毕业设计（论文）-CF1200清分机后内后外板组成设计.doc

哈尔滨理工大学学士学位论文CF1200清分机后内后外板组成设计摘 要纸币清分机是现代金融机构必不可缺少的重要工具，是一种机电一体化的金融器具，可以同时实现纸币的清分、鉴伪、计数、识旧等功能的能够提高金融业处理现金的速度和效率的一种方便器具。本课题所研究的CF1200型清分机是基于上一代CF1000型清分机的基础上新开发的一代产品，具有体积小，纸币运行快等优点，能够有多种清分模式，防伪度高，识别精确，可适用于银行、商场、超市等公共场所。本课题所研究的清分机中，主要研究其总体结构的设计分析，以及纸币在清分机中传动的路径，速度和清分机传动系统结构等，还包括后内板后外板上的高精度核心检测部件。由于清分机的主要功能是进行纸币的计数，鉴伪，清分等功能，所以需要研究装载这些检测部件的后内后外板组成。需要设计其部件的整体结构，以及清分机整体的传动系统，并对其进行计算，校核以及结构的三维建模等。由于CF1200 系列纸币清分机运用高速图像处理和模式识别技术、多光谱纸质分析及多种防伪技术，实现纸币的高速准确点算和清分，从而为用户建立快速高效的纸币处理流程。所以研究其核心检测系统的硬件组成是为核心检测部件的顺畅运行提供必要条件。关键词纸币清分；后内后外板；结构分析Paper currency sorterAbstractPaper currency sorting is one of the important tools, modern financial institutions essential is a kind of electromechanical integration of financial instruments, can realize the distribution of the bill at the same time, counterfeit detection, counting, old knowledge, etc can increase the speed and efficiency of cash in the financial sector of a convenient appliance. This topic research the CF1200 type extension is based on the previous generation CF1000 type extension on the basis of a development of the new generation of products, the advantages of small volume, notes the advantages of running fast, and can have a variety of distribution mode, high security, and the identification precision, can be applied to Banks, shopping malls, supermarkets and other public places. This topic in the research by sorting and research its overall structure design, and notes in the sorting transmission path, transmission speed and sorting system structure, etc., also includes high precision on plate after plate in the core after testing parts. Due to sorting the counts main function is to the money, counterfeit, and distribution, and other functions, so need to study after load the detection components inside after plating. The overall structure of the need to design the parts, and sorting the whole transmission system, and carries on the calculation and checking, and structure of 3 d modeling, etc. Because CF1200 series paper currency sorting using high-speed image processing and pattern recognition technology, multispectral paper analysis and a variety of anti-counterfeiting technology, realize the high-speed and exact paper counted and distribution, to establish a fast and efficient paper processing for the user. So study the core detection system is the core of the hardware components of running smoothly to provide necessary conditions. KeywordsNotes and distribution ；After the plating ；Structure analysis - II -目 录摘要IAbstractIICF1200清分机后内后外板组成设计IPaper currency sorterII目 录IV第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1 研究意义11.1.2 国内外研究现状分析21.1.3 论文研究的主要内容4第2章 CF1200清分机的总体设计52.1 清分机基本结构与性能52.1.1 CF1200型清分机的主要结构52.1.2 CF1200型清分机工作流程72.2 清分机的功能与技术参数及工作原理92.3 本章小结11第3章 CF1200型清分机后内和后外板结构设计123.1 方案对比研究123.1.1 方案一123.1.2 方案二123.2 三混轮与双混轮的传动计算与校核133.2.1 三混轮与双混轮的传动计算133.3 三混轮轴的强度校核153.3.1 材料的选择153.3.2 三混轮轴的组成结构163.3.3 输入轴上功率和转矩的计算163.3.4 轴上作用力的计算163.3.5 轴跨距的确定173.3.6 按当量弯矩校核轴的强度173.4 双混轮轴的强度校核193.4.1 双混轮轴的材料选择193.4.2 双混轮轴的组成结构193.4.3 输入轴上功率和转矩的计算203.4.4 轴上作用力的计算203.4.5 轴跨距的确定203.4.6 按当量弯矩校核轴的强度203.4.7 轴承的计算与校核223.5 本章小结22第4章 清分机后内后外板的三维建模234.1 各零件的三维建模234.1.1 软件简介234.1.2 后内板和后外板的三维建模234.2 标准件库的提取294.2.1 各标准件的提取294.3 本章小结30第5章 技术济经分析325.1 可靠性的分析325.1.1 可靠性指标325.1.2 可靠性的经济分析335.2 新产品的成本估计335.2.1 初步设计阶段的粗略估算335.2.2 新产品设计工作完成够的成本估算345.2.3 新产品定价345.3 产品开发方案的技术经济评价345.3.1 新产品评价的分类345.3.2 新产品开发方案的技术经济评价方法与选定355.4 工艺设计方案的技术经济分析365.4.1 工艺设计方案365.4.2 工艺方案分项经济效益的分析365.5 本章小结37结论38致谢39参考文献40附录A41附录B49- IV -第1章 绪论1.1 课题背景 纸币是世界上广泛使用的货币形式也是现今商业活动的主要载体,在我们的日常生活中是必不可少的,同时由于我国人口众多,因此,纸币的发行量是非常大的。因为是由纸币,所以在不断循环使用后,纸币染色或破碎的现象时有发生。货币发行者将与金融行业合作回收这些纸币,回收后需要注意对纸币整点,挑剔,分版。留下能够持续使用的流通资金，不能用的被摧毁。票据和货币发行人的发行工作以及各金融行业合作都是一项艰巨的任务。由于纸币清分机的出现,克服现有的效率低的缺点,改善该行业的现金处理业务自动化水平,大大提高清分的能力和效率,加快现金流通的速度,货币存量,同时降低财务部门出纳人员的劳动强度,提高工作效率,是金融部门非常欢迎的一种理想的金融工具1 。1.1.1 研究意义清分机是一个高端金融机械产品,在我国九十年代中期,也被称为钞票排序、现金和排序,货币排序、纸币(现金、现金、资金)分隔符。是所有金融工具、专用计算排序硬币或纸币2。清分机是一种高端金融机具产品， 20世纪90年代中期的时候进入我国，又称为高端纸币分选机、现金纸币清分机、货币分选机、纸币（钞票、现金、货币）分选机。是一种专门用来清点、分选硬币或纸币的金融机具。清分机分硬币清分机和纸币清分机两种。现主要讲纸币清分机。纸币清分机是光机电一体化的高科技产品，综合运用了计算机、模式识别（高速图像处理）、纸币鉴伪、纸币多通道传送等多学科技术；关键技术包括模式识别和纸币多通道传送技术等；其关键工艺是多方向多角度板金部件的精密加工、电气系统组件加工以及整机质量保证。纸币清分机采用高速度图像扫描仪（CSI）、数字信号处理器（DSP）与控制器进行采样控制，具有图像、荧光、磁性、安全线、红外、穿透、光谱等多种鉴伪功能及全新的数字图像技术，全面兼容新旧版本人民币；具有清分、分版、面向、计数等功能3。可检测纸币的残缺、孔洞、折角、笔道、油渍、胶带等。可处理面额：第四、五套人民币5元、10元、20元、50元、100元；韩币和印度币等。 由于金融机构对纸币的识别精确度要求极高，如何克服分类中低质量纸币的干扰，如何设计纸币图像识别系统，构造稳定的系统实现准确稳定的识别分类各种低质量纸币，是目前高速纸币清分机的核心问题。1.1.2 国内外研究现状分析纸币识别技术很早就引起了国外研究者的兴趣，在日本、德国、英国等发达国家在纸币识别技术领域已经比较成熟。图像处理、模式识别以及计算机控制技术已经在清分机中得到了广泛的应用，其发展趋势是采用各个学科最新技术不断提高整个系统的功能和效率。目前国外清分机的主要几个生产厂家有日本 Toshiba、劳雷尔、光荣，德国的 G&D、英国的 Delarue 等公司。德国的G&D、英国 Delarue 和日本的 Toshiba 主要以生产大型清分机为主，供央行一级使用，其中德国的 G&D 所占市场份额最大。日本劳雷尔的 TDU 系列以及光荣的 UW-1 系列则是中小型清分机中的代表，主要用于各大商业银行3。国外的这些公司由于起步较早，技术成熟，其产品在国内占有很大的市场。 由于国内研究相比国外启步较晚，技术相对比较落后。随着近几年，相关金融机具制造行业与国内著名高校的协作下，基本已经实现了纸币清分机的国产化，打破了国外产品的垄断。但国内的产品主要以小型清分机为主，对于大型的清分机国内的技术水平还无法与国外的产品抗衡，大型清分机主要还是以国外的产品为主4。国内清分机的主要生产厂家有鞍山聚龙、上海古鳌、沈阳信达等，清华同方，广州百佳以及哈尔滨电影机具厂等公司。这些公司研发出的产品已经投入到市场中，如古鳌的 GA-5000、清华同方的 CS-100CN、比绍特的 CF2000 以及聚龙的 JL501A 等。以下几图就是国内外最新推出的几种纸币清分机。图1-1 清分机样品下表1-1是对国内外清分机不同型号的性能比较：表1-1 清分机性能比较生产厂家型号功能速度适用范围英国劳雷尔TDU-50C同时处理三种不同货币，十个清分等级，张数、金额点算清分日本东芝FS800FS1200l、券别检测、合格度检测、形状检测、厚度检测 2.荧光漂白 3.荧光油墨, 红外、磁性油墨、金属线、铝线、水印鉴伪.400006000 张/小时最 多 21种钞票日本光荣GFU-200面额、版面（正面、背面、左、右面）、缺损、点钞功能；钞票厚度检测及防伪；钞票状态检测，包括肮脏物、破洞、裂缝、卷角、重钞、缺损及胶纸。点钞模式1000张每分钟；面额自动识别模式：640 张每分钟；清分模式 640 张每分钟，正反面640 张每分钟不同型号对应不同国家货币清华同方S-100CN强大的 CCD 图像检测功能可实现对票面污渍、折角、破洞、涂写痕迹等的检测和清分；、具备安全线解码、荧光、磁性、红外、尺寸等检测方法，可对各种钞票进行全面检测超过500张/分钟人民币鞍山聚龙JL501A1.钞票种类：各种版本、各种面额的人民币2.清分功能：点数0999 识别并检测出可以钞票 3.钞票质量状况清分：适合重新发行及销毁卷；4.清分方式：钞票正、反清分；5.清分程度级别：钞票新旧 0-9 级，钞票粘贴折损0-9 级点数模式：1200张/分钟；清分模式：1000 张/分钟人民币比绍特CF20001. 自由点算，批量点算；2. 面额清分；3.成色清分（10个清分等级）4.方位清分；5.伪钞鉴别清分模式 1000张/分钟；点钞模式 1200 张/分钟人民币1.1.3 论文研究的主要内容CF1200型清分机是哈尔滨理工大学受哈尔滨电影机械厂委托开发的，本课题是在CF1200型清分机的开发基础上完成的。由于CF1200型清分机是一种小型的清分机，其具有体积小便于放置，清分速度快等特点，这就对纸币的处理速度要求非常快。由于清分机的核心功能部件大部分都安装清分机的后内后外板上，所以对清分机后内后外板的硬件机构设计是保证清分机正常运行的基础。所以本课题所研究的主要内容包括：第1章 ：主要介绍了本课题的来源及其背景意义，对国内外在该方向上的研究以及清分机的功能做了简单的介绍。调研搜集资料以便对清分机的整体结构与功能用途进行一定的了解。第2章 ：主要介绍了 CF1200 型纸币清分机的功能，以及清分机的整体结构，包括清分机的总体设计，方案的选择和工作原理等。还有局部构件的结构和清分机的传动系统，纸币在清分机内的运行路径等。第3章 ：主要进行清分机后内板和后外板的零件的强度计算与校核等，由于在后内板和后外板上安装有走纸机构所需的三顶轮、三混轮、双顶轮、双混轮等，所以在清分机工作时主要是这些零件的磨损，所以在本章中需要对混轮轴进行受力分析、强度计算以及强度校核等。第4章 ：进行CF1200型清分机的后内后外板的三维零件建模以及整体部件的装配,并进行爆炸图演示。第2章 CF1200清分机的总体设计在产品设计过程中会涉及很多的国家或行业的政策、法规和标准。这就要求设计者不但要精通本职业务，还应熟悉现阶段的有关政策、法规和标准，以便在设计中认真贯彻执行5。2.1 清分机基本结构与性能2.1.1 CF1200型清分机的主要结构CF1200型清分机的外部结构大致包括限钞架、入钞口、液晶显示器、操作键盘、上盖锁、拒钞口、出钞口、后盖锁、入钞间隙调节器、外部显示接口、电源开关、打印机接口、电源接口等。清分机外部结构示意图如下图2-1、2-2所示图2-1 CF1200清分机外部结构示意图1图2-2 CF1200清分机外部结构示意图2 CF1200型清分机的内部结构大致包括后内板、后外板、上机架、下机架等。上机架的作用主要是使纸币能够顺利有序的由入钞口进入进到后内后外板间进行检测，考虑安装入钞机构，确定入钞角和与验钞通相结合时要平滑、稳定过渡。为了保证电机和整个传输系统的稳定可靠，上机架的传输系统主要包括：两个直流电机；入钞轮轴、捻钞轮轴、阻钞轮轴组成的入钞传输部分；三混轮、两混轮、磁头胶轮机动轮组成验钞传输部分；大鼓轮、小鼓轮、小平轮及动轮组成钞票输出部分与下机架配合完成；换向机构。需要强调的是要考虑到与后内板后外板这样的验钞部分、下机架、托钞板、收钞板左、右盖等的装配结构，同时还要考虑电器元件、电路板、电源线的走线等结构的布置。由于上机架的结构分析不是本课题所研究的对象，所以在这里不再进行细致分析。CF1200型清分机上机架结构如下图2-3所示图2-3 CF1200型清分机上机架 清分机的下机架是与上机架结合完成的一个钞票输出通道。清分机的下机架的主要作用是主导钞票输出的传动，下机架中主要是大平轮传动吸钞轮。下机架能够与上机架结合并能开合以及锁紧的机构，起到承载整个清分机的载荷的作用需要稳固底座，在下机架的设计中需要考虑电源部分的安装连接，由于下机架不是本课题研究的对象，所以不再深入分析。CF1200型清分机下机架的结构如下图2-4所示 图2-4 CF1200型清分机下机架清分机还有一个重要的结构就是其后内后外板的组成结构，在这部分结构中包括了清分机检测系统的核心检测部件。对在后内后外板间通过的纸币进行图像检测与处理的核心部件等例如：识伪架、磁头、红外光管、紫外光管、玻片、图像处理器、图像传感器等，这些核心检测部件是都要安装在后内板和后外板上的，所以针对清分机的后内后外板的结构设计是很重要的，对清分机的后内后外板的结构设计在下一章中会详细介绍。2.1.2 CF1200型清分机工作流程CF1200型清分机的工作流程大致为纸币从入钞口进入之后经由上机架进入到后内后外板之间进行检测，检测之后进行图像处理，处理的结果直接影响纸币流出时的走向，例如：如果检测出纸币为假币则会使纸币流向拒钞口，而如果检测出纸币为真币则流向出钞口。清分机的检测部件分布图如下2-5所示其中H1、N1、N2、N3、N4、N5等为光电传感器的分布情况。图2-5 CF1200型清分机检测部件分布图CF1200型清分机主要由进钞机构、出钞机构、接钞机构、传动部分、机架组成、执行器件以及电子电路等部分组成。在CF1200型清分机的运行过程中，进钞机构主要是使纸币能够顺利进入上机架内并且不发生断张，走斜，能够保证纸币在入钞机构每运行一次只有一张进入并且不间断。进钞机构主要由托板、输钞轮、入钞间隙调节钮、捻钞轮、阻钞轮、搓钞轮等组成，在这些机构中为使最下面一张纸币与上面的纸币分开，将待清点的纸币逐张送入机器内部，需要搓钞轮、捻钞轮、阻钞轮的联合带动下完成，根据其相位特点可使相邻两张纸币的间距保持相对固定进钞机构的组成如下图2-7所示图2-7 CF1200型清分机进钞机构组成若想让纸币顺利进入通道而不走斜，输钞轮和捻钞轮上的聚氨酯橡胶的相位就需要保持一致，这才可以保证纸币进入清分机内部的时候与机架保持垂直的方向。钞票离开捻钞胶轮进入出钞胶轮，由于搓钞轮有四个而且两个搓钞轮间最大间距为102mm，而100元钞票的长度为155.2mm，所以可以保证钞票在放入入钞口的时候四个搓钞轮在送钞轮的作用下同时把钞票捻开，并形成一定的夹角，这样可以保证钞票在进入通道的时候能够不走斜，自动找正。出钞机构主要由出钞胶轮、出钞转轮组成。其作用是出钞胶轮以捻钞胶轮两倍的线速度把连续过来的钞票有效及时的分开送到后内后外板间的计数器和传感器进行计数、鉴伪、面额识别等。接钞机构主要由接钞拨轮、堆钞板、挡钞板等组成。接钞拨轮将出钞机构送来的钞票进行分张处理，由挡钞板接住并整理落分张之后下来的钞票，当落下的钞票积累在出钞口或者拒钞口机器清点总数达到100张时，机器停止工作，这时工作人员将钞票取出进行打捆处理。之后机器将继续运行。传动部分主要由电机、平滑圆弧同步齿形带、平胶带组成。电机将通过平顶圆弧齿形带、传动轮将动力输送给各传动轴。之所以选用平顶圆弧齿形带是因为它的传动效率很高，与带轮间的反向间隙很小，不易打滑，传动比精确，角速度恒定。而且不需要润滑，使用寿命很长并且无污染，传动平稳，噪音小。清分机的机架主要分为上机架和下机架，都采用厚度为2.5mm的40钢板用转塔冲床一次冲出板型，这样可以使机架左右部分保证对称，精度较高，而且一次完成很方便快捷。清分机的检测执行器件主要由旋转电磁铁、刹车器、离合器、图像传感器、磁传感器、厚度传感器等组成。由于这些检测部件大多位于清分机的后内板和后外板上，所以在下章研究后内板和后外板的结构设计的时候会详细分析各个传感器检测部件的位置以及检测的顺序等，在这里不再详细分析。清分机的电子电路部分主要由主控部分、图像采集处理系统、传感器、收发光管、电源板等组成通过多个接口把紫光、磁性、红外穿透、激光、计数等信号、送入主控板，钞票在通过后内板后外板中各传感器接受到的信号进行统计取样、分析、根据事先设定的程序，将钞票送往各出钞口。其工作流程：清分机在走纸机构的配合下，在纸币流入后内板和后外板间的时候CIS图像传感器需要采集纸币图像，并且经过调理电路处理后，送达至A/D转换器转换，将模拟信号转换后得到的数字信号再经电平变换，之后DSP读取图像信息，对图像信息进行识别处理。DSP处理完一张纸币的图像信号后，控制机构会将纸币放置在相应的机械位置也就是出钞口或者拒钞口，实现清分机的功能7。根据实际需求，还可以将运算结果通过USB接口传送到PC机中，用上位机读取、分析或打印。2.2 清分机的功能与技术参数及工作原理机械产品的功能是指机械产品的用途或所具有的特定工作能力。机械系统与其他系统一样都存在着能量流、物质流和信息流的传递和转换。因此对机械产品的具体功能来说，是实现物质、物料、信号的传递与变换；从本质上来说，就是实现作用对象（物质、能量和信息）的特征变化。可以把清分机总功能任务描述为对待处理人民币进行处理并输出信号，总体设计示意图如图2-8，输入的是待处理人民币、输出的物料是已处理纸币及纸币信息。图2-8 纸币清分示意图CF1200型清分机是一种两出钞口的小型清分机。它的主要功能有以下五种：1)混合点算不同面额的纸币。2)五种清分模式可灵活选择。3)四重防伪技术实现高精度鉴伪。4)有纸币序列号识别功能，可与总行联网，由电脑存储或打印单据。5)适用于银行分支机构、ATM配钞、超市、零售店等场所。CF1200 系列纸币清分机运用高速图像处理和模式识别技术、多光谱纸质分析及多种防伪技术，实现纸币的高速准确点算和清分，从而为用户建立快速高效的纸币处理流程。CF1200系列纸币清分机具有8种工作模式：混合点算、面额清分、版本清分、新旧清分、正反清分、朝向清分、高精度鉴伪、货币序列号识别/电脑存储或打印。 技术参数：(1)可处理币种：第四套、第五套新旧人民币5元、10元、20元 、50元、100元。(2)点钞速度：1000张/分。(3)混点、清分速度：800张/分。(4)号码打印速度：400张/分。(5)入钞口容量：500张。(6)出钞口容量：200张。(7)拒钞口容量：50张。(8)电源：220VAC1050HZ。(9)功率：110W。(10)体积：长350X宽330X高360（mm）。(11)净重：16Kg。清分机的主要工作原理如下图所示，纸币在进入入钞口后，选定清分模式，机器启动，以电机为动力源，在传动机构的带动下，纸币会进入验钞机构也就是后内板和后外板之间，在这里各种控制子系统会被触发对纸币进行清分、鉴伪、计数等处理。在处理之后纸币会在出钞机构的引导下由换向机构将纸币进行分开处理，将需要排除的纸币送入到拒钞口，其余的纸币则输送到出钞口。这样整个清分机的工作流程大致结束。图2-9清分机工作流程图2.3 本章小结本章内容主要为CF1200型清分机的总体设计，包括了清分机的主要功能，清分机主要是来做纸币的清分、计数、鉴伪等。给出了CF1200型清分机工作时的主要参数包括点钞币种。清点速度、入钞口出钞口以及拒钞口的容量等。同时本章也介绍了清分机的外观组成。由于清分机大致可分为上机架、下机架、后内后外板以及后盖等几部分硬件机构，本章介绍了上级架的主要组成以及组成上机架的部分的主要功能，下机架的组成部件和其在清分机工作的时候所起的主要功能，在本章提到了后内板和后外板的组成结构，在下一章中会重点介绍清分机的后内板和后外板的主要结构设计与分析。在本章也给出了清分机的工作原理，在清分机进行清分纸币的时候各部件的主要作用以及纸币在检测的时候的流动过程，同时也对清分机的图像采集及处理系统总体硬件流程进行了推导。第3章 CF1200型清分机后内和后外板结构设计3.1 方案对比研究在清分机的后内板和后外板的方案选用中，有两个方案可供选择，其一是后内板和后外板的材料选择用ABS板，还有一种方案是选择钣金件，在这两个方案中需要综合考虑各自的优缺点来确定最终的选择方案。3.1.1 方案一如果选择ABS板的话，无需对板进行冲压、折弯等工艺的处理，而使用模具成型技术一次即可成型，这样的话省下了过多工艺带来的时间上的浪费，这样可以节省时间。但这样的话在设计板的模型时需要花很多的时间，由于板是一次成型的，所以在设计的时候需要考虑模具成型过程中的不利因素，尽量排除掉，而且板的材料为塑料板，所以在选用塑料型号的时候需要考虑其实用性、经济性、材料的耐磨损程度等。在ABS板成型之后，在其上安装的齿轮类零件和各个检测部件会方便很多，在后外板上大多采用过盈配合直接嵌入其中即可使用，而且在板上无需安装红外架检测装置。由于ABS板的重量较轻，安装的时候对定位卡紧装置要求较高，避免产生过多的震动，而且可能会出现前重后轻的现象。3.1.2 方案二另一个方案的选择是使用钣金件作为后内板和后外板，使用钣金件的话，在加工的时候需要进行钣金冲压成型及钣金折弯处理等工艺，工艺过程较多，但材料的选择很容易，选择类型也很多，可多方面考虑，而且加工成本并不是很高，各个检测部件和齿轮类的零件在安装的时候定位更容易，而且如果板出现故障不至于连零件都需要更换，而ABS板如果出现故障的话会导致红外架的功能也会出现故障，这样的话会影响检测零件的工作。钣金件由于是金属，所以在重量上可以满足要求，不至于安装之后出现震动的现象影响清分机的工作，所以其稳定性好，而且根据清分机整体的结构考虑要使重量前后均匀，不会出现头重脚轻的现象。所以综合整体考虑的话，选用钣金件会更好一些，经济上成本更划算，整体上结构更合理。清分机后外板的ABS板和钣金件的模型图如下图3-1所示图3-1 后外板ABS板和钣金件的模型图3.2 三混轮与双混轮的传动计算与校核由于清分机后内板与后外板中的部件大部分都是由钣金冲压形成的钣金件，而对于钣金件的强度有关计算本人所了解到的不是很多，而在后内板和后外板之间起传动作用的仅有三混轮和双混轮两部分，所以在本章中只涉及到三混轮和双混轮及相关轴与轴承的计算，所需的其他数值由导师提供。3.2.1 三混轮与双混轮的传动计算首先选择动力源，电机的选择：45ZY-2450型永磁直流电机，转速=2400r/min.之后确定传动方案，电机输出转速大、需要减速传动，要求传动比精确、平稳、无污染、使用寿命长9。给出如下两种传动方案：方案一：采用齿轮传动。方案二：采用带传动中的平顶圆弧同步齿形带传动。方案对比如表3-1所示：表3-1齿轮传动与齿形带传动对比项目齿轮传动齿形带传动基本介绍电机与联轴器相连经过一级齿轮传动达到要求的传动比，使电机降速。电机连接小带轮，传动轴连接大带轮，中间采用平顶圆弧同步齿形带。刚度较好较差受力承受力较大承受力较小安装调试齿轮安装精度要求高，调试麻烦安装调试较为方便设计加工成本整机重量加大，机械加工成本略高整机重量减轻，结构简单，制造成本较低通过对比选择平顶圆弧同步齿形带的原因是：适合长距离传动且传动率高，严格同步，不打滑，传动比准确；无需润滑，不产生对纸币造成的污染；使用寿命长且无需保养；带的使用伸长性非常小，张力调定后便不需再调，初张力也很小，带的运转生热小，还可延长电机和轴承的的使用寿命；啮合圆滑，传动平稳，噪音小9。因此优先选择齿形带传动。确定带型：平顶圆弧同步齿形带，型号为S3M。由于电机传动出来之后通过带连接入钞轮轴和三混轮轴，所以在传动部分需要计算入钞轮轴与三混轮轴之间的传动参数。由于在右板上三混轮轴和入钞轮轴以及双混轮轴之间都是同步带传动，所以只考虑左板上带的传动。确定设计功率：设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的查机械设计手册可知公式为：根据清分机的清分效率为800张/分，以及三混轮齿轮的齿数做下面的计算。已知18轮=18；z三混轮=22，各级传动比：1=18轮/三混轮=z三混轮/z18轮=22/18=11/92=对齿轮/三混轮=z三混轮/z对齿轮=22/30=11/153=三混轮/双混轮=z双混轮/z三混轮=22/22=1/1 确定带轮基准直径，在选取模数时考虑到传动比选取模数为：=0.9模数的参考值如下表3-2所示：表3-2 齿轮标准模数系列表11第一系列0.10.120.150.20.250.30.40.50.60.811.251.522.5345681012162025324050第二系列0.350.70.91.752.252.753.253.53.754.55.56.578111418222830364518轮的基准直径：18轮=18轮=0.918=17.2mm；三混轮的齿轮直径为：三混轮=三混轮=0.922=19.8mm；双混轮的基准直径：双混轮=双混轮=0.922=19.8mm；其传动误差i=0，故此数据可用。 验算带的速度。根据如公式（3-1）所示，计算带的速度。 （3-1）式中：为带速，m/s；d 为带轮基准直径，mm；n为带轮转速，r/min。 18轮=18轮18轮 =(17.192400)/(601000) =2.2m/s25m/s（满足）由清分机清分速率为800张/分可知，三混轮的转速为：r/min;则三混轮的齿轮的线速度为：=68.3m/min2.5m/s；则走钞速度为888张/分，满足要求。由于三混轮与双混轮的直径尺寸相同，齿轮齿数相同，所以双混轮的转速与线速度与三混轮相同。确定18轮与三混轮的中心距和基准长度： 根据如公式（3-2）所示，初步确定中心距。 （3-2） 18轮与三混轮0.7（17.19+21.01）=26.74mm 2（17.19+21.01）=76.4mm 取=50mm； 确定三顶轮与双混轮的中心距：0.7（19.8+19.8）=27.72mm 2（19.8+19.8）=79.2mm取=60mm；3.3 三混轮轴的强度校核3.3.1 材料的选择对于三混轮轴材料的选择：0Cr13是铁素体不锈钢中含Cr量最低的一种。其力学性能为：淬火回火条件下，抗拉强度 b490MPa；淬火回火条件下，条件屈服强度 0.2345 MPa；淬火回火条件下，伸长率 245 %；淬火回火条件下，断面收缩率 60 %；退火条件下，硬度 HBW183HB。综合上述：可选择的材料为铁素体不锈钢，牌号为0Cr13。3.3.2 三混轮轴的组成结构 三混轮轴组成的部件主要有三混轮轴1、小捻钞轮2组成。其结构设计要求主要有：三混轮轴两端保留中心孔；边缘倒棱0.2mm。三混轮轴组成结构如图3-2所示。图3-2 三混轮轴的结构组成3.3.3 输入轴上功率和转矩的计算假设每级传动效率为=96%根据公式计算每级传动的功率和转矩。 （3-3） 根据公式得：传动功率为0.336得等于0.031KW （3-4） 根据公式得：三混轮的转矩为90.031/1026得 （3-5） 根据公式得：三混轮的转速为28.65818.5/19.8得 =1026r/min 3.3.4 轴上作用力的计算 根据公式计算齿轮上圆周力和径向力： （3-6） （3-7）式（3-6）中：为齿轮上的圆周力，N。式（3-7）中：为齿轮上的径向力，N；为齿轮法面压力角，对标准齿轮=；为螺旋角。带入之后得圆周力=2271.9/19.8 =25.25径向力=9.19。3.3.5 轴跨距的确定三混轮轴选择的轴承型号为Z889，其参数为、。故根据如公式（3-8）所示，来计算轴承载荷中心与轴承外侧端面的距离。 （3-8） 将公式带入得=5/2+（16+8）/2+0等于14.5。故左、右轴承的支反力作用点分别至左、右齿轮力作用点的间距分别为：A点到B点的距离为=55.9-11/2-14.5= 35.9,B点到D点的距离为=192+11/2-14.5=183，A和C的距离为=252.9+11/2-14.5=243.9D与C的距离为 =5+11/2+14.2=25.52。3.3.6 按当量弯矩校核轴的强度 1）作轴的空间受力简图，如图3-3（a）所示。 2）作水平面受力图及弯矩图,如图3-3（a）、（b）所示。 根据公式： （3-9） A点的水平分力为等于 根据公式： （3-10）D点的水平分力为 等于 根据公式： （3-11）B点水平分力力产生的弯矩为17.9435.9等于644.046mm 根据公式： （3-12）D点的水平分力产生的弯矩为25.2525等于648.25mm 图3-3 轴的受力分析图3）作垂直面受力图及弯矩图，如图3-3（a）、（c）所示。 根据公式： （3-9）得A点的垂直分力为 根据公式： （3-10）得D点的垂直分力为=11.89 根据公式： （3-11）得B点垂直分力产生的弯矩为7.3735.9等于264.583mm 根据公式： （3-12）得D点的垂直分力产生的弯矩为925.52等于229.75 4）作合成弯矩图，如图3-3（d）所示。 根据表达式：得到力在B点处的弯矩应该为等于696.28mm。同理，根据表达式得D点的弯矩为等于671.76mm 5）作转矩图，如图3-3（e）所示。计算得出 6）作当量弯矩图，如图3-3（f）所示。 7）按当量弯矩校核轴的强度。根据如公式（3-9）所示，来校核轴的强度； 由图3-3（f）可知，取；因轴的截面尺寸相同，截面B处的当量弯矩最大，故应对此校核。截面B处的当量弯矩为： 根据公式： （3-9）计算当量弯矩为等于714.24mm对于铁素体不锈钢0Cr13材料，故根据实心圆轴上危险截面应满足以下强度条件，如公式（3-10）所示，来校核轴的强度。根据公式： （3-10）计算危险截面所受弯曲应力为 714.25/0.1等于13.95小于许用载荷40。故轴的强度足够。3.4 双混轮轴的强度校核3.4.1 双混轮轴的材料选择 由于轴工作时会主要承受圆周力和径向力，所以轴会出现疲劳损坏。双混轮轴的设计在清分机的整体设计中占有重要的部分，因此需要校核双混轮轴，应保证其有足够高的强度和韧性。来应对应力集中现象还要有良好的工艺性，还需满足刚度、耐磨性、耐腐蚀性要求12。轴的一般材料主要是碳素钢和合金钢。所以双混轮的材料可以选择奥氏体不锈钢，牌号为0Cr19Ni9。其力学性能为：抗拉强度 b520MPa；条件屈服强度 0.2205MPa；伸长率 540%；断面收缩率 60%；硬度：布氏硬度187HBS，洛氏硬度90HRB，维氏硬度200HV。3.4.2 双混轮轴的组成结构双混轮轴组成的部件主要有双混轮轴1、小捻钞轮2组成。其结构设计要求主要有：双混轮轴两端保留中心孔；边缘倒棱0.2mm。双混轮轴组成结构如图3-4所示。图3-4 双混轮轴的组成结构3.4.3 输入轴上功率和转矩的计算 仍取每级的传动效率为，根据公式（3-3）（3-4）（3-5）计算每级齿轮传动的功率和转矩。根据公式计算得实际传动功率为等于0.03360.963等于0.029727则计算双混轮的转速为28.65818.5/19.8等于1106计算转矩为=91060.029727/1106等于254.4。3.4.4 轴上作用力的计算 根据公式（3-6）（3-7）所示，分别计算齿轮上的圆周力和径向力得圆周力为2254.4/19.8等于25.69径向力为25.69/等于8.81。3.4.5 轴跨距的确定双混轮轴选择的轴承型号为Z889，其参数为、。故根据如公式（3-8）所示，来计算轴承载荷中心与轴承外侧端面的距离为5/2+（16+8）/2+0等于14.5故左、右轴承的支反力作用点至齿轮力作用点的间距分别为：A点与B点间长度为等于11/2+6+14.5等于26，B点与D点间长度等于11/2+254-14.5等于245。3.4.6 按当量弯矩校核轴的强度 1）作轴的空间受力简图，如图3-5（a）所示。2）作水平面受力图及弯矩图,如图3-5（a）、（b）所示。根据表达式：等于24525.69/219等于27.1。 根据表达式：等于2625.69等于2.9。图3-5 双混轮轴的分析图 根据表达式：等于2625.69等于629.2 3）作垂直面受力图及弯矩图，如图3-5（a）、（c）所示。 根据表达式：等于2458.81/219等于9.86 根据表达式：等于268.81/219等于1.05 根据表达式：等于268.81等于229.064）作合成弯矩图，如图3-5（d）所示。根据表达式：等于等于669.6 5）作转矩图，如图3-5（e）所示。 =254.4 6）作当量弯矩图，如图3-5（f）所示。 7）按当量弯矩校核轴的强度。 根据如公式（3-9）所示： 所校核的当量弯矩等于等于686.8对于0Cr19Ni9材料，故根据实心圆轴上危险截面应满足以下强度条件来校核轴的强度。根据公式（3-10）所示： 危险截面的弯曲应力等于686.8/（0.183）等于13.4小于等于45。故轴的强度足够。3.4.7 轴承的计算与校核由于三混轮轴与双混轮轴所使用的轴承型号相同，所以在这里举三混轮轴的轴承为例进行计算。计算轴承的当量动载荷：由上文中计算所得的数据已知轴承所承受的圆周力和径向力分别为： 根据代数式：=2271.9/19.8等于25.25 根据代数式：=25.25/等于9.19由于该齿轮类型为直齿圆柱齿轮，所以不承受轴向力，由公式（3-11）可知： （3-11）其中P为当量动载荷，X为径向系数，Y为轴向系数。带入公式得：N轴承的寿命计算：由公式（3-12）可知： （3-12）将数值带入后得轴承的寿命为h满足要求。3.5 本章小结本章主要内容都是围绕着清分机后内板和后外板展开的，首先确定后内板和后外板设计的方案选择。由于清分机后内板后外板在清分机工