机械原理课程设计硬币分拣包装机.doc

机械原理课程设计
硬币分拣包装机
目录
1 机器的功能和设计要求…………………………………….2
1.1 简述………………………………………………………………2
1.2 硬币分拣机的系统组成…………………………………………2
1.3 硬币分拣包装机的设计要求和主要参数………………………3
2 工作原理和工艺动作分解………………………………….4
3 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图…………5
4 机构选型及机械运动方案的选择和评定…………………………..5
5 所选定机构的设计计算过程及各阶段的结果……………6
6 主要参考文献……………………………………………...13
7 设计心得…………………………………………………13

1 机器的功能和设计要求
1.1 简述
本次设计题目为硬币分拣机设计，本项目属于应用于现代化的创新性设计。该设备主要用于多种硬币的分选、计数、包装，该设备实现了自动化操作，达到高效、可靠、生产率高、减轻劳动成本的目的。在目前国内的小面值货币流通的领域，硬币分拣大多为人工操作，生产率低，浪费劳动成本。所以，此设备的研制可以改善这一状况，节约劳动力成本，提高劳动生产率。
表1-1 我国目前流通币种及其基本信息

兰花1角
铝镁合金
19
1.15
1.67
平边
圆形
1999-2003
不锈钢
19
3.2
1.67
平边
圆形
2005-2011
荷花5角
钢芯镀铜
20.5
3.8
1.65
间断丝齿
圆形
2002-2011
菊花1元
钢芯镀镍
25
6.05
1.85
平边
圆形
1999-2011
1.2 硬币分拣机的系统组成
由机械系统和控制系统两部分组成。
机械系统可分为7个主要功能单元，各个功能单元具有一定的独立性。
图1-1 硬币分拣包装机功能示意图
1、 硬币堆放、输送功能单元
2、 硬币排列、分选功能单元
3、 硬币分选计数功能单元
4、 硬币堆码、整理功能单元
5、 送纸、撕纸功能单元
6、 硬币包装功能单元
7、 卷边功能单元
图1-2

图1-3

1.3 硬币分拣包装机的设计要求和主要参数
（1）包装能力：；
（2）驱动电机：；
（3）机械运动方案力求简单；
（4）图1-2表示功能单元1和2，希望能准确分离不同大小的硬币。图1-3表示功能单元3~7，希望能实现各部分协调工作。
（5）顶杆运动有冲击力，希望顶住硬币时冲击力较小。
（6）机械手既要包装又有定位，所以滚轮能加热，且具有一定的摩擦以带动硬币旋转。

2 工作原理和工艺动作分解
根据上述分析，硬币分拣包装机要求完成的工艺动作有以下五个动作：
（1）漏斗将硬币送到传输带上，再送到加速分拣单元上。
（2）加速分拣单元的运动方式是做扭转运动。料斗分三层，上两层开有分选孔，第一层孔大小比五角、一角硬币稍大，比一元硬币小；第二层孔大小比一角大，比五角小。这样在旋转时达到分离三种硬币的效果。另外，硬币在料斗中随着惯性向前运动，在料斗的侧面开出滑道口，符合规格的硬币通过小孔直接落入滑道，滑道口大小由上至下依次为一元、五角、一角。
（3）滑道底面是传送带，侧面装有计数器，两端口装有电磁挡板，以达到准确计数的效果。
计数器每计完一百个硬币，电磁挡板自动挡住滑道口，以便下一步工作。
（4）硬币经过送料机分选后经过滑道直接滑入币筒中，每个币筒容量为一百个，完成码堆。利用间歇运动机构完成币筒的间歇装动，利用顶杆将硬币送到包装单元。
（5）利用间歇机构完成送纸及包装。机械手又三个带有加热装置的偏心摩擦轮，通过摩擦轮的转动带动包装塑料纸及硬币转动，以达到包装侧面的效果。硬币堆两端各有加热片，硬币堆装动时，自动完成勾边。
上述五个动作，加料，分拣，计数比较简单，不做太多的考虑。硬币分拣包装机设计时应重点考虑以下三个机构的设计问题：币筒的间歇转动机构，机械手及送纸机构的间歇运动机构，顶杆的上下运动。

3 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图
对于硬币分拣包装机运动循环图，主要是确定币筒、顶杆、机械手、送纸橡胶轮的先后顺序、相位，以及对各执行机构的设计、装配和调试。以上凸轮为定标构件，上凸轮每旋转一周为一个运动循环。如图：
图3-1

4 机构选型及机械运动方案的选择和评定
根据币筒、顶杆、机械手和送纸橡皮轮这三个执行构件动作要求和结构特点，可选择如表4-1的常用的机构：
表4-1
币筒机构
槽轮机构
不完全齿轮机构
凸轮式间歇运动机构
顶杆机构
凸轮顶杆机构
丝杆螺母机构
曲柄滑块机构
机械手、送纸橡皮轮机构
槽轮机构
不完全齿轮机构
凸轮式间歇运动机构
根据表4-1所示的三个执行机构的形态矩阵，由此可求出硬币分拣包装机的机械运动方案数为：

现在可以按给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等来选择方案。我们选定的机构比较简单的方案为：币筒机构为槽轮机构、顶杆机构为凸轮顶杆机构、机械手、送纸橡皮轮机构为不完全齿轮机构。

5 所选定机构的设计计算过程及各阶段的结果
设计内容
计算及其说明
结论
一、 运输、分离、计数部分设计计算

1、 传动比计算
轮系总传动比、；
每对齿轮传动比；

2、 齿轮设计
齿数、模数及齿轮直径

二、 码堆部分的设计

1、传动比计算
轮系总传动比、；
每对齿轮传动比；

2、 齿轮设计
齿数、模数及齿轮直径

3、 槽轮机构设计

4、 上凸轮设计

三、 包装部分的设计
1、传动比计算
轮系总传动比、、；
每对齿轮传动比；

2、 齿轮设计
齿数、模数及齿轮直径

3、下凸轮设计

已知：驱动电机：
，
计算：
加速机构要求转速较快，取
即

伞齿轮只用来改变传动方向，不做变速传动，故取：
，
图5-1

所以
齿轮4、5、6、7组成一个二级减速机构，其中：
，
伞齿轮1、2受力小，取：
，
伞齿轮8、9受力大，取：
，
其余齿轮为圆柱齿轮，取：
，，
，，

可得各齿轮直径为：

图5-2

已知：驱动电机：
；槽轮槽数为6，圆销个数为1
计算：
根据循环图可知：

所以

电机到拨盘是一个二级减速机构，取：

故
齿轮11、12受力小，取：
，
齿轮13、14受力较大，取：
，
伞齿轮15，16受力大，取
，
可得各齿轮直径为：

槽数：
圆销数：
根据各机构空间大小取中心距：
回转半径：
圆销半径：
槽顶半径：
槽深：，取
槽顶侧壁厚：取
锁止弧半径：
图5-3

图5-4

根据运动要求：
行程：，基圆半径：
推程运动角：，远休止角：
回程运动角：，近休止角：
转速：，角速度：
因要求冲击小，故采用正弦加速度运动规律
推程时的运动方程：
见附图1
回程时的运动方程：
见附图2

已知：驱动电机：

计算：
根据循环图可推断出不完全齿轮的转速：
图5-5

不完全齿轮有齿部分，对称分布各。
按要求不完全齿轮旋转时，送纸橡皮轮旋转2周和机械手轮旋转10周，所以当不完全齿轮与齿轮23、24啮合时：
，
所以：

电机到下凸轮是一个二级减速机构，取：

故，

齿轮17、18受力小，取：
，
伞齿轮19，20受力大，取
，
伞齿轮21，22受力大，取
，
取，
故，对称分布各9齿。
取，
可得各齿轮直径为：

图5-6

根据运动要求：
行程：，基圆半径：
推程运动角：，远休止角：
回程运动角：，，
中间休止角：，近休止角：
转速：，角速度：
因要求冲击小，故采用正弦加速度运动规律
推程时的运动方程：
见附图3
回程时的运动方程：
当在时：
见附图4
当在时：
见附图5

模数：

齿数：

直径：

模数：

齿数：

直径：

推程：
回程：

模数：

齿数：

直径：

6 主要参考文献
1、 机械原理课程设计指导书。同济大学机械原理与设计教研室
2、 孙桓，陈作模，葛文杰，机械原理（第七版）高等教育出版社，2006
3、 李兴华，机械设计课程设计 清华大学出版社，2012
7 设计心得
通过这2个月的努力，从初步的想法到具体的数据，设计逐渐成型。在设计过程中，我们遇到了不少问题，比如凸轮的设计，由于计算与设计的繁琐，让我们付出了大量的脑力。也比如如何让硬币实现分拣功能，为此我们多次开会，讨论可行性。最终选定了目前的分拣装置，更好地满足效率与准确分离的功能。像包装功能的实现，间歇机构的设计等等难点，无不暴露了我们在学科学习中的遗漏点与不足。通过这次课程设计，我们脚踏实地地掌握了知识，串联了书本的相关知识点。更明白了集体的力量与智慧，合作的创造力。齐心协力，我们的设计会更完美。