绘制直齿轮的实际渐开线齿廓曲线，并利用ProE的参数化造型技术完成直齿轮的三维实体造型设计。要求经过ProE的程序设计，当用户只要输入直齿轮新的设计参数后，系统即能够自动快速地创建出该齿轮的三维实体模型9。节圆半径：mm(4-1)基圆半径：mm(4-2)周节： (4-3)分度圆齿厚：(4-4)齿顶圆半径：(4-5)齿根圆半径：(4-6)齿轮的基圆齿厚：(4-7)齿轮的基圆齿厚角度：(4-8)齿轮的基圆齿间角度：(4-9)在Pro/E程序被启动之后，选择相关的文件，单击新建的命令。当有对话框弹出时，在对话框的类型选项组里选择相关零件选项，当有子类型出现时，所选择的选项为“实体选项”，此外，还要接将系统已经默认的选项取消。当执行好上述步骤之后，通过将“chilun”作为新建的命名。一旦单击“确定”的按钮，新文件选项的相关对话框就会出现在界面中，并且在新弹出的对话框的模板选项组中，将选项mmns_part_solid作为选取对象。随后通过这一对话框里面的确定按钮，便可以进到ProE系统的零件模块。当工具里面的程序命令被选中，瀑布式的菜单管理器就会出现在界面中，并在其