纸币分类整理装置的设计【优秀机械毕业设计论文】【有三维图纸】
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本科生毕业论文（设计） 纸币分类整理装置的设计 系 别： 机 械 工 程 学 院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 12 级 机 设 本 X 班 学生姓名： 指导老师： 慕 陈 喆 完成日期： 学士学位论文原创性 申明 本人郑重申明：所呈交的设计（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本设计（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 江西科技学院 可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。 不保密 。 （请在以上相应方框内打 “” ） 学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 江西科技学院本科生毕业论文（设计） I 摘要 随着国民经济的增长，我国在 纪贸易组织中的稳固定位，发行的纸币的面值已经越来越多了，这无疑给盈利颇多的个体户或者银行的 点钞人员带来了更大的困难，传统的通过人工分类、清点的方式 分类整理的效率不高且容易出现失误， 满足 不了大数量纸币分类整理工作的需求 ， 因此 设计出一款 纸币分类整理装置 迫在眉睫。 本文运用大学所学的知识，提出了 纸币分类整理装置 的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了 纸币分类整理装置 的设计总的指导思想，从而得出了该 纸币分类整理装置 的设计的优点是高效，经济。 关键词： 纸币；分类 ； 结构 ；经济 江西科技学院本科生毕业论文（设计） n s is of of or go to so on to be in s no of As is in to in a of of of of It of 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 录 摘要 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第一章 引言 . 1 题的来源与研究的目的和意义 . 1 课题研究的主要内容 . 2 第二章 纸币识别、整理、计数及储存模块设计 . 4 别方案 . 6 数及储存模块设计方案 . 7 第三章 纸币分类整理 装置 的结构设计 . 10 统方案结构框图的确定 . 11 币分类整理装置的工作原理 . 14 第四章 机械传动部分的选型计算 . 15 动电机的选型计算 . 17 带传动的选型计算 . 20 珠丝杆传动的设计计算 . 21 架强度的校核 . 15 轴强度的校核 . 15 承的较核 . 18 第五章 附录 . 20 总 结 . 22 参考文献 . 22 致 谢 . 29 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 1 第一章 引言 题的来源与研究的目的和意义 由于机械工程的知识总量已经远 远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成 本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工 作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。 机械工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我 提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。 本毕业设计课题来自于冰糕二次加工型机械公司的生产实际，通过设计出冰 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 2 糕剖切机，从而来掌握冰糕剖切机的整个设计生产流程，培养工程意识。 纸币分类整理装置 是一种 对各种面值的纸币进行 自动分类，清点，计数的机械设备，主要用在银行的纸币的分类和清点方面。通过设计出 纸币分类整理装置 ，使银行对于散钞的处理更加方 便，以解决目前的社会 纸币面值 逐渐增加循环量，以及钱币的清点、分类不便的问题。通过市场上的产品的调查，现有的 纸币 分选机构不具有包装的功能。 本机械装置的主要功能是对混杂在一起的各种纸币进行分类、清点、整理。本设计准确、实用。可部分或者全部替代人工，减少人力成本。 本设计的创新点主要有： 采用更新式的机械结构作为主体来设计该纸币分类整理装置。采用电机驱动滚珠丝杆的方式进而通过传感器感应纸币的面值来实现纸币的分类。 课题研究的主要内容 本论文主要研究运用 纸币分类整理装置 进行设计。主要 是设计出了该 纸币分类整理装置 的进币、分选、输送、检测、存储等等几个部分。具体的研究内容如下： 1、 纸币分类整理装置 的进币装置的设计，包括其中电机的选型以及旋转体的设计。 2、 纸币输送单元的设计，包括出币口的设计以及输送线的设计。 3、 纸币分选、清点部分的设计，包括检测传感器的选型以及分选存储装置的设计。 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 3 第二章 纸币识别、整理、计数及储存模块设计 别方案 对纸币面值的识别和判断是 纸币分类整理装置 的一个重要组成部分也是核心部分，通过 感器对输送带上面输送过来的纸币进行取样并拍照后， 通过A/D 转换 器把图像信号转换为数字信号 传递给图像处理 单元 行图像的处理和分析， 其中内部 用来存储数字信号的存储器， 然后，中央处理器根据采集来的信号来判断是什么面值的钞票，然后 通过控制电路的输出 控制电机做出相应的动作，来对钞票进行分类，系统原理框图如下图 示： 图 理图 数及储存模块设计方案 对于传感器的计数是根据传感器的信号来判断的，当 感器检测到钞票是五元面值的时候就会通过 A/D 转换器把五元面值纸币的转变后的数字信息传递给图像处理单元进行分析，归类，其他例如十元纸币、五十元 纸币、一百元纸币等等都是类似的，然后该传感器还有计数功能，多少张纸币被传感器检测到了，传感器的技术模块就要反馈纸币的数量到 示屏显示出纸币的种类和张数。 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 4 第三章 纸币分类整理装置的结构设计 统方案结构框图的确定 本次设计的任务是对 纸币分类整理装置 进行设计，本次设计主要采用模块化设计 。方案一 :本次设计的纸币分类整理装置可以采用纸币分开投放，然后各自通过分选机构，和检测机构来实现钱币的自动分类、清点。方案二：通过采取混币投入的形式， 就是说把纸币混合放在一起，然后通过分选机构和清点机构进行钱币的自动分类、清点。通过查找相关资料和文献，对于以上两种方案作了比较，通过比较考虑，觉得方案二更方便，并且机械的主体机构比较集中，于是得出的系统结构框图如下图 示。 图 统结构框图 币分类整理装置 的工作原理 纸币分类整理装置 的工作原理为人工将纸币放入进币筒，进币筒里面有分选体装置，电机带动其不断地旋转，对于纸币，在分选体旋转的同时，在分选体圆周表面与纸币摩擦的同时，由于惯性力的作用，将纸币从进币筒里的缺口里面落到分选输送带上面，通过检测传感器针对纸币的颜色和大小的判别从而通过 用真空吸盘来吸住不同面值的纸币到 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 5 各自的滑槽里面，纸币会随着滑槽在其重力的作用下落入到存储箱里面。具体结构原理图如下图所示： 第四章 机械传动部分的选型计算 动电机的选型计算 已知整个设 备上工件与零件的重量，我们取总重量为 00 ，滚珠丝杆转动速度为 r/ 。即： 0 001020 0 1 具体的电机设计计算如下 : 1、确定运行时间 本次设计加速时间 60/)(10 l （ m ， 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 6 有速度可知每秒上升 03/(03 左右水平运 )(102 6 7 7 (2 0 02/ 2422 ）（ 电机惯量 )25434 总惯量 )(4 启动转矩 7 7 (2 441 最大转矩 S 为安全系 数，取 。 根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为 92无刷直流步进电机厂家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 7 根据以上分析，选择电机型号为 92其额定转矩为 5 ，最大转矩 为 0 ，额定转速为 000 r 。 带传动的选型计算 (1)传动名义功率 WP ； (2)主动轮转速 5001 ，从动轮转速 50n 2 r ； (3)中心距 ； 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 8 (4)工作情况： 24 小时运转 求设计功率 0 ，式中0由设计功率 和 500n r ，查表可得带的型号为 L 型， （ 5）选择平带齿数 由平带转速 Lr m 15 00n 型带，查表得平带最小许用齿数 141 Z ，则大带轮齿数 12 i , 其中 2 8 0/1 5 0 0/i 21 Z ,取标准带轮齿数 60 ； （ 6）确定带轮节圆直径 3 d 11 ； 82/d 22 ； （ 7）确定平带的节线长度 L ， 180/)(2/)(c 212 ； 式中： ，以 代入 则 ， 选择最接近计算值的标准 节线 ； （ 8）计算平带齿数 Z （ 9）传动中心距 n 的计算 c o (a 12 ； 用逐步逼近法计算， )(度 ，代入上式 得出 a 与精确计算结果相似。 最后测量装置平带选用 L 型平带 ； 17Z ， 50 ； 平带轮： 141 Z ， 602 Z ， d 11 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 9 d 22 珠丝杆传动的设计计算 在材料选取的基本原则的前提下，可以满足一部分性能，良好的工艺性和经济性。这种材料的特性机械部分应在正常工作 条件下，其物理和化学性能，是保证其可靠性的基础。一般的机械零件，主要考虑的是材料的机械性能；而非金属材料零件，还应考虑对零件性能的环境效应。 根据零件选择的力学性能，要对工作条件进行正确分析，形状和大小和应力状态，结合这类零件的主要失效形式，对原发性和继发性失效抗力进行计算和分析。 1) 丝杆螺母强度的校核计算 滚动螺旋传动主要承受轴向力。螺母与螺钉间滑动摩擦较大，所以磨损失效的主要形式。基本尺寸（直径滚珠丝杠和螺母高度），通常基于条件的耐磨性测定。滚珠丝杆驱动力较大，应检查滚珠丝杆和螺母和螺纹强度的危 险截面，以防止塑性变形或断裂的发生；自锁螺钉的要求，检查自锁螺钉；滚珠丝杆直径比较大，应检查其稳定性，以防止轴心受压失稳；长滚珠丝杆转速也应该检查其临界转速，以防止过大的横向振动。设计应根据驱动类型，工作条件和失效模式，选同的设计标准，无需逐一检查。 （ 1）滚珠丝杆螺母副，横向丝杆的最大轴向载荷为 2000N，支承间最大距离为400要求定位精度为 珠丝杆的负荷包括运动部件的重量所引起的进给抗力。应按额定静载荷选用。 0 动载荷硬度影响系数， 1 最大轴向载荷 定静载荷为 查表得使用寿命时间 500 ，初选丝杆螺距 ，得丝杆转速 m in/1000/m a 由于丝杆螺距为 5 ，可选 W 系列完循环丝杆副尺寸系列 一列滚 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 10 珠丝杆螺母副的几何参数计算，见表 4示： 表 4滚珠丝杆螺母副几何参数 名 称 符 号 计算公式和结果（ 螺纹滚道 公称直径 0d 20 螺 距 t 5 接触角 45 钢球直径 纹滚道法面半径 R 0 1 1 偏心距 e ( 2 ) s i n 0 . 0 4 4 9 d b= - = 螺纹升角 04 . 3 7ta r c tg dg p= 滚珠丝 杆 滚珠丝杆外径 d 0 ( 0 . 2 0 . 2 5 ) 1 9 . 4qd d d= - = 滚珠丝杆内径 0 2 2 1 6 . 7 8 8fd d e R= + - = 滚珠丝杆接触直径 0 c o s 2 2 . 5 9d d b= - = 螺母 螺母螺纹外径 D 0 2 2 2 3 . 3 1 2D d e R= - + = 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 11 螺母内径（外 循环） 1D 10 ( 0 . 2 0 . 2 5 ) 2 5 . 5qD d d= + = 螺母长度 3 （ 2）传动效率计算 )(/ 式中： 摩擦角； 丝杆螺纹升角。 （ 3）刚度验算，滚珠丝杆受工作负载 P 引起的导程1 Y 向所受牵引力大，故应用 Y 向的参数计算 )(400 )(5.0 )7 )(2 所以 )(101 9 1 0 671 丝杆因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。 所以导程误差 )(00 601 查表知 C 级精度的丝杆允许误差 m6 ，故强度足够。 （ 4）稳定性验算，由部件自重产生的使丝杆回转的扭矩 hM 式中： G 移动部件自重 S 导程 )( 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 12 h 逆传动效率，由于滚珠丝杆副的正传动效率和逆传动效率近似相等，因此，一般用正传动效率 h 代替 h 。 由 知110应式步 进电动机带动丝杆螺母副时不会发生逆向传动 。 （ 5） 轴承的选择一般根据系统的工况来决定，在此设计中，根据系统工况，我们可以 选用轴承的型号为 承。 表可知道 38.0e ；当量负载的计算 00 可算得轴承寿命。 n/)/(1 6 6 6 7 3 温度系数 1荷系数 1承座，寿命指数为 38.0e 得 )(5 0 0 01 6 2 7 6)2 0 0/2 5 0 01(2 0 0/1 6 6 6 7 3 所以该轴承适合。 3)滚珠丝杆螺母的支承方式 的选择 滚珠丝杆的支撑方式有多种，但具体的支撑方式根据具体的情况来定，本次设计的滚珠丝杆的支撑方式主要是固定 速度，精度，短轴螺钉本次设计中丝杆螺母的固定方式如下图所示： 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 13 4) 滚珠丝杆螺母的润滑和防尘隔离 （ 1）为了提高滚珠丝杠副的精度和使用寿命，通过滚珠丝杆的轴向力对滚珠丝杆的影响，保证轴承的受力均匀，避免倾覆力。 （ 2）反逆向的滚珠丝杠驱动器对效率高，应在电机功率的考虑，和逆螺旋传动由于其成分的重量（尤其是驱动在垂直方向上，当逆方法）可以用来防止动力传动电机，蜗轮自锁：切割离合器 ，等。 （ 3）在行程两端的滚珠丝杠应该有保护装置，以防止滚珠丝杠过程的冲击和影响精度，使用寿命甚至损坏。 （ 4）防止热变形对定位精度的丝杠热变形精度的重要影响。热源不仅是摩擦热产生的螺丝，和其他机械零件热时，滚珠丝杆的热膨胀和伸长率。因此有必要对热源的因素，控制热源的措施，也可用于预拉伸，强制冷却，减少滚珠丝杆伸长的热变形的影响。 （ 5）密封圈是重要的密封气体和液体的标准件，所以密封圈的防尘措施是必须要考虑的。滚珠丝杠螺母安装在防尘圈的两端，以避免螺钉外露，但还需要滚珠丝杆选择保护装置。 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 14 （ 6）合理的润滑是 减小驱动力矩的重要环节，提高传动效率，延长滚珠丝杆的使用寿命，接触面和油膜减振效果，降低传动噪音和尘土等杂物在螺旋洗，所以应注入润滑脂。 （ 7）推荐的大型轴承的使用适用于数控机床为了提高传动刚度。 （ 8）内循环滚珠丝杠，滚珠丝杠必须两端的齿和一端连接了至少一个螺纹，所有圆螺纹底径尺寸小于 则无法安装螺母。 （ 9）外循环滚珠滚珠丝杆位置，最好是放在滚珠丝杆轴以上插管。 （ 10）加工螺纹，外圆直径大于 1 的外径最好不要螺钉。 滚珠丝杆图如下图所示： 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 15 架强度的校核 机架的选择根据整个系统的总重量来定，方管机架受力分析得出，由分析得出底架在平衡状态下只受地面对其的支撑力和在其表面上物体所给的压力。 即物料和底架上面的所有零部件等等给的压力为 0 0 0 0)201 0 0 0(1 0 0 0 0 ； 根据方管承载力计算公式： (M 为弯矩， P 为集中力， a 为集中力距支座距离， c 为集中力距另一支座距离， L 为跨度， ) ； 12/321 （仅用于截面 )； 材料的许用应力 （弹性抗拉强度 /安全系数）。 11960/，本次设计初定 L 为 则 ： 12/321 ，初定方管为 658140321 计算得出。 3 4 5 6/ 6 由于 ； 折算后为 查得普通碳素结构钢 抗拉强度为 75 ，由于 远小于 所以初定方管满足要求。 轴强度的校核 轴的强度是一个 机械能否保证正常运转的关键，在一些特定场合，特别是轴的作用非常重要的场所，对轴进行强度校核是必然的。 由于本设计所用轴主要是受弯曲强度，右端是带轮对轴的力，中间是轴承座的两个支撑力。而根据系统工况，要对轴进行校核，就必须对它的抗弯能力和抗扭能力进行校核计算，即由弯矩产生的弯曲应力 b 不超过许用弯曲应力 b ，一般计算顺序是先画出轴的空间受力图，然后根据分析绘制出轴的水平受力图和 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 16 垂直受力图并求出水平面上和垂直面上 的支承点反作用力。最后才是作出水平面上的弯矩和垂直面上的弯矩图，这是轴的校核计算中的一个基本的流程，对于轴的危险截面的校核计算有着相当重要的意义和作用，所以这个地方很关键，需要一步步地对轴进行校核计算，才能够得到正确的校核结果。 根据以上分析，我们可以做出轴的弯矩图和转矩图，应用公式22 )( 我们可以绘出当量弯矩图， 是应力校正系数。对于不变的转矩，取 ；对于变化的转矩，取 ；对于对称循环的转矩取 1 。 a 是根据不同的系统工况决定的。对于本次设计，可以把轴的转矩理 解为不变的转矩，所以根据以上分析，我们可以取 。 轴的材料为 #45 钢，根据 #45 钢这个材料的相关参数，我们可以知道 ， ， P ， P ；应满足 下列条件： b 或 3 1d 其中 W 为轴的抗弯截面系数； 轴的具体受力情况如下图： 由材料力学的相关知识可得： ) 即： 0 4 6 2 R 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 17 解得： 由 21 得： 可得轴的弯矩图则如下： 轴所受的转矩如下： 转矩图如下： 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 18 b ； 所以， )( 5222 所以当量弯矩图为： 从以上图可以看出轴的危险截面在轴承左边支撑处，于是就有： 47 5 M P 即： 6 5 4 7 5311.0d ； 故根据校核，截面强度足够，其它截面也是足够安全的。 承的较核 轴承的选用在以上的说明中已经给出，选用的是带紧定套的滚子轴承，型号为 2221833+其基本参数为主要是额定载荷： 40000r ， 22000 ， , Y Y, Y ， 根据规范，我们知道该轴承的一些常规属性，例如使用寿命，工作年限等等，所以轴承的额定动载荷的计算如下： 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 19 ， 其中： C 基本额定动载荷计算值； P 当量动载荷； 寿命因数，取 1 速度因数，取 8.0 力矩载荷因数，力矩较小时 5.1矩较大时 2 冲击载荷因数 ,取 1 温度系数 ,取 f ； 基本额定动载荷； 19.1366.05.12.1冲击） , f ； 因为轴向载荷 0F，即 e以当量动载荷 10即 1， 6 0 9 2 02 4 3 6 P ， 9 2 2 86 0 9 2 03 6 , 所以此轴承选的合适 ,能满足要求。 轴承的三维图如下图所示： 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 20 第五章 附录 部分机器及零件的三维图 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 21 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 22 总结 至此在毕业设计完成之际，向我的 导师表示由衷的感谢！真心的感谢我的导师对我的谆谆教导，感谢我敬爱的老师，您不仅在学习学业上给我以精心的指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀支持和理解，给予我人生的启迪，使我在顺利地完成大学阶段的学业同时，也学到了很多有用的做人的道理，明确了人生目标。知道自己想要什么了，不再是从前那个爱贪玩的我了，我懂得了很多，也成熟了很多，知道自己还是一名学生，需要学习的地方还有很多。经过近半年努力的设计与计算，查找了各类的纸币分类整理装置的设计资料，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动和开心。虽然它不是最完美的，也不 是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为我自己已经尽力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学学习取得的一点点成果。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多有用的知识，在此对所有关心我帮助我的表达我由衷敬意，谢谢各位同学老师。 经过此次毕业设计，我发现了自己的很多不足，有很多地方需要学习和补充，这样，在以后的工作中才能够克服种种困难，取得一定的成就。 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 23 参考文献 1黄磊 机械设计理论研究 与探讨 北京：科学出版社， 2李华 纸币分类整理装置 概述 北京：机械工业出版社， 3周宏甫 纸币分类整理装置 的创新设计 4姜继海，宋锦春，高常识 . 纸币分类整理装置 工作原理 5张春林，曲继方，张美麟 机械工业出版社， 6张辽远 . 纸币分类整理装置 的设计与实现 . 机械工业出版社， 7基恩士传感器选择手册 2010 版本 8黄长艺，严普强 机 械工业出版社， 9张桓，陈作模 高等教育出版社， 10王昆，何小柏，汪信远 . 纸币分类整理装置 原理 11徐锦康 高等教育出版社， 12邓星钟 华中科技大学出版社， 13刘延俊 机械工业出版社， 14章宏甲，黄谊，王积伟 逆向设计 15胡泓，姚伯威 北京：国防工业出版社， 16陈铁鸣 纸币分类整理装置 的创新 . 高等教育出版社， 17孙靖民 机械工业出版社， 18王勇领 北京 :清华大学出版社， 19of a 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 24 致谢 写到这里，这次毕业设计总算快要完 成了，通过几个月的努力和时间的付出，总算有了这么一点点成就，觉得挺自豪的，同时也发现自己之前思念在学校学习的知识还远远不够，还有很多问题不大懂，也不明白，幸亏有我的导师和同学们的指导和帮助，然后自己查找相关书籍和资料，总算有了论文的初步构思，然后通过这几个月的付出，以至于今天的论文总算要告一段落了。我感到非常兴奋和高兴。虽然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因为我是怎么想的，这是我付出的汗水获得的成果，是我在大学四年的知识和反映。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人 能力，更重要的是来自老师和同学的潜移默化让我学到很多有用的知识，在这里，谢谢老师以及所有关心我和帮助我的人，谢谢大家。 本科生毕业论文（设计） 纸币分类整理装置的设计 系 别： 机 械 工 程 学 院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 12 级 机 设 本 X 班 学生姓名： 指导老师： 慕 陈 喆 完成日期： 学士学位论文原创性 申明 本人郑重申明：所呈交的设计（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本设计（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 江西科技学院 可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。 不保密 。 （请在以上相应方框内打 “” ） 学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 江西科技学院本科生毕业论文（设计） I 摘要 随着国民经济的增长，我国在 纪贸易组织中的稳固定位，发行的纸币的面值已经越来越多了，这无疑给盈利颇多的个体户或者银行的 点钞人员带来了更大的困难，传统的通过人工分类、清点的方式 分类整理的效率不高且容易出现失误， 满足 不了大数量纸币分类整理工作的需求 ， 因此 设计出一款 纸币分类整理装置 迫在眉睫。 本文运用大学所学的知识，提出了 纸币分类整理装置 的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了 纸币分类整理装置 的设计总的指导思想，从而得出了该 纸币分类整理装置 的设计的优点是高效，经济。 关键词： 纸币；分类 ； 结构 ；经济 江西科技学院本科生毕业论文（设计） n s is of of or go to so on to be in s no of As is in to in a of of of of It of 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 录 摘要 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第一章 引言 . 1 题的来源与研究的目的和意义 . 1 课题研究的主要内容 . 2 第二章 纸币识别、整理、计数及储存模块设计 . 4 别方案 . 6 数及储存模块设计方案 . 7 第三章 纸币分类整理 装置 的结构设计 . 10 统方案结构框图的确定 . 11 币分类整理装置的工作原理 . 14 第四章 机械传动部分的选型计算 . 15 动电机的选型计算 . 17 带传动的选型计算 . 20 珠丝杆传动的设计计算 . 21 架强度的校核 . 15 轴强度的校核 . 16 承的较核 . 20 第五章 附录 . 21 总 结 . 24 参考文献 . 24 致 谢 . 29 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 1 第一章 引言 题的来源与研究的目的和意义 由于机械工程的知识总量已经远 远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成 本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工 作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。 机械工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我 提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。 本毕业设计课题来自于冰糕二次加工型机械公司的生产实际，通过设计出冰 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 2 糕剖切机，从而来掌握冰糕剖切机的整个设计生产流程，培养工程意识。 纸币分类整理装置 是一种 对各种面值的纸币进行 自动分类，清点，计数的机械设备，主要用在银行的纸币的分类和清点方面。通过设计出 纸币分类整理装置 ，使银行对于散钞的处理更加方 便，以解决目前的社会 纸币面值 逐渐增加循环量，以及钱币的清点、分类不便的问题。通过市场上的产品的调查，现有的 纸币 分选机构不具有包装的功能。 本机械装置的主要功能是对混杂在一起的各种纸币进行分类、清点、整理。本设计准确、实用。可部分或者全部替代人工，减少人力成本。 本设计的创新点主要有： 采用更新式的机械结构作为主体来设计该纸币分类整理装置。采用电机驱动滚珠丝杆的方式进而通过传感器感应纸币的面值来实现纸币的分类。 课题研究的主要内容 本论文主要研究运用 纸币分类整理装置 进行设计。主要 是设计出了该 纸币分类整理装置 的进币、分选、输送、检测、存储等等几个部分。具体的研究内容如下： 1、 纸币分类整理装置 的进币装置的设计，包括其中电机的选型以及旋转体的设计。 2、 纸币输送单元的设计，包括出币口的设计以及输送线的设计。 3、 纸币分选、清点部分的设计，包括检测传感器的选型以及分选存储装置的设计。 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 3 第二章 纸币识别、整理、计数及储存模块设计 别方案 对纸币面值的识别和判断是 纸币分类整理装置 的一个重要组成部分也是核心部分，通过 感器对输送带上面输送过来的纸币进行取样并拍照后， 通过A/D 转 换器把图像信号转换为数字信号 传递给图像处理 单元 行图像的处理和分析， 其中内部 用来存储数字信号的存储器， 然后，中央处理器根据采集来的信号来判断是什么面值的钞票，然后 通过控制电路的输出 控制电机做出相应的动作，来对钞票进行分类，系统原理框图如下图 示： 图 理图 数及储存模块设计方案 对于传感器的计数是根据传感器的信号来判断的，当 感器检测到钞票是五元面值的时候就会通过 A/D 转换器把五元面值纸币的转变后的数字信息传递给图像处理单元进行分析，归类，其他例如十 元纸币、五十元纸币、一百元纸币等等都是类似的，然后该传感器还有计数功能，多少张纸币被传感器检测到了，传感器的技术模块就要反馈纸币的数量到 示屏显示出纸币的种类和张数。 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 4 第三章 纸币分类整理装置的结构设计 统方案结构框图的确定 本次设计的任务是对 纸币分类整理装置 进行设计，本次设计主要采用模块化设计 。方案一 :本次设计的纸币分类整理装置可以采用纸币分开投放，然后各自通过分选机构，和检测机构来实现钱币的自动分类、清点。方案二：通过采取混币投入的形式，就是说把纸币混合放在一起，然后通过分选机构和清点机构进行钱币的自动分类、清点。通过查找相关资料和文献，对于以上两种方案作了比较，通过比较考虑，觉得方案二更方便，并且机械的主体机构比较集中，于是得出的系统结构框图如下图 示。 图 统结构框图 币分类整理装置 的工作原理 纸币分类整理装置 的工作原理为 :人工 通过电控箱的启动按钮启动纸币分类整理装置，然后 将纸币放入进币筒，进币筒里面有分选体装置， 电机带动其不断地旋转， 由于分选体和进币筒的内壁刚好配合好， 对于纸币，在分选体旋转的同时，在分选体圆周表面与纸币摩擦的同时，由于惯性力的作用，将纸币从进币筒里的缺口里面落到分选输送带上面， 然后顺着输送带移动到检测分类的位置， 通 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 5 过检测传感器针对纸币的颜色和大小的判别从而通过 统控制电机带动滚珠丝杆螺母副移动，利用真空吸盘来吸住不同面值的纸币到各自的滑槽里面，纸币会随着滑槽在其重力的作用下落入到存储箱里面。 由于 制系统控制灵活，且能够执行复杂的动作，所以通过 程，就能够使得机械实现不同的功能了。 本次设计的纸币分类整理装置的 具体结构原理图如下图所示： 第四章 机械传动部分的选型计算 动电机的选型计算 已知整个设备上工件与零件的重量，我们取总重量为 00 ，滚珠丝杆转动速度为 r/ 。即： 0 001020 0 1 具体的电机设计计算如下 : 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 6 1、确定运行时间 本次设计加速时间 60/)(10 l （ m ， 有速度可知每秒上升 03/(03 左右水平运 )(102 6 7 7 (2 0 02/ 2422 ）（ 电机惯量 )25434 总惯量 )(4 启动转矩 7 7 (2 441 最大转矩 S 为安全系数，取 。 根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为 92无刷直流步进电机厂家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 7 根据以 上分析，选择电机型号为 92其额定转矩为 5 ，最大转矩为 0 ，额定转速为 000 r 。下图即为电机的图纸： 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 8 带传动的选型计算 (1)传动名义功率 WP ； (2)主动轮转速 5001 ，从动轮转速 50n 2 r ； (3)中心距 ； (4)工作情况： 24 小时运转 求设计功率 0 ，式中0由设计功率 和 500n r ，查表可得带的型号为 L 型， （ 5）选择平带齿数 由平带转速 Lr m 1500n 型带，查表得平带最小许用齿数 141 Z ，则大带轮齿数 12 i , 其中 2 8 0/1 5 0 0/i 21 Z ,取标准带轮齿数 60 ； （ 6）确定带轮节圆直径 3 d 11 ； 82/d 22 ； （ 7）确定平带的节线长度 L ， 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 9 180/)(2/)(c 212 ； 式中： ，以 代入 则 ， 选择最接近计算值的标准 节线 ； （ 8）计算平带齿数 Z （ 9）传动中心距 n 的计算 c o (a 12 ； 用逐步逼近法计算， )(度 ，代入上式 得出 a 与精确计算结果相似。 最后测量装置平带选用 L 型平带 ； 17Z ， 50 ； 平带轮： 141 Z ， 602 Z ， d 11 d 22 珠丝杆传动的设计计算 在材料选取的基本原则的前提下，可以满足一部分性能，良好的工艺性和经济性。这种材料的特性机械部分应在正常工作条件下，其物理和化学性能，是保证其可靠性的基础。一般的机械零件，主要考虑的是材料的机械性能；而非金属材料零件，还应考虑对零件性能的环境效应。 根据零件选择的力学性能，要对工作条件进行正确分析，形状和大小和应力状态，结合这类 零件的主要失效形式，对原发性和继发性失效抗力进行计算和分析。 1) 丝杆螺母强度的校核计算 滚动螺旋传动主要承受轴向力。螺母与螺钉间滑动摩擦较大，所以磨损失效的主要形式。基本尺寸（直径滚珠丝杠和螺母高度），通常基于条件的耐磨性测定。滚珠丝杆驱动力较大，应检查滚珠丝杆和螺母和螺纹强度的危险截面，以 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 10 防止塑性变形或断裂的发生；自锁螺钉的要求，检查自锁螺钉；滚珠丝杆直径比较大，应检查其稳定性，以防止轴心受压失稳；长滚珠丝杆转速也应该检查其临界转速，以防止过大的横向振动。设计应根据驱动类型，工作条件和失效模式，选 同的设计标准，无需逐一检查。 （ 1）滚珠丝杆螺母副，横向丝杆的最大轴向载荷为 2000N，支承间最大距离为400要求定位精度为 珠丝杆的负荷包括运动部件的重量所引起的进给抗力。应按额定静载荷选用。 0 动载荷硬度影响系数， 1 最大轴向载荷 定静载荷为 查表得使用寿命时间 500 ，初选丝杆螺距 ，得丝杆转速 m in/1000/m a 由于丝杆螺距为 5 ，可选 W 系列完循环丝杆副尺寸系列 一列滚珠丝杆螺母副的几何参数计算 ，见表 4示： 表 4滚珠丝杆螺母副几何参数 名 称 符 号 计算公式和结果（ 螺纹滚道 公称直径 0d 20 螺 距 t 5 接触角 45 钢球直径 纹滚道法面半径 R 0 . 5 2 1 . 6 5 1 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 11 偏心距 e ( 2 ) s i n 0 . 0 4 4 9 d b= - = 螺纹升角 04 . 3 7ta r c tg dg p= 滚珠丝杆 滚珠丝杆外径 d 0 ( 0 . 2 0 . 2 5 ) 1 9 . 4qd d d= - = 滚珠丝杆内径 0 2 2 1 6 . 7 8 8fd d e R= + - = 滚珠丝杆接触直径 0 c o s 2 2 . 5 9d d b= - = 螺母 螺母螺纹外径 D 0 2 2 2 3 . 3 1 2D d e R= - + = 螺母内径（外循环） 1D 10 ( 0 . 2 0 . 2 5 ) 2 5 . 5qD d d= + = 螺母长度 3 （ 2）传动效率计算 )(/ 式中： 摩擦角； 丝杆螺纹升角。 （ 3）刚度验算，滚珠丝杆受工作负载 P 引起的导程1 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 12 Y 向所受牵引力大，故应用 Y 向的 参数计算 )(400 )(5.0 )7 )(2 所以 )(101 9 1 0 671 丝杆因受扭矩而引起的导程变 化量很小，可以忽略。 所以导程误差 )(00 601 查表知 C 级精度的丝杆允许误差 m6 ，故强度足够。 （ 4）稳定性验算，由部件自重产生的使丝杆回转的扭矩 hM 式中： G 移动部件自重 S 导程 )(h 逆传动效率，由于滚珠丝杆副的正传动效率和逆传动效率近似相等，因此，一般用正传动效率 h 代替 h 。 由 知110应式步进电动机带动丝杆螺母副时不会发生逆向传动 。 （ 5） 轴承的选择一般根据系统的工况来决定，在此设计中，根据系统工况，我们可以 选用轴承的型号为 承。 表可知道 38.0e ；当量负载的计算 00 可算得轴承寿命。 n/)/(1 6 6 6 7 3 温度系数 1载荷系数 1承座，寿命指数为 38.0e 得 )(5 0 0 01 6 2 7 6)2 0 0/2 5 0 01(2 0 0/1 6 6 6 7 3 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 13 所以该轴承适合。 3)滚珠丝杆螺母的支承方式的选择 滚珠丝杆的支撑方式有多种，但具体的支撑方式根据具体的情况来定，本次设计的滚珠丝杆的支撑方式主要是固定 速度，精度，短轴螺钉本次设计中丝杆螺母的固定方式如下图所示： 4) 滚珠丝杆螺母的润滑和防 尘隔离 （ 1）为了提高滚珠丝杠副的精度和使用寿命，通过滚珠丝杆的轴向力对滚珠丝杆的影响，保证轴承的受力均匀，避免倾覆力。 （ 2）反逆向的滚珠丝杠驱动器对效率高，应在电机功率的考虑，和逆螺旋传动由于其成分的重量（尤其是驱动在垂直方向上，当逆方法）可以用来防止动力传动电机，蜗轮自锁：切割离合器，等。 （ 3）在行程两端的滚珠丝杠应该有保护装置，以防止滚珠丝杠过程的冲击和影响精度，使用寿命甚至损坏。 （ 4）防止热变形对定位精度的丝杠热变形精度的重要影响。热源不仅是摩擦热 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 14 产生的螺丝，和其他机械零件热时，滚珠丝杆的热膨 胀和伸长率。因此有必要对热源的因素，控制热源的措施，也可用于预拉伸，强制冷却，减少滚珠丝杆伸长的热变形的影响。 （ 5）密封圈是重要的密封气体和液体的标准件，所以密封圈的防尘措施是必须要考虑的。滚珠丝杠螺母安装在防尘圈的两端，以避免螺钉外露，但还需要滚珠丝杆选择保护装置。 （ 6）合理的润滑是减小驱动力矩的重要环节，提高传动效率，延长滚珠丝杆的使用寿命，接触面和油膜减振效果，降低传动噪音和尘土等杂物在螺旋洗，所以应注入润滑脂。 （ 7）推荐的大型轴承的使用适用于数控机床为了提高传动刚度。 （ 8）内循环滚珠丝杠，滚 珠丝杠必须两端的齿和一端连接了至少一个螺纹，所有圆螺纹底径尺寸小于 则无法安装螺母。 （ 9）外循环滚珠滚珠丝杆位置，最好是放在滚珠丝杆轴以上插管。 （ 10）加工螺纹，外圆直径大于 1 的外径最好不要螺钉。 滚珠丝杆图如下图所示： 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 15 架强度的校核 机架的选择根据整个系统的总重量来定，方管机架受力分析得出，由分析得出底架在平衡状态下只受地面对其的支撑力和在其表面上物体所给的压力。 即物料和底架上面的所有零部件等等给的压力为 0 0 0 0)201 0 0 0(1 0 0 0 0 ； 根据方管承载力计算公式： (M 为弯矩， P 为集中力， a 为集中力距支座距离 ， c 为集中力距另一支座距离， L 为跨度， ) ； 12/321 （仅用于截面 )； 材料的许用应力 （弹性抗拉强度 /安全 系数）。 11960/，本次设计初定 L 为 则： 12/321 ，初定方管为 658140321 计算得出。 3 4 5 6/ 6 由于 ； 折算后为 查得普通碳素结构钢 抗拉强度为 75 ，由于 远小于 所以初定方管满足要求。 下图即为机架零件图： 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 16 轴强度的校核 轴的强度是一个机械能否保证正常运转的关键，在一些特定场合，特别是轴的作用非常重要的场所，对轴进行强度校核是必然的。 由于本设计所用轴主要是受弯曲强度，右端是带轮对轴的力，中间是轴承座的两个支撑力。而根据系统工况， 要对轴进行校核，就必须对它的抗弯能力和抗扭能力进行校核计算，即由弯矩产生的弯曲应力 b 不超过许用弯曲应力 b ，一般计算顺序是先画出轴的空间受力图，然后根据分析绘制出轴的水平受力图和垂直受力图并求出水平面上和垂直面上的支承点反作用力。最后才是作出水平面上的弯矩和垂直面上的弯矩图，这是轴的校核计算中的一个基本的流程，对于轴的危险截面的校核计算有着相当重要的意义和作用，所以这个地方很关键，需要一步步地对轴进行校核计 算，才能够得到正确的校核结果。 根据以上分析，我们可以做出轴的弯矩图和转矩图，应用公式22 )( 我们可以绘出当量弯矩图， 是应力校正系数。对于不变的转矩，取 ；对于变化的转矩，取 ；对于对称循环的 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 17 转矩取 1 。 a 是根据不同的系统工况决定的。对于本次设计，可以把轴的转矩理解为不变的转矩，所以根据以上分析，我们可以取 。 轴的材料为 #45 钢，根据 #45 钢这个材料的相关参数，我们可以知道 ， ， P ， P ；应满足 下列条件： b 或 3 1d 其中 W 为轴的抗弯截面系数； 轴的具体受力情况如下图： 由材料力学的相关知识可得： ) 即： 0 4 6 2 R 解得： 由 21 得： 可得轴的弯矩图则如下： 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 18 轴所受的转矩如下： 转矩图如下： b ；
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