一种新型的自动售货机用取物箱的设计毕业论文.doc

一种新型的自动售货机用取物箱的设计毕业论文目 录摘 要IIIAbstractIV1 绪论1 1.1 课题来源11.2 本课题的研究内容和意义1 1.2.2 设计意义11.3 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21.4 自动售货机在国内的发展21.5 自动售货机在国外的应用31.6 自动售货机在国外的市场发展41.7 新型自动售货机的新增功能42 自动售货机的分类63 自动售货机的结构与功能分析73.1 结构73.2 功能分析84 自动售货机的控制技术104.1 PLC的系统结构114.2 I/O分配表114.3 PLC外部接线图124.4 梯形图程序135 取物箱的结构与作用165.1 结构166 取物箱不同防盗结构的比较186.1 传统取物箱防盗结构186.2 改进后取物箱防盗机构187 取物箱箱体结构的设计208 取物箱材料的选择218.1 箱体材料的选择218.2 取物门与防盗板材料的选择218.3 取物门固定套材料的选择219 取物箱中力的计算2210 联动轴扭矩计算2411 取物门旋转角度的选择2512 取物箱的三维效果2713 结论与展望3113.1 结论3113.2 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 绪论1.1 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 1.2.1 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 1.3.1 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置，用来销售“神圣之水(圣水)”。 1.3.2 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。 1.3.3 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，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 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 1.7.1 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 USB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：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： 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：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: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。 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。2 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 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应其他自动售货机生产厂使用。3 自动售货机的结构与功能分析3.1 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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4 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NNYYYNN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4.1 PLC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X32元输入Y3可乐出货电机控制11X45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Y16X17缺货传感器Y174.3 PLC外部接线图 图4.3 PLC外部接线图4.4 梯形图程序13 图4.4 自动售货机梯形图155 取物箱的结构与作用5.1 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： I 图5.1 取物箱的结构5.2 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。176 取物箱不同防盗结构的比较6.1 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： 图6.2 采用平动防盗板取物箱联动机构简图7 取物箱箱体结 y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 8 取物箱材料的选择8.1 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。 9 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） 所以 的力可以分解为竖直向下的力和水平向右的力 （9.2） 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）所以螺栓将受到挤压力和剪切力挤压应力： （9.4） 剪切应力： （9.5） 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。 10 联动轴扭矩计算联动杆2旋转中心到下滚轮的距离 （10.1） 作用在圆杆上的扭矩为： （10.2） 抗扭截面系数： (10.3) 扭剪应力： (10.4) 圆杆选用45钢由于表的,得，从而满足强度要求。11 取物门旋转角度的选择自动售货机所售卖的物品多为瓶装饮料，饮料瓶的形状为圆柱体，尺寸多为直径70mm,高度200至220mm，为了能让一个成年人方便而又舒适地取出饮料，转门必须打开一定的角度，留出拿取饮料的空间。如图11.1所示： 图11.1 取物门打开侧面效果图此次设计： 取物门高度为L=230mm当取物门打开一定的角度后，出现一个开口，水平距离为： (11.1)竖直距离为： (11.2) 此次设计我取转门的旋转角度为，所以水平距离为： 竖直距离为： 取物门打开后留出的体积大致可以算作 (为门的宽度) 饮料瓶的体积为:所以取物门开启后留出的体积远远大于饮料瓶的体积，能够满足拿取商品的要求。 当自动售货机所卖的商品体积较大时可以选择更大的角度，使取物门能够开启更大，方便拿取。12 取物箱的三维效果Solid Edge是Siemens PLM Software公司旗下的三维CAD软件，采用Siemens PLM Software公司自己拥有专利的Parasolid作为软件核心，将普及型CAD系统与世界上最具领先地位的实体造型引擎结合在一起,是基于Windows平台、功能强大且易用的三维CAD软件。在陈老师的指导下，我有机会接触并学习使用solid edge,在学习的过程中我发现该软件有着非常多的优势与特点。它的主要功能有：零件设计、装配设计、钣金设计、焊接设计、复杂曲面设计、管道设计、生产出图等，其中钣金设计是该软件的强项！钣金模块提供一个专业、高效的钣金设计环境，可以容易地进行各种钣金件设计，通过其提供的符合钣金专业的造型命令，如平板、折弯、气窗、压延、冲料、斜角、角切除和其它钣金特征等，以及通过自动添加弯曲变形、弯曲计算和展开，Solid Edge提供了最先进的钣金CAD工具，能大大减少设计时间，提高生产效率。 Solid Edge提供的钣金设计命令是迄今为止最具效率的一整套钣金设计工具。从简单的平板建立到添加各种折弯、除料、倒角、开孔；从建立各种冲压特征直到自动展开、生成工程图，各种命令一应俱全。并在设计过程中，充分考虑到钣金工艺的要求，设计多项符合钣金工艺的参数，如弯折缺口、斜角接缝等，使得设计出的钣金能完全满足工艺的需求。 零件与钣金在Solid Edge现在也能得到互通。Solid Edge允许用户采用从零件转换过来的图形来进行钣金设计，用户也可将钣金零件转到零件环境下增加复杂的特征。不管用户做何种处理，仍然可以将钣金展开。 钣金中最重要的过程在于计算展开图形及面积。在Solid Edge的钣金模块中，钣金件的三维模型及其展开可保存在同一个钣金文件中，借助特征管理器能方便地在二者之间转换。在生成工程图时，系统会自动辨别钣金文件是否具有折叠和展开两种模型，并提示用户做出选择。钣金展开图与设计钣金件模型之间相互关联，若模型发生变动，展开将自动更新。 钣金模块不但可以建立钣金构件、生成用于制造的展开图和工程图，而且通过与其他应用程序集成，可以实现计算分析和数控加工等功能，为钣金制造业提供全方位的解决方案，使其降低费用、提高质量、缩短开发周期。 我此次使用solid edge软件画取物箱的三维图时便深刻地体会到了它的优点。它所具有的画图命令能很快地完成我所需要的图形，并最终形成一个实体，图8是我所画的取物箱的右侧板，它有很多的弯折部分，在使用solidedge时，只需选择所要形成折弯的边，它便会自动形成折弯的虚线，在这一命令下，我可以调节折弯的角度和长度，在一个命令下便可完成所要画的图。如图12.1所示，我总共使用了三次折弯命令，和两次去除材料命令。并且在画完以后还可以对尺寸进行动态调节，可以让使用者实时地看到尺寸改变的效果。在能够较熟练地使用solidedge软件以后，我便开始按之前初步定下的尺寸零件的三维图，之后将所有零件装配在一起。在配的过程中，我发现了之前很多的尺寸不符合要求，这时solid edge的优势就会体现出来，我可以直接在装配图中对零件的尺寸进行修改，让我快速而又直接地看到实际效果。 图12.1 右侧板三维图最终我所画的装配图如下图12.2和图12.3所示：（上方为防盗板，前面旋转的为取物门） 1取物门未打开时：图12.2 取物箱未打开前2. 取物门打开后，防盗板平移到箱体前端：图12.3取物箱打开后 设计取物门打开的角度为，此时防盗板已经将整个开口封闭，达到了预期的效果。13 结论与展望13.1 结论通过以上的设计，我更加熟练的掌握了一般机械设计的步骤，通过查阅各种文献资料也增长了各方面的知识。如联动杆的设计，钣金件的设计与使用，让自己深深体会到理论设计和实际需求之间一定要紧密结合。在设计中不仅要从绘图方面出发，还要考虑实际加工工艺。让自己的设计在现实中是可行的。 在设计的过程中中通过使用各种材料，也进一步加深了对各材料的了解和使用场合。在绘图中，在老师的指导和最后的修改中，也让自己加深了各种绘图中的技巧，