毕业设计（论文）-硬币分拣机的设计

本科生毕业论文硬币分拣装置的设计系别：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：学生姓名：指导老师：完成日期：I第一章绪论1.1课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。硬币自动分拣装置是一种对各种面值的硬币进行自动分类，清点，计数的机械设备，主要用在银行的硬币的分类和清点方面。通过设计出硬币自动分拣装置，使银行对于散钞的处理更加方便，以解决目前的社会硬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，现有的硬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硬币进行分类、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硬币自动分拣装置。采用电机驱动滚珠丝杆的方式进而通过传感器感应硬币的面值来实现硬币的分类。1.2本课题研究的主要内容本论文主要研究运用SolidWorks对硬币自动分拣装置进行设计。主要是设计出了该硬币自动分拣装置的进币、分选、输送、检测、存储等等几个部分。具体的研究内容如下：硬币自动分拣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。硬币输送单元的设计，包括出币口的设计以及传动机构的设计。硬币分选、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。第二章硬币识别、整理、计数及储存模块设计2.1识别方案对硬币面值的识别和判断是硬币自动分拣装置的一个重要组成部分也是核心部分，通过CIS传感器对输送带上面输送过来的硬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SOPC进行图像的处理和分析，其中内部RAM是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2.1所示：图2.1原理图2.2计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CIS传感器检测到钞票是五元面值的时候就会通过A/D转换器把五元面值硬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，其他例如一角硬币、五角硬币、一元硬币等等都是类似的，然后该传感器还有计数功能，多少张硬币被传感器检测到了，传感器的技术模块就要反馈硬币的数量到LCD显示屏显示出硬币的种类和张数。

第三章硬币自动分拣装置的结构设计3.1系统方案结构框图的确定具体的分离步骤是这样的，首先混币通过传输装置，定时定量的（定时定量的目的在于防止一次送进过多的硬币而导致分离盘负担过大，引起堵塞和分离不流畅）传输一部分混币到图中所示的分离盘，起先我们分离的是币值为1分的硬 币，所以第一个传感器挡币块与导轨的距离设计的要比1分的硬币略大，比其它币值的硬币直径都要小，以此为标准再经过实验产生的分离效果，我们确定一个合适的直径，这样一来，1分的硬币和其它币值的硬币就区分了出来。

其工作原理如下：启动电动机，电动机带动分离盘，使得分离盘转动，则分离盘中的硬币作离心运动，硬币被拨到导轨中（导轨上端对应6个传感器挡币块,挡币块与导轨的距离大小循序从上到下依次变大），然后根据硬币的尺寸由小到大的循序对挡币块与导轨之间的距离进行调整，从而对不同直径的硬币进行分离。其装置简图如图1所示图1图3.1系统结构框图3.2硬币自动分拣装置的工作原理启动电动机，电动机带动分离盘，使得分离盘转动，则分离盘中的硬币作离心运动，硬币被拨到导轨中（导轨上端对应6个传感器挡币块,挡币块与导轨的距离大小循序从上到下依次变大），然后根据硬币的尺寸由小到大的循序对挡币块与导轨之间的距离进行调整，从而对不同直径的硬币进行分离。第四章机械传动部分的选型计算4.1驱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，滚珠丝杆转动速度为。即：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负载速度，有速度可知每秒上升，2.负载惯量左右水平运电机惯量总惯量3.电机转矩启动转矩最大转矩为安全系数，取。根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为92BL-A，此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：根据以上分析，选择电机型号为92BL-4030H1-LK-B，电机的额定功率为，其额定转矩为，最大转矩为，额定转速为。下图即为电机的图纸：4.2链传动的设计计算已知p=0.37KW，小链轮的转速n1=720r/min，传动比i=2.8，载荷平稳，两班工作制，两链轮中心距a=500~600mm范围，中心距可调，两轮中心连线与水平面夹角近于35o，小链轮孔径。计算：（1）小链轮齿数z1

z1=29-2i=29-2*2.8=23.4

取整数z1=23i1~22~33~44~55~66z131~2727~2525~2323~2121~1717~15

优先选用齿数：17，19，21，23，25，38，57，76，95，114z1、z2取奇数，则链条节数为偶数时，可使链条和链轮轮齿磨损均匀。在高速或有冲击载荷的情况下，小链轮齿最小应有25齿。（2）大链轮齿数z2

Z2=iz1=2.8*23=64.4

取整z2=65（3）实际传动比i=（4）设计功率

工况系数，查表5.4-3，（5）单排链条传递功率，查表5.4-4和5.4-5，齿数系数，排数系数=1=8.13kw（6）链节距p根据，n1=720r/min，查图5.4-1功率曲线和n1确定的点，应在所选型号链的功率曲线下方附近（不超过直线）。结果为10A，节距p=15.875mm，（7）验算小链轮轴直径查5.4-7链轮中心孔最大许用直径（8）初定中心距为优，无张紧轮时取i<4≥40.2z1（i+1）p0.33z1(i-1)p

（9）确定链条节数=115.3取（10）链条长度（11）计算（理论）中心距当时，

当时，根据，查表5.4-9，若有必要可使用插值。(12)实际中心距a，一般(13)链速(14)有效圆周率(15)作用在轴上的力F

水平或倾斜的传动

接近垂直的传动

工况系数，见表5.4-3

F=1.2×1×2283.1=2739.7N(16)润滑方式。(17)链条标记：10A-1-116GB1243-1997

1表示排数，116表示节数(18)链轮的几何尺寸

滚子直径

p=15.875mm

1）分度圆直径

小链轮，大链轮2）齿顶圆

，

对于三圆弧-直线齿形小链轮齿顶圆=124.072mm，取整124mm大链轮齿顶圆=336.773mm，取整337mm3）齿根圆直径小链轮齿根圆直径=116.585-10.16=106.425mm，取106.43mm大链轮齿根圆直径=328.584-10.16=318.424mm，取318.42mm4)节距多变形以上的齿高=0.27×15.875=4.286mm（对于三圆弧-直线齿形）5)最大齿根距奇数齿偶数齿小链轮=106.153mm大链轮=318.328mm6)轴凸缘直径小链轮=99.045mm大链轮=311.746mm7)轮毂厚度h

，——孔的直径d<5050~100100~150>150K3.24.86.49.5

小链轮=14.232，取整14mm

大链轮=22.7858，取整数22mm8)轮毂长度l

l=3.3h

小链轮l=3.3×14=46.2mm，取整46mm大链轮l=3.3×22=72.6mm，取整72mm9)轮毂直径，小链轮=68mm大链轮=104mm10)齿宽单排单排=0.95×9.4=8.93mm11)齿侧半径

12)倒角宽

，取2.1mm13)倒角深h=0.5p=0.5×15.875=7.9375mm14)齿侧凸缘圆角半径=0.635mm(19)链轮公差

1)齿根圆直径和量柱测量距极限偏差项

目极限偏差孔径H8齿顶圆h11齿根圆直径极限偏差h11齿宽h14量柱测量距极限偏差h11

小链轮齿根圆直径=116.585-10.16=106.425mm，取106.43mm大链轮齿根圆直径=328.584-10.16=318.424mm，取318.42mm，小链轮量柱测量距大链轮量柱测量距

2)径向圆跳动小链轮径向圆跳动=min{0.0008df+0.008,0.76}=0.0008×106.43+0.008=0.093144端面跳动=min{0.0009df+0.008,1.14}4.3机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；根据方管承载力计算公式：(为弯矩，为集中力，为集中力距支座距离，为集中力距另一支座距离，为跨度，)；（仅用于截面)；（弹性抗拉强度/安全系数）。，本次设计初定为；则：；，初定方管为。计算得出。；折算后为；查得普通碳素结构钢Q235A的抗拉强度为，由于远远小于，所以初定方管满足要求。下图即为机架零件图：4.4转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不超过许用弯曲应力，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。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。轴的材料为钢，根据钢这个材料的相关参数，我们可以知道，，，；应满足下列条件：或其中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：解得：由得：可得轴的弯矩图则如下：轴所受的转矩如下：转矩图如下：；所以，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：；即：；故根据校核，截面强度足够，其它截面也是足够安全的。4.5轴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22218CK/W33+H318，其基本参数为主要是额定载荷：，，,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：，其中：—基本额定动载荷计算值；—当量动载荷；—寿命因数，取；—速度因数，取；—力矩载荷因数，力矩较小时,力矩较大时；—冲击载荷因数,取；—温度系数,取；—基本额定动载荷；,,,（等冲击）,；因为轴向载荷，即，所以当量动载荷即，，,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：设计总结本次设计的题目是硬币自动分拣装置的设计，经过查找各类资料和参考文献，到今天总算完成了，通过本次设计，再次提出了利用绘图软件的水平，并吸收了大量的经验，总结出以下几点。关于图纸的绘制方面，当零件的尺寸已经给出，不考虑图纸尺寸不合适的，基于零件图，装配时必须考虑的大小是合适的，因为AutoCAD绘图效果不好，也会引起的尺寸误差，和甚至出现欠定义大小，因此，必须通过在这个时候对零件进行测量，进行修改，直到符合要求。该工具是方便的输入数据映射，通过选择部分的类型，标准件，可以生成，但有时需要在工具集使用部分可能找不到，所以在这个时候随机应变，其他部分而不是通过修改或满足要求增加组件的使用。地图应该是灵活的，解决问题的方法总比问题多，当一个方法不能正常映射，试试另一种方法，它不仅可以完成零件的生产，而且还可以开发映射一个更好的主意，并打破了新思想的规则。学习使用一些可以节省时间的命令，如镜像，阵列，能省则省”。在装配过沉重，曾给了我一个很大的障碍，是要花很多时间去找出为什么。在一个活跃的子组件，虽然活动范围会产生干扰，可以设置该复合物的活动范围，如先进的范围内，和角度范围，即使在这个范围内不影响母配体，不能设置。因为一旦设定的范围内，在父组件将被视为完全定义的组件模型，它将冲突分总成，将无法完成装配。看地图是最重要的任务是理解零件图，图表工具，没有工具是没有法律的零件图，所以不要急着写，想通过零件的结构，并认为通过线图，这是重中之重，映射。部分建模，一般应的特点进行深入分析，找出零件是由几个特点，摆脱所有的形状特点，它们之间的连接相对位置、表面，然后按主次特征造型的关系，按一定的顺序。一个复杂的部分，有许多简单的功能，通过切除或重叠相交，可理解性和实体模型。特别是在二维图纸，我们只能看到元器件的布局，并用虚线给说的内部特征，除了部分的相贯线，这条线各特征在路口出现。在选秀过程中零件，必须选择第一个草图平面，这是非常重要的，决定了后续的模型飞机的命令，使用简单的说，一个圆柱形围成一个圈，然后绘制，也可以作为一个长方体旋转，虽然他们的结果都是一样的，但草图平面和命令的使用。如果我们想要一个轴，那么我们应该选择第二个方法以及。由于该零件的设计不规则零件，用于为拉伸和旋转命令，许多零部件都是对称的，所以为了节省时间，提高效率，通常用于指挥镜特性。一个完整的工程图纸应该包含以下4个方面。一组视图：一组视图（包括视图，剖面，断面，局部视图）是正确的，完整的，对各部分的结构和形状表达清楚。尺寸：尺寸的确定和零件的形状各部分的位置技术要求：表明部分的一些要求必须在制造和检验完成，如表面粗糙度，尺寸公差，形位公差，材料和热处理的方法和指标。标题栏：注明产品名称，材料，数量，拉伸比和拉伸，等。单击[新建]图标以显示新的文件系统，Solidworks文件”对话框中，单击“选项”对话框中的组件，你可以进入装配工作模式，进行以后的设计工作。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，查找了各类的硬币自动分拣装置的设计资料，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。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，2004.5[2]李华硬币自动分拣装置概述北京：机械工业出版社，2005.1[3]周宏甫硬币自动分拣装置的创新设计.高等教育出版社，2004.3[4]姜继海，宋锦春，高常识.硬币自动分拣装置工作原理.高等教育出版社，2002.8[5]张春林，曲继方，张美麟.机械创新设计.机械工业出版社，2001.4[6]张辽远.硬币自动分拣装置的设计与实现.机械工业出版社，2002.8[7]基恩士传感器选择手册2010版本[8]黄长艺，严普强.机械工程测试技术基础.机械工业出版社，2001.1[9]张桓，陈作模.机械原理.高等教育出版社，2000.8[10]王昆，何小柏，汪信远.硬币自动分拣装置原理.高等教育出版社，1995.12[11]徐锦康.机械设计.高等教育出版社，2004.4[12]邓星钟.机电传动控制.华中科技大学出版社，2001.3[13]刘延俊.液压与气压传动.机械工业出版社，2002.12[14]章宏甲，黄谊，王积伟.硬币自动分拣装置的逆向设计.机械工业出版社，2000.5[15]胡泓，姚伯威.机电一体化原理及应用.北京：国防工业出版社，2000.6[16]陈铁鸣硬币自动分拣装置的创新.高等教育出版社，