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任務(wù)書 本科 級 （部） 專業(yè) 班 設(shè)計（論文）題目 全自動硬幣清點捆扎機 學生姓名 學號 起訖日期 設(shè)計地點 指導教師 職稱 2013年 11月 20 日 1.畢業(yè)設(shè)計（論文）的目的：　大面值貨幣電子化、小面值貨幣硬幣化是世界各國貨幣發(fā)行的趨勢。隨著硬幣在自動售貨機、公交車等場合的普及應用,目前銀行手工包卷硬幣的方式已不能滿足大量硬幣處理的要求。 全自動硬幣清點捆扎機正是為了適應這一需求而設(shè)計的。它的優(yōu)點是能夠?qū)Υ罅康挠矌胚M行高速計數(shù)和捆扎,并且還具有一定的清分功能,是一種實用高效的產(chǎn)品。通過對全自動硬幣清點捆扎機的設(shè)計，培養(yǎng)學生結(jié)合以及應用所學的基礎(chǔ)理論知識，進行分析和設(shè)計。在設(shè)計過程中，使學生如何查找和閱讀相關(guān)文獻，掌握有關(guān)工程設(shè)計的程序、方法和技術(shù)規(guī)范，提高工程設(shè)計、繪制和編寫技術(shù)文件的能力。培養(yǎng)獨立工作，團結(jié)協(xié)作和從事產(chǎn)品研發(fā)的實際能力和水平。 2.畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)的內(nèi)容和要求： （1）閱讀相關(guān)文獻，了解全自動硬幣清點捆扎機，依據(jù)設(shè)計題目提出的要求，進行設(shè)計方案的設(shè)計并論證。 （2）繪制全自動硬幣清點捆扎機各零件的工程圖及裝配圖，至少二張半0號圖紙（其中一張裝配圖要求手繪）。 （3） 翻譯英文資料5000字左右。 （4）撰寫設(shè)計說明書，格式按學院相關(guān)規(guī)定。 （5）所有設(shè)計內(nèi)容（圖紙，設(shè)計說明書等）的紙版和電子版材料。 3.主要參考文獻： [1] 成大先. 機械設(shè)計手冊 單行版 機械傳動[M].北京：化工工業(yè)出版社，2004：4-5. [2] 成大先. 機械設(shè)計手冊 單行版 軸及其聯(lián)接[M].北京：化工工業(yè)出版社，2004：17. [3] 成大先. 機械設(shè)計手冊 單行版 軸承[M].北京：化工工業(yè)出版社，2004：23-24. [4] 劉筱霞. 包裝機械與設(shè)備 .北京：化工工業(yè)出版社，2012.6. [5]（美）斯克萊特，（美）奇羅尼斯　編，鄒平　譯. 機械設(shè)計實用機構(gòu)與裝置圖冊 .機械工業(yè)出版社 ，2007.4. 4.畢業(yè)設(shè)計（論文）進度計劃： 工作內(nèi)容 起訖日期 工作內(nèi)容 20131114~20131120 和同學見面會 學習學校相關(guān)規(guī)定 討論設(shè)計題目 布置同學按題目搜集相關(guān)資料 準備接受設(shè)計任務(wù)書 20131120 指導老師下達設(shè)計任務(wù)書 學生準備開題報告 20131120~20140228 學生按學院規(guī)定的格式提交畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 20140407 進行畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查，指導教師檢查學生畢業(yè)設(shè)計（論文）的進度（學生已完成的畢業(yè)設(shè)計工作量應不低于全部工作量的50%），要準備PPT答辯講解資料。 20140407~20140520 學生按學院和系的有關(guān)規(guī)定提交全部畢業(yè)設(shè)計（論文）資料 20140523 評閱學生的畢業(yè)設(shè)計（論文）資料，指導教師評語并評分。由系畢業(yè)設(shè)計領(lǐng)導小組聘請的評閱人寫出評閱意見并評分。 20140524~20140525 畢業(yè)設(shè)計（論文）小組答辯 20140602 畢業(yè)設(shè)計（論文）成績提交 20140606 畢業(yè)設(shè)計（論文）資料的歸檔及總結(jié) 每天通過QQ電話與學生保持網(wǎng)上聯(lián)系并根據(jù)學生需求每周可見面輔導 系（部）審核意見： 主任簽名 年 月 日 5. 指導教師工作日記： 日期 工作內(nèi)容（指導和檢查記錄、學生表現(xiàn)評語、課題進度建議，等等） 指導教師簽字 2013 11 14 晚上七點半在學校圖書館咖啡廳和同學見面會 學習學校相關(guān)規(guī)定 討論設(shè)計題目 布置同學按題目搜集相關(guān)資料 準備接受設(shè)計任務(wù)書 準備開題報告 晁利平 2013 12 18 (論文)開題報告 系（部）： 專業(yè)班級： 姓名 學號 指導 教師 職稱 學歷 課題名稱 全自動硬幣清點捆扎機 畢業(yè)設(shè)計（論文）類型（劃√） 工程設(shè)計 應用研究 開發(fā)研究 基礎(chǔ)研究 其他 √ 一、 本課題的研究目的和意義： 大面值貨幣電子化、小面值貨幣硬幣化是世界各國貨幣發(fā)行的趨勢。在銀行自動售貨機、公交車等一些特殊部門要對大量的硬幣進行高效的處理，如計數(shù)、分類、包裝等以使其再流通，無人售票車、投幣電話等需要對硬幣進行實時識別。 研究本課題可以極大的方便我們的生活，提高工作效率，全自動硬幣清點捆扎機能夠?qū)Υ罅康挠矌胚M行高速計數(shù)和捆扎,并且還具有一定的清分功能,是一種實用高效的產(chǎn)品。 二、 文獻綜述（國內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）： 硬幣清分機至今已有30年的歷史，發(fā)展到今天，硬幣清分機已具有可靠的傳動系統(tǒng)和先進的計數(shù)清分功能，其智能化的設(shè)計為解決硬幣清點的困難提供了完美的選擇。由于國外硬幣清分機發(fā)展比較早，其技術(shù)也較為成熟。硬幣清分機的傳動系統(tǒng)技術(shù)具有低噪聲、傳動平穩(wěn)、、性能可靠等優(yōu)點；計數(shù)功能采用光敏傳感器，有功能齊全，操作更簡便等優(yōu)點；采用數(shù)字顯示屏，進行可視化設(shè)計，全面顯示硬幣的數(shù)量等信息。硬幣清分機國內(nèi)生產(chǎn)：在國內(nèi)，清華大學、北京科技大學、上海交通大學、杭州電子科技大學、蘇州大學、福州大學等多家單位均對如何進行正確的硬幣識別做過深入研究，在機理上普遍采用電渦流法。這些單位的研究在可能涉及的硬幣范圍內(nèi)取得了較好的效果，但對硬幣的鑒別都局限于項目本身，存在不系統(tǒng)、不完整，對偽幣效果識別不好等問題。綜合來看，當今國內(nèi)外硬幣清分裝置，或者設(shè)計原理簡單，抗振動、抗電磁干擾能力差，識別偽幣能力差；要么制造復雜、價格昂貴、缺少實用價值。 三、 本課題的主要研究內(nèi)容（提綱）和成果形式： 1、 全自動硬幣清點捆扎機采用物理技術(shù)進行清分，設(shè)計原理簡單，能對國內(nèi)新版硬幣進行快速清分，但不具備辯偽功能。 2、 該機器可以實現(xiàn)對硬幣個數(shù)定量的進行清分捆扎。 3、機器可以將硬幣的清分和捆扎一次性完成，省略中途人為操作的麻煩。 四、 擬解決的關(guān)鍵問題： 1. 如何避免一次送進過多硬幣造成機器的堵塞和不流暢。 2. 選擇合適的方法或者原理對硬幣進行計數(shù)。 3.如何選擇對硬幣更加美觀，高效，省料的捆扎方法。 五、 研究思路、方法和步驟： （1） 首先要對全自動硬幣清點捆扎機要有整體的構(gòu)思，通過各種途徑了解全自動硬幣清點捆扎機的發(fā)展從硬幣的放入，分類，計數(shù)，再到捆扎構(gòu)思出需要用到的機構(gòu)和原理。 （二）、因為一次性可能需要放入大量的混雜的硬幣，所以設(shè)計成振動料斗，在振動料斗的作用下使硬幣在進入滑道前排列定向依次進入滑道，在滑道上開有小槽，使不和規(guī)格的硬幣落入下面的槽中。 （三）、該機器采用光敏傳感器作為基本傳感器進行硬幣的計數(shù)，在硬幣進槽的途中放置光電三極管作為檢測元件。當硬幣通過時，接收端會收到光信號，并且通過LED數(shù)碼顯示管將計數(shù)結(jié)果顯示出來。 （四)、最后的捆扎采用的是塑料薄膜對已經(jīng)分好的成堆硬幣進行纏繞，然后通過熱封薄膜的作用進行固定。 六、 本課題的進度安排： 1. 開題報告 2. 進行實地調(diào)查，收集數(shù)據(jù) 3. 實驗數(shù)據(jù)分析整理 4. 翻譯英文文獻 5. 繪制圖紙 6.編寫說明書 參考文獻： [1] 成大先. 機械設(shè)計手冊 單行版 機械傳動[M].北京：化工工業(yè)出版社，2004：4-5. [2] 成大先. 機械設(shè)計手冊 單行版 軸及其聯(lián)接[M].北京：化工工業(yè)出版社，2004：17. [3] 成大先. 機械設(shè)計手冊 單行版 軸承[M].北京：化工工業(yè)出版社，2004：23-24. [4] 劉筱霞. 包裝機械與設(shè)備 .北京：化工工業(yè)出版社，2012.6. [5]（美）斯克萊特，（美）奇羅尼斯　編，鄒平　譯. 機械設(shè)計實用機構(gòu)與裝置圖冊 .機械工業(yè)出版社 ，2007.4. 七、 指導老師意見： 指導老師（簽名）： 年 月 日 八、 系（部）意見： 系（部）主任（簽名）： 年 月 日 注：本表可續(xù)頁 2.2.6 振動料斗中硬幣的排列定向 振動料斗中的硬幣在進入滑道前需在振動料斗中排列定向，保證一個接一個有序地進入滑道，因此應在振動料斗中設(shè)計擋片，擋片是可調(diào)的，便于選別不同規(guī)格硬幣，設(shè)計不同的擋片，使沿料槽只能使規(guī)格相同的一種硬幣通過。順著料槽的能順利進入滑道（從上往下滑），進入槽式振動送料機后，在槽上開有小槽，使不和規(guī)格的硬幣落入下面的槽中，從而進行硬幣的二次分選，使硬幣的分選更徹底。 排列定向示意圖如圖所示： 開槽的順序（從小到大，從上到下） 一角，五角，一元。 以1元硬幣的滑道為例，滑道的視圖和具體尺寸如下所示： 自動包裝機構(gòu) 4.1 硬幣自動分選計量機械設(shè)計的包裝原理 （1） 硬幣經(jīng)過振動送料機的兩次分選后經(jīng)過滑道直接滑入裝幣筒中?；郎弦惭b光電記數(shù)裝置和電磁鐵隔板防滿裝置，光電記數(shù)裝置是用來控制硬幣滑入幣筒的數(shù)量，每次記數(shù)為50枚。電磁鐵隔板的作用是防滿，每次滑入幣筒的硬幣如果滿了，電磁鐵隔板就擋在滑道上，使硬幣不再滑入幣筒。 （2）幣筒的高度正好等于五十枚硬幣的高度，我所設(shè)計的硬幣自動分選包裝機要分選出1元、5毛、1毛的硬幣，應設(shè)計好幣筒的高度，所以分選出的硬幣分別裝入三個不同高度的硬幣筒,分別是1元硬幣筒的高度為100mm，5角硬幣筒的高度為75mm，1角硬幣筒的高度也是75mm。裝幣筒的作用就是裝分選出來的硬幣，是硬幣的整理過程。 （3）絲杠頂桿是有電動機帶動齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動絲杠螺母做上下往復運動，從而完成頂桿頂硬幣的動作。每次裝滿50枚硬幣，絲杠向下運動一次，將硬幣頂下，絲杠回轉(zhuǎn)。頂桿裝置的作用是頂硬幣，由于硬幣落入幣筒中可能有不平整的，用頂桿使之平整，還有就是使堆好的硬幣在機械手張開的時候用頂桿將硬幣頂入機械手的下面，然后頂桿向上運動，機械手再一次夾緊，使落下的硬幣上面封好，完成一次包裝。在封好落下的硬幣的上部的時候也就是對下一次包裝硬幣的底部的封接。這樣往復運動，從而完成一次硬幣的記數(shù)，包裝。 （4）塑料薄膜固定在軸承座上，伸長的部分要包在幣筒的外面，下面要長出幣筒，用機械手夾緊熱封，在幣筒的側(cè)面用一個橫向封接器完成熱封薄膜的作用。每次硬幣裝滿50個，熱封器自動熱封一次。 （5）機械手主要是由電動機帶動齒輪轉(zhuǎn)動，通過電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而使機械手做夾緊和張開運動。 世界最新機械設(shè)計理念 來源:中國科技期刊 摘要:根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計學者進行機械產(chǎn)品設(shè)計時的主要思維特點，將產(chǎn)品方案的設(shè)計方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識和智能。這幾種方法的特點及其相互間的有機聯(lián)系，提出產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)的努力方向。 關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品方案設(shè)計方法發(fā)展趨勢 設(shè)計文件是將語義設(shè)計網(wǎng)作為設(shè)計工具，在其開發(fā)的活性語義設(shè)計網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計，結(jié)點表示元件化的單元(如設(shè)計任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計過程中的所有活動和結(jié)果預先建立模型，使早期設(shè)計要求的定義到每一個結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達，實現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計過程由抽象到具體的飛躍。 系統(tǒng)化設(shè)計方法 系統(tǒng)化設(shè)計方法的主要特點是：將設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設(shè)計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。 系統(tǒng)化設(shè)計思想于70年代由德國學者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計的一般模式，倡導設(shè)計工作應具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，制訂出標準VDI2221技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計方法。 1. 將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件設(shè)計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標和作業(yè)控制規(guī)程的方法。 2. 將產(chǎn)品看作有機體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計過程劃分成功能需求層次、實現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 3. 將機械設(shè)計中系統(tǒng)科學的應用歸納為兩個基本問題：一是把要設(shè)計的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分（單元）及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計目標，正確、合理地確定設(shè)計中各個方面的工作和各個不同的設(shè)計階段。 由于每個設(shè)計者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點不同，進行方案設(shè)計時采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計方法。 4. 設(shè)計元素法 用五個設(shè)計元素（功能、效應、效應載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認為一個產(chǎn)品的五個設(shè)計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計學者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。 5. 圖形建模法 研制的“設(shè)計分析和引導系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。 將設(shè)計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點，將設(shè)計方法解與信息技術(shù)進行集成，實現(xiàn)了設(shè)計過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。 6. “構(gòu)思”—“設(shè)計”法 將產(chǎn)品的方案設(shè)計分成“構(gòu)思”和“設(shè)計”兩個階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解。“設(shè)計”階段的工作則是具體實現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。 將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機械運動簡圖)。方案的“設(shè)計”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡圖，把設(shè)計專家憑直覺設(shè)計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應用現(xiàn)有知識的方法，并將其應用于“構(gòu)思”和“設(shè)計”階段。 7. 鍵合圖法 將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設(shè)計方案的方法。 提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個系統(tǒng)。 本結(jié)構(gòu)應該具有標準化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計與組合設(shè)計相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。 以設(shè)計為目錄作為選擇變異機械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計的解元素進行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計目錄。并在解集設(shè)計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設(shè)計工程師選擇解元素。 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設(shè)計與制造，以及從用戶對產(chǎn)品的功能需求→設(shè)計→加工→裝配→成品這一并行工程的實現(xiàn)成為可能。但是，達到這些目標的重要前提條件之一，就是實現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件愈來愈多地應用于產(chǎn)品的方案設(shè)計中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設(shè)計中初露鋒芒。目前，德國等發(fā)達國家正著力于研究超媒體技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準STEP，以及標準虛擬現(xiàn)實造型語言上基于虛擬環(huán)境的標準交換格式)在產(chǎn)品設(shè)計中的應用。 機械產(chǎn)品的方案設(shè)計正朝著計算機輔助實現(xiàn)、智能化設(shè)計和滿足異地協(xié)同設(shè)計制造需求的方向邁進，由于產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達到上述目標的方案設(shè)計工具軟件。作者認為，綜合運用文中四種類型設(shè)計方法是達到這一目標有效途徑。雖然這些方法的綜合運用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機械設(shè)計的領(lǐng)域知識有關(guān)，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計算機軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計必須努力的方向。國外在這方面的研究已初見成效，我國設(shè)計學者也已意識到CAD技術(shù)與國際交流合作的重要性，及其應當采取的措施。 基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。 機械系統(tǒng)的方案設(shè)計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進行推量和決策，完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設(shè)計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計學者針對機械系統(tǒng)方案設(shè)計知識的自動化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。 說明書和全套二維三維圖紙 設(shè)計說明書（或論文）不少于15000 字；另外，翻譯英文資料不少于5000 漢字。 設(shè)計類的題目至少完成二張半0號圖紙（其中一張裝配圖要求手繪）； 幣種 材質(zhì) 直徑（mm） 重量 （g） 厚度（mm） 邊形 形狀 發(fā)行年份 中國第三套普通流通硬幣 菊花1角 鋁鎂合金 22.5 2.2. 2.4 平邊 外圓內(nèi)九邊形 1991-1999 梅花5角 銅鋅合金 20.5 3.8 1.65 間斷絲齒 圓形 1991-2001 牡丹1元 鋼芯鍍鎳 25 6.05 1.85 平邊 圓形 1991-1999 中國第四套普通流通硬幣 蘭花1角 鋁鎂合金 19 1.15 1.67 平邊 圓形 1999-2003 不銹鋼 19 3.2 1.67 平邊 圓形 2005-2011 荷花5角 鋼芯鍍銅 20.5 3.8 1.65 間斷絲齒 圓形 2002-2011 菊花1元 鋼芯鍍鎳 25 6.05 1.85 平邊 圓形 1999-2011 題 目： 全自動硬幣清點捆扎 姓 名： 學 號： 系 別： 專 業(yè)： 年 級： 指導教師： 年 月 日 摘要 本篇畢業(yè)設(shè)計的論文主要闡述的是全自動硬幣清點捆扎機的設(shè)計。全自動硬幣清點捆扎機的特點是可以實現(xiàn)不同大小個數(shù)的硬幣定量的進行清分捆扎。大面值貨幣電子化、小面值貨幣硬幣化是世界各國貨幣發(fā)行的趨勢。在銀行自動售貨機、公交車等一些特殊部門要對大量的硬幣進行高效的處理，如計數(shù)、分類、包裝等以使其再流通，無人售票車、投幣電話等需要對硬幣進行實時識別。本文首先對全自動硬幣清點捆扎機要有整體的構(gòu)思，通過各種途徑了解全自動硬幣清點捆扎機的發(fā)展從硬幣的放入，分類，計數(shù)，再到捆扎構(gòu)思出需要用到的機構(gòu)和原理，確定系統(tǒng)總體方案、電機功率及轉(zhuǎn)速；其次就是方案的實現(xiàn)，確定零部件的參數(shù)，繪制件圖；最后整理資料，撰寫設(shè)計說明。 關(guān)鍵詞：捆軋機、滑道、光敏傳感器、膜片 目錄 1 緒論 5 1.1 研究全自動硬幣清點捆扎機的目的和意義 5 1.2 全自動硬幣清點捆扎機國內(nèi)外發(fā)展概述 5 1.3 本課題的主要研究內(nèi)容 5 1.4 研究思路、方法和步驟 6 1.5 全自動硬幣清點捆扎機的工作原理及作用 6 2 方案確定 6 2.1 電源 7 2.2 總體參數(shù) 7 2.3 振動料斗 7 2.3.1 驅(qū)動機構(gòu) 7 2.4 分離步驟 8 2.5 計數(shù)步驟 8 2.6 電路設(shè)計 8 2.7 總體方案圖繪制 9 3 全自動硬幣清點捆扎機設(shè)計計算 9 3.1 總體尺寸要求 9 3.2 振動料斗設(shè)計 9 3.3 傳動設(shè)計 9 3.3.1 電動機的選型 9 3.3.2 電機轉(zhuǎn)速 10 3.3.3 電機功率 11 3.3.4 電機材料 11 3.3.5 電動機的選擇 11 3.3.6 皮帶輪的設(shè)計要求 12 3.3.7 帶輪的材料 12 3.3.8 皮帶輪的結(jié)構(gòu) 12 3.3.9 皮帶輪相關(guān)計算 13 3.3.10 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 3.3.11 皮帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 16 3.3.12 錐齒輪的設(shè)計 17 3.4 導軌的設(shè)計 20 3.4.1 直線運動導軌的概述 20 3.4.2 硬幣導軌的設(shè)計要求 21 3.5 轉(zhuǎn)盤的加工設(shè)計 22 3.6 傳感器的選用 27 3.7 自動捆軋機設(shè)計 28 3.7.1 定位機械手設(shè)計 28 3.7.2 定位機械手電機 32 3.7.3 定位機械手絲杠設(shè)計 35 3.7.4 送紙及包卷功能設(shè)計 41 3.8 機架的設(shè)計 42 4 環(huán)保性與經(jīng)濟性分析 43 4.1 節(jié)能環(huán)保性分析 43 4.2 經(jīng)濟性分析 43 4.3 結(jié)束語 43 5 參考文獻 46 1 緒論 1.1 研究全自動硬幣清點捆扎機的目的和意義 大面值貨幣電子化、小面值貨幣硬幣化是世界各國貨幣發(fā)行的趨勢。在銀行自動售貨機、公交車等一些特殊部門要對大量的硬幣進行高效的處理，如計數(shù)、分類、包裝等以使其再流通，無人售票車、投幣電話等需要對硬幣進行實時識別。 研究本課題可以極大的方便我們的生活，提高工作效率，全自動硬幣清點捆扎機能夠?qū)Υ罅康挠矌胚M行高速計數(shù)和捆扎,并且還具有一定的清分功能,是一種實用高效的產(chǎn)品。 1.2 全自動硬幣清點捆扎機國內(nèi)外發(fā)展概述 硬幣清分機至今已有30年的歷史，發(fā)展到今天，硬幣清分機已具有可靠的傳動系統(tǒng)和先進的計數(shù)清分功能，其智能化的設(shè)計為解決硬幣清點的困難提供了完美的選擇。由于國外硬幣清分機發(fā)展比較早，其技術(shù)也較為成熟。硬幣清分機的傳動系統(tǒng)技術(shù)具有低噪聲、傳動平穩(wěn)、、性能可靠等優(yōu)點；計數(shù)功能采用光敏傳感器，有功能齊全，操作更簡便等優(yōu)點；采用數(shù)字顯示屏，進行可視化設(shè)計，全面顯示硬幣的數(shù)量等信息。硬幣清分機國內(nèi)生產(chǎn)：在國內(nèi)，清華大學、北京科技大學、上海交通大學、杭州電子科技大學、蘇州大學、福州大學等多家單位均對如何進行正確的硬幣識別做過深入研究，在機理上普遍采用電渦流法。這些單位的研究在可能涉及的硬幣范圍內(nèi)取得了較好的效果，但對硬幣的鑒別都局限于項目本身，存在不系統(tǒng)、不完整，對偽幣效果識別不好等問題。綜合來看，當今國內(nèi)外硬幣清分裝置，或者設(shè)計原理簡單，抗振動、抗電磁干擾能力差，識別偽幣能力差；要么制造復雜、價格昂貴、缺少實用價值。 1.3 本課題的主要研究內(nèi)容 本課題主要研究的內(nèi)容是： 1、全自動硬幣清點捆扎機采用物理技術(shù)進行清分，設(shè)計原理簡 單，能對國內(nèi)新版硬幣進行快速清分，但不具備辯偽功能。 2、該機器可以實現(xiàn)對硬幣個數(shù)定量的進行清分捆扎。 3、機器可以將硬幣的清分和捆扎一次性完成，省略中途人為操作的麻煩。 1.4 研究思路、方法和步驟 （一）、首先要對全自動硬幣清點捆扎機要有整體的構(gòu)思，通過各種途徑了解全自動硬幣清點捆扎機的發(fā)展從硬幣的放入，分類，計數(shù)，再到捆扎構(gòu)思出需要用到的機構(gòu)和原理。 （二）、因為一次性可能需要放入大量的混雜的硬幣，所以設(shè)計成振動料斗，在振動料斗的作用下使硬幣在進入滑道前排列定向依次進入滑道，在滑道上開有小槽，使不和規(guī)格的硬幣落入下面的槽中。 （三）、該機器采用光敏傳感器作為基本傳感器進行硬幣的計數(shù)，在硬幣進槽的途中放置光電三極管作為檢測元件。當硬幣通過時，接收端會收到光信號，并且通過LED數(shù)碼顯示管將計數(shù)結(jié)果顯示出來。 （四)、最后的捆扎采用的是塑料薄膜對已經(jīng)分好的成堆硬幣進行纏繞，然后通過熱封薄膜的作用進行固定。 1.5 全自動硬幣清點捆扎機的工作原理及作用 具體的分離步驟是這樣的，首先混幣通過傳輸裝置，定時定量的（定時定量的目的在于防止一次送進過多的硬幣而導致分離盤負擔過大，引起堵塞和分離不流暢）傳輸一部分混幣到圖中所示的分離盤，起先我們分離的是幣值為1分的硬幣，所以第一個傳感器擋幣塊與導軌的距離設(shè)計的要比1分的硬幣略大，比其它幣值的硬幣直徑都要小，以此為標準再經(jīng)過實驗產(chǎn)生的分離效果，我們確定一個合適的直徑，這樣一來，1分的硬幣和其它幣值的硬幣就區(qū)分了出來。 其工作原理如下：啟動電動機，電動機帶動分離盤，使得分離盤轉(zhuǎn)動，則分離盤中的硬幣作離心運動，硬幣被撥到導軌中（導軌上端對應6個傳感器擋幣塊,擋幣塊與導軌的距離大小循序從上到下依次變大），然后根據(jù)硬幣的尺寸由小到大的循序?qū)鯉艍K與導軌之間的距離進行調(diào)整，從而對不同直徑的硬幣進行分離。 2 方案確定 該全自動硬幣清點捆扎機的坐標形式是球坐標式，其臂部的運動由一個直線運動和兩個轉(zhuǎn)動組成，即沿X軸的伸縮，繞Y軸的俯仰和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。這種機械手臂部的俯仰運動能抓取到地面上的物件，為了使手部能夠適應被抓取對象方位的要求，常常設(shè)有手腕上下擺動，使其手部保持水平位置或其它狀態(tài)。這種形式的機械手具有動作靈活，占地面積小而工作范圍大等特點，它適用于沿伸縮方向向外作業(yè)的傳動形式。但結(jié)構(gòu)較復雜，此外，臂部擺角的誤差通過手臂會引起手部中心處的誤差放大。 2.1 電源 電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置，也稱電源供應器，它提供所有部件所需要的電能。電源功率的大小，電流和電壓是否穩(wěn)定，將直接影響電機、控制元件和電腦等的工作性能和使用壽命。 電源涉及到電壓和頻率，各國的標準不一樣，電頻率歐洲為60Hz，中國為50Hz；電壓的選取則要根據(jù)實際情況的需要，主要是電纜能承受的范圍內(nèi)選取，一般情況下，功率不大，都選取AC220V作為動力電源，根據(jù)機構(gòu)的特點，本篇中全自動硬幣清點捆扎機的電機采用常用的3相交流電壓AC220V，50Hz的電制。 2.2 總體參數(shù) 全自動硬幣清點捆扎機有幾大部件：1、電機，2、振動料斗，3、滑軌，4、捆軋機，5、皮帶系統(tǒng)，本篇；論文的全自動硬幣清點捆扎機有如下參數(shù)： 電機型號 YL55-4 電制 220V/50Hz 電機功率 55W 電機轉(zhuǎn)速 150rpm 驅(qū)動方式 電驅(qū)動 控制方式 PLC控制 重量 5kg 2.3 振動料斗 2.3.1 驅(qū)動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)由電機帶動轉(zhuǎn)軸，在料斗中進行旋轉(zhuǎn)攪動，這樣就實現(xiàn)料斗的硬幣在驅(qū)動輪的作用下，不至于在料斗中卡死，從而實現(xiàn)了振動料斗的作用。 2.4 分離步驟 具體的分離步驟是這樣的，首先混幣通過傳輸裝置，定時定量的（定時定量的目的在于防止一次送進過多的硬幣而導致分離盤負擔過大，引起堵塞和分離不流暢）傳輸一部分混幣到圖中所示的分離盤，起先我們分離的是幣值為1分的硬 幣，所以第一個傳感器擋幣塊與導軌的距離設(shè)計的要比1分的硬幣略大，比其它幣值的硬幣直徑都要小，以此為標準再經(jīng)過實驗產(chǎn)生的分離效果，我們確定一個合適的直徑，這樣一來，1分的硬幣和其它幣值的硬幣就區(qū)分了出來。 其工作原理如下：啟動電動機，電動機帶動分離盤，使得分離盤轉(zhuǎn)動，則分離盤中的硬幣作離心運動，硬幣被撥到導軌中（導軌上端對應6個傳感器擋幣塊,擋幣塊與導軌的距離大小循序從上到下依次變大），然后根據(jù)硬幣的尺寸由小到大的循序?qū)鯉艍K與導軌之間的距離進行調(diào)整，從而對不同直徑的硬幣進行分離。其裝置簡圖如圖1所示 2.5 計數(shù)步驟 本系統(tǒng)采取的是利用光敏傳感器作為基本傳感器進行硬幣的計數(shù)。計數(shù)裝置是用光電三極管作為檢測元件。 當硬幣陸續(xù)通過導軌所指位置時，接收端會收到光信號，通過一個就會收到一個光信號，通過N個就會收到N個光信號，同時在其輸出端輸出N個電脈沖信號。采用一單片機對輸出的電脈沖信號的下降沿進行計數(shù)，并且通過LED數(shù)碼顯示管將計數(shù)結(jié)果顯示出來。 2.6 電路設(shè)計 為了滿足上述系統(tǒng)的正常工作，我們可以采用可編程控制器進行設(shè)計，也可以采用單片機自行開發(fā)印制電路板。前者開發(fā)周期短，抗干擾能力強，但作為批量生產(chǎn)，其價格昂貴，保密性不好，他人易于模仿。后者開發(fā)時須投入一些人力物力，對于只有開關(guān)量輸入、輸出的控制系統(tǒng)，干擾比較容易解決，只要電路板布線合理一些、整線布線注意一下就可以了。所以，本機的采用的硬件電路設(shè)計如圖。 2.7 總體方案圖繪制 出總裝圖后描述！ 3 全自動硬幣清點捆扎機設(shè)計計算 全自動硬幣清點捆扎機的計算主要分為V型皮帶傳動計算、錐齒輪計算、導軌的設(shè)計、轉(zhuǎn)盤的加工設(shè)計、傳感器的選用等等，下面我們就一一來進行設(shè)計計算。 3.1 總體尺寸要求 電機型號 YL55-4 電制 220V/50Hz 電機功率 55W 電機轉(zhuǎn)速 150rpm 驅(qū)動方式 電驅(qū)動 控制方式 PLC控制 重量 5kg 具體結(jié)構(gòu)尺寸見圖紙。 3.2 振動料斗設(shè)計 出圖后描述！ 3.3 傳動設(shè)計 3.3.1 電動機的選型 考慮到設(shè)計的硬幣清分機機適用對象為零售業(yè)、銀行和個體商戶戶,故電動機電壓應選用220V.再考慮到所受的載荷不大,所需動力不是很大,選用小功率的電動機. 綜合各方面因素,選用YL系列電動機. YL系列電動機是新型高效節(jié)能產(chǎn)品,具有體積小、容量大,起動及運轉(zhuǎn)性能優(yōu)越等特點,符合國際標準IEC的有關(guān)規(guī)定,并實現(xiàn)同一機座號單、三相異步電動機等級相同,提高了單、三相電動機的互換性和通用性,被廣泛應用于冷凍機、泵、風機、,小型機床以及農(nóng)副業(yè)和家用電器等方面. 電機的基本參數(shù)主要就是電機的功率及轉(zhuǎn)速，這是電機的核心參數(shù)，下面將對電機的功率按照電機的使用的21.5%來計算電機的功率，使用系數(shù)為21.5%，即使用轉(zhuǎn)速則根據(jù)電機自身的特性來選取，具體計算如下。 異步電機是一種交流電機，其負載時的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之比不是恒定關(guān)系。還隨著負載的大小發(fā)生變化。負載轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越低。異步電機包括感應電機、雙饋異步電機和交流換向器電機。感應電機應用最廣，在不致引起誤解或混淆的情況下，一般可稱感應電機為異步電機。 普通異步電機的定子繞組接交流電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源連接。因此，它具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點。異步電機有較高的運行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運行，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械的傳動要求。異步電機還便于派生成各種防護型式，以適應不同環(huán)境條件的需要。異步電機運行時，必須從電網(wǎng)吸取無功勵磁功率，使電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞。因此，對驅(qū)動球磨機、壓縮機等大功率、低轉(zhuǎn)速的機械設(shè)備，常采用同步電機。由于異步電機的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速有一定的轉(zhuǎn)差關(guān)系，其調(diào)速性能較差(交流換向器電動機除外)。對要求較寬廣和平滑調(diào)速范圍的交通運輸機械、軋機、大型機床、印染及造紙機械等，采用直流電機較經(jīng)濟、方便。但隨著大功率電子器件及交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，目前適用于寬調(diào)速的異步電機的調(diào)速性能及經(jīng)濟性已可與直流電機的相媲美。 3.3.2 電機轉(zhuǎn)速 電機的轉(zhuǎn)速會影響到電機的產(chǎn)生的噪音的大小，同時也會伴隨震動，轉(zhuǎn)速過快其壽命也將縮短，但是轉(zhuǎn)速過慢，電機的極數(shù)又會增多，價格又會上漲，所以應該根據(jù)實際的需要來選取電機的。選取電機轉(zhuǎn)速為150rpm。 電機的極數(shù)反映出電動機的同步轉(zhuǎn)速，2極同步轉(zhuǎn)速是300r/min，4極同步轉(zhuǎn)速是150r/min，6極同步轉(zhuǎn)速是100r/min,8極同步轉(zhuǎn)速是750r/min。繞組的一來一去才能組成回路，也就是磁極對數(shù)，是成對出現(xiàn)的，極就是磁極的意思，這些繞組當通過電流時會產(chǎn)生磁場，相應的就會有磁極。 三相交流電機每組線圈都會產(chǎn)生N、S磁極，每個電機每相含有的磁極個數(shù)就是極數(shù)。由于磁極是成對出現(xiàn)的，所以電機有2、4、6、8……極之分。本篇的電機采用4級。 3.3.3 電機功率 全自動硬幣清點捆扎機全自動硬幣清點捆扎機的電機功率如下： P’=F.V； P—全自動硬幣清點捆扎機電機功率,kW； F— 提供的動力,N； V—提供的速度； 已知，N=100N，V=0.55m/s，所以計算出P=0.055kW，取P=0.055kW。 n=150rpm。 3.3.4 電機材料 電機的材料主要指電機的外殼材料，由于電機所處的環(huán)境干燥，所以電機材料可以使用鑄鐵，同時其防護等級只需取B級即可滿足本片中全自動硬幣清點捆扎機的要求。 3.3.5 電動機的選擇 由于運輸機的功率P′=55w，可知電動機的功率為P>P′。又根據(jù)其工作條件，選用三相籠型異步電動機，封閉式結(jié)構(gòu)，額定電壓為220V，Y型。選用YL25-4，其額定功率為P=55w，額定轉(zhuǎn)速為n1=150 r/min 電動機外形安裝尺寸如下表， 型號 尺 寸 （mm） H A B C D E G K b b1 b2 h AA BB HA L1 Y132M 40 50 40 25 20 40 20 6 60 60 40 60 20 40 8 65 電動機的主要參數(shù)： 型號:YL801-4 電壓:220V 功率:0.055KW 同步轉(zhuǎn)速:150r/min 頻率:50HZ 效率:68% 功率因數(shù):0.92外形尺寸:654040 電動機的安裝方式： 選擇IBM3型 3.3.6 皮帶輪的設(shè)計要求 ① 電動機皮帶輪的設(shè)計 ② 主軸皮帶輪的設(shè)計 設(shè)計皮帶輪時應滿足的要求有：質(zhì)量小；結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造內(nèi)應力，質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時要經(jīng)過動平衡，輪槽工作面要經(jīng)過精細加工（表面粗糙度一般應為3.2）以減帶的磨損，各槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。 3.3.7 帶輪的材料 此處帶輪的材料，采用鑄鐵，材料牌號為HT200。 3.3.8 皮帶輪的結(jié)構(gòu) 鑄鐵制皮帶輪的典型結(jié)構(gòu)有以下幾種形式：①實心式②腹板式③孔板式④橢圓輪輻式. 當帶輪的基準直徑2.5d(d為軸的直徑，單位為mm)時，可采用實心式； 300mm時，可采用腹板式（當100mm時，可采用孔板式）；300mm時，可采用輪輻式。 3.3.9 皮帶輪相關(guān)計算 已知電動機的額定功率為0.025KW,轉(zhuǎn)速n1=1500r/min,選取傳動比為i=3.9,采用普通皮帶傳動. 1.確定計算功率P 由參考資料[1]表8-6查得工作情況系數(shù) KA=1.1,故 P=KAP=1.10.55=0.0605KW 2.選取帶型 根據(jù)P，n 由參考資料[1]圖8-9確定選用Z型 3.確定帶輪基準直徑 由[1]表8-3和表8-7取主動輪基準直徑 d=71mm 則從動輪基準直徑 d=i d=3.971=276.9mm 根據(jù)參考資料[1]表8-7 取d=280mm 按參考資料[1]式(8-13)驗算帶的速度 V==m/s=5.57<35m/s 帶的速度合適 4.確定皮帶的基準長度和傳動中心距 根據(jù) 0.7(dd1+dd2)120° 主輪上的包角合適 6.計算皮帶的根數(shù)Z 由參考資料[1]式(8-22)知 由n1=1500r/min, dd1=71mm, i=3.9 查由參考文獻[1]表8-5a和參考文獻[1]表8-5b,得 P=0.31kw, △P=0.003kw 查參考資料[1]表8-8,得K=0.92 查參考資料[1]表8-2,得K=1.14 則=1.697 取z=2 式(8-22)中 K—————包角系數(shù) K——————長度系數(shù) P——————單根皮帶的基本額定功率 △P—————計入傳動比的影響時,單根皮帶額定功率的增量 7.計算預緊力F 由參考資料[1]式(8-23)知 F= 查參考資料[1]表8-4, 得q=0.06kg/m,故 F==49.687584N 8.計算作用在軸上的壓軸力F 由參考資料[1]式(8-24), 得 F===192.3N 3.3.10 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要是根據(jù)帶輪的基準直徑選擇結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的截型確定輪槽尺寸，參考文獻[1]表（8-10），帶輪的其它結(jié)構(gòu)尺寸可參照參考文獻[1]圖（8-12）所列經(jīng)驗公式計算，確定了帶輪的各部分尺寸后，即可繪制出零件圖，并按工藝要求注出相應的技術(shù)條件等。 由以上的計算可知：電動機的皮帶輪選實心式；主軸皮帶輪選腹板式。 3.3.11 皮帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 圖 3-1 皮帶輪的輪槽尺寸 皮帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3-1 表 3-1 注：電動機皮帶輪 L=(1.5~2)d, B<1.5d時，L=B，此處L=28 =(1.8~2)d, d為軸的直徑，此處=2d 主軸皮帶輪 L=（1.5~2）d, 當B<1.5d時，L=B,此處L=28 =B 此處=B=7 3.3.12 錐齒輪的設(shè)計 選用直齒錐形齒輪,取錐齒輪傳動效率=0.95, 小錐齒輪傳動功率為P=0.05225,轉(zhuǎn)速n=384.6r/min.傳動比i=2. 一、選擇齒輪材料 小齒輪用45調(diào)質(zhì),齒面硬度200-230HBS 大齒輪用45調(diào)質(zhì),齒面硬度170-200HBS 根據(jù)齒面硬度中值,按參考資料[2]圖17-1中MQ線查得 小齒輪=565MPa 大齒輪=545MPa 二、選定齒輪精度等級 根據(jù)工作情況,選用8級精度 三、按接觸疲勞強度設(shè)計小齒輪分度直徑 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T T=9550P/n=95500.5225/384.6=12.97N·m 齒數(shù)比 u=i=2 配對材料系數(shù)C 查參考資料[2]表17-18,得C=1 載荷系數(shù) 根據(jù)載荷情況,齒輪精度和齒輪結(jié)構(gòu)位置取K=1.5 (5)許用應力 =0.9=0.9565=509MPa =0.9=0.9545=491MPa 取小值,所以==491MPa （6）計算小齒輪分度圓直徑d =52mm 四、計算主要尺寸與參數(shù) (1)選定小齒輪齒數(shù)z 由參考資料[2]圖17-18,并根據(jù)小齒輪直徑,齒面硬度選定z=20,則z= zu=40 (2)確定模數(shù)m =52/20=2.6mm 取標準值m=2.5mm (3)計算分度圓直徑, =m z=50mm =m z=100mm (4)計算分錐角, =arc tan(z/ z)=arc tan(20/40)=26.565° =90°-=63.435° 計算錐距R R===55.9mm 計算輪齒寬度b 取=0.33 b=R=55.9=18.447mm 取b=20mm 計算齒頂圓直徑, ==12.5=2.5mm ===54.59mm =102.2mm 計算平均圓周速度 =41.75mm =0.84m/s 錐齒輪傳動參數(shù)見表3-2 表 3-2 參數(shù) 代號 參數(shù)值 小齒輪 大齒輪 齒形角 20° 20° 大端面模數(shù) m 2.5 2.5 傳動比 i 2 2 齒數(shù) z 20 40 分錐角 26.565° 63.435° 分度圓直徑 d 50 100 錐距 R 55.9 55.9 齒寬系數(shù) 0.33 0.33 齒寬 b 20 20 齒頂高 2.5 2.5 齒高 h 5.5 5.5 齒根高 3 3 齒頂圓直徑 54.5 102.2 齒根角 3.07° 3.07° 齒頂角 3.07° 3.07° 頂錐角 29.635° 66.505° 根錐角 23.495° 60.365° 安裝距 A 72 53 外錐角高 48.88 22.76 五 、小錐齒輪零件圖如下 3.4 導軌的設(shè)計 3.4.1 直線運動導軌的概述 直線運動導軌的作用是用來支承和引導運動部件按給定的方向作往復直線運動。導軌可以是一個專門的零件，也可以是一個零件上起導向作用的部分。滑動摩擦導軌的運動件與承導件直接接觸。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、接觸剛度大；缺點是摩擦阻力大、磨損快、低速運動時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。 按照機械運動學原理，一個剛體在空間有六個自由度，即沿x、y、z軸移動和繞它們轉(zhuǎn)動（圖）。對于直線運動導軌，必須限制運動件的五個自由度，僅保留沿一個方向移動的自由度。 導軌的導向面有棱柱面和圓柱面兩種基本型式。 圖 導軌的導向原理 以棱柱面相接觸的零件只有沿一個方向移動的自由度，如圖3-29b、c、d所示的棱柱面導軌，運動件只能沿x方向移動。棱柱面由幾個平面組成，但從便于制造、裝配和檢驗出發(fā)，平面的數(shù)目應盡量少，圖中的棱柱面導軌由兩個窄長導向平面組成。限制運動件自由度的面，可以集中在一根導軌上，但為提高導軌的承載能力和抵抗傾復力矩的能力，絕大多數(shù)情況是采用兩根導軌。 以圓柱面相配合的兩個零件，有繞圓柱面軸線轉(zhuǎn)動及沿此軸線移動的兩個自由度，在限制轉(zhuǎn)動這一自由度后，則只有沿其軸線方向移動的自由度（圖）。 3.4.2 硬幣導軌的設(shè)計要求 一、導軌的基本要求 1、導向精度高。導向精度是指運動件按給定方向作直線運動的準確程度，它主要取決于導軌本身的幾何精度及導軌配合間隙。導軌的幾何精度可用線值或角值表示。 圖 導軌的幾何角度 （1）導軌在垂直平面和水平面內(nèi)的直線度 如圖3-30a、b所示，理想的導軌面與垂直平面A-A或水平面B-B的交線均應為一條理想直線，但由于存在制造誤差，致使交線的實際輪廓偏離理想直線，其最大偏差量△即為導軌全長在垂直平面（圖3-30a）和水平面（圖3-30b）內(nèi)的直線度誤差。 （2）導軌面間的平行度 圖3-30c所示為導軌面間的平行度誤差。設(shè)V形導軌沒有誤差，平面導軌縱向有傾斜，由此產(chǎn)生的誤差△即為導軌間的平行度誤差。導軌間的平行度誤差一般以角度值表示，這項誤差會使運動件運動時發(fā)生“扭曲”。 2、運動輕便、平穩(wěn)、低速時無爬行現(xiàn)象。導軌運動的不平穩(wěn)性主要表現(xiàn)在低速運動時導軌速度的不均勻，使運動件出現(xiàn)時快時慢、時動時停的爬行現(xiàn)象。爬行現(xiàn)象主要取決于導軌副中摩擦力的大小及其穩(wěn)定性。為此，設(shè)計時應合理選擇導軌的類型、材料、配合間隙、配合表面的幾何形狀精度及潤滑方式。 3、耐磨性好。導軌的初始精度由制造保證，而導軌在使用過程中的精度保持性則與導軌面的耐磨性密切相關(guān)。該導軌的主要作用是引導硬幣流出，：所受摩擦力主要是來自于硬幣，硬幣與導軌之間要不斷的重復摩擦，所以導軌需要耐磨性很好，而且導軌受到一定的的沖擊力導軌表面的粗糙度及硬度、潤滑狀況和導軌表面壓強的大小。 4、對溫度變化的不敏感性。即導軌在溫度變化的情況下仍能正常工作。導軌的選材選用45號鋼。表面要鍍化學鎳。 5、足夠的剛度。在載荷的作用下，導軌的變形不應超過允許值。當剛度不足不僅會降低導向精度，還會加快導軌面的磨損。因此導軌的尺寸設(shè)計為長度397mm，寬度為4mm。材料為45#鋼，保證在硬幣流通的載荷下保證足夠的剛度。 6、結(jié)構(gòu)工藝性好。導軌的結(jié)構(gòu)應力求簡單、便于制造、檢驗和調(diào)整，從而降低成本。該導軌的外形簡單。為簡單的矩形。 本次設(shè)計的硬幣清分機的，因此對于導軌的材質(zhì)要求為45#鋼。此外導軌的表面要足夠光滑，所以導軌的裝配面及兩工作面鍍好需要再次拋光處理，去除表面的銳邊及毛刺。 因為導軌引導硬幣的流通，所以經(jīng)受一定的沖擊力。所以固定的方式要求要高。導軌表面加工5個沉頭定位孔，以保證導軌的穩(wěn)定性。 3.5 轉(zhuǎn)盤的加工設(shè)計? 工藝設(shè)計 ??? 盤類零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計，最重要的是將有相互行位公差要求的加工面安排在一道工序內(nèi)，在一次裝夾下完成加工，消除二次裝夾誤差。 ??? 1、精加工（圖1） 圖1 轉(zhuǎn)盤 ??? 若用圖2所示的立式多刀自動車床加工，加工工藝為： ??? （1） 精車大平面。安排左、右其中一個刀架車平面，另一個刀架車內(nèi)孔（φ170mm、φ28mm）。 ??? （2）再精車基準A面。安排左、右其中一個刀架車平面，另一個刀架車內(nèi)孔（φ60mm）和外圓（φ75mm）。 圖2 立式多刀自動車床 ??? 該工藝受機床動作功能限制φ75mm孔與φ28mm孔不能在同一工序內(nèi)完成，需正反兩次裝夾加工，由于重復定位誤差及夾具制造誤差的存在，很難穩(wěn)定滿足產(chǎn)品兩孔的同軸度要求。 ??? 為滿足產(chǎn)品設(shè)計要求，穩(wěn)定控制產(chǎn)品質(zhì)量，可采用如圖3的數(shù)控車床加工，工藝設(shè)計上利用數(shù)控車床的自動換刀功能采用內(nèi)孔背鏜刀用程序控制從A面加工φ28mm內(nèi)孔，將φ75mm、φ28mm安排在同一道工序內(nèi)加工完成。避免重復定位誤差及夾具制造誤差對加工精度的影響，保證產(chǎn)品φ0.03mm的同軸度要求。 圖 立式數(shù)控車床 ??? 2、工裝設(shè)計 ??? 數(shù)控車床的主要裝夾工具是卡盤，設(shè)計使用時應重點考慮卡盤的定心精度，避免工件夾緊變形和抬起現(xiàn)象。 ??? (1)、保證定心精度 因為裝盤的加工面與裝夾面有較高的同軸度要求，卡盤的卡爪一般要在設(shè)備本身 經(jīng)過“自車”來保證定位面與主軸軸線同心度。“自車”時應盡量模擬在加工狀態(tài)下自車，卡爪“自車”后的圓弧面直徑應與工件的卡緊外圓直徑盡量一致。另外，“自車”反爪時 最好漲緊一個輔具。 3、保證端面跳動精度 工件的軸向定位支撐可以通過調(diào)整或“自車”來保證定位點“共面”。但是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪卡盤，卡爪要在卡爪座內(nèi)移動，必然要存在一定的滑動間隙。在夾緊過程中，不可避免的會產(chǎn)生 。 工件“抬起”現(xiàn)象。當工件要求加工面與定位面之間有較嚴的跳動要求時，統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪卡盤是很難保證裝夾精度的。為保證內(nèi)孔、外圓的同軸度要求必須將它們安排在同一道工序內(nèi)完成（大平面向上裝夾）?？墒枪ぜ婕庸面時，要保證圖示跳動要求，加工時必須保證工件的定位面緊貼卡盤的軸向定位面。若采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪盤裝夾很難滿足加工要求。因此，應采用帶有“向下拉力”的卡盤，工件夾緊時，有一個向下的分力將工件緊貼定位面。 4、機床結(jié)構(gòu)的選擇方案： ??? (1) 臥式“簡易數(shù)控車床”（如圖10）。這種機床采用平床身的布局，機床的制造工藝性好，便于導軌面的加工。水平床身配上水平放置的刀架，可提高刀架的運動精度。但是水平床身由于下部空間小，故排屑困難。從結(jié)構(gòu)尺寸上看，刀架水平放置使滑板橫向尺寸較長，從而加大了機床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。該設(shè)備的主要特點是具備兩軸聯(lián)動功能并且設(shè)備價格便宜。但是之所以稱其為“簡易數(shù)控車床”是因為它的主軸不能無級調(diào)速、刀架裝刀數(shù)量較少、快移速度慢、無自動排屑機構(gòu)，床身整體結(jié)構(gòu)比數(shù)控臥式車床的剛性差、加工精度低。但是該設(shè)備經(jīng)過多年改進，技術(shù)成熟、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，加工精度可達IT7～IT8，可用于零件的粗加工、半精加工和簡單的型面加工。 圖10 臥式簡易數(shù)控車床 ??? (2) 臥式數(shù)控車床（如圖11）。這類機床結(jié)構(gòu)一般有斜床身結(jié)構(gòu)和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)兩種布局。導軌傾斜的角度小，排屑不便；傾斜角度大，導軌的導向性及受力情況差。其傾斜角度的大小還直接影響機床外形尺寸高度與寬度的比例。綜合考慮以上因素，中小規(guī)格的數(shù)控車床，其床身的傾斜度以60°為宜。其中平床身斜滑板結(jié)構(gòu)。 圖11 臥式數(shù)控車床 ??? 一方面具有水平床身工藝性好的特點，另一方面機床又具有斜床身結(jié)構(gòu)寬度方向的尺寸小、排屑方便、機床占地面積小，外形美觀，容易實現(xiàn)封閉式保護等優(yōu)點。這兩種布局形式被中、小型數(shù)控車床所普遍采用。在選擇時，整體斜床身結(jié)構(gòu)的剛性略高于平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，設(shè)備價格也略高一些。當存在重切削加工內(nèi)容時最好選用整體斜床身結(jié)構(gòu)。臥式數(shù)控車床比較適宜軸類零件及直徑較?。?φ300mm）重量較輕（<10kg）的盤類零件的加工。 (3) 立式數(shù)控車床。與臥式數(shù)控車床最大的區(qū)別是主軸與水平方向垂直，適宜直徑較大、較重的盤類、輪轂類工件，工件裝卸方便、定位可靠，便于組成加工自動線。另外德國埃馬克公司研制的倒置式數(shù)控車，是對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一種革新，它更有利于組成自動線，實現(xiàn)自動上下料。但是此類設(shè)備價格較高，一般轎車用的盤類零件由于批量大、直徑小比較適宜選用。 考慮到轉(zhuǎn)盤的精度要求較高，且批量小，直徑小。但是本著降低生產(chǎn)成本的目的，最終選定如圖11的臥式數(shù)控車床。 ??? 2、刀塔結(jié)構(gòu)的選擇 ??? 圖12為立式刀塔，該結(jié)構(gòu)刀具的安裝數(shù)量較多，適宜加工工件高度不高盤類零件。若加工類似輪轂這樣需要鏜深孔的工件，則適宜選擇圖13所示的臥式刀塔，因為刀具懸深較長，選擇立式刀塔，刀具的干涉半徑較小，裝刀的數(shù)量將受到限制。為避免干涉，實際裝刀數(shù)量將減少。 圖12 立式刀塔 圖13 臥式刀塔 因為該盤的高度適中，鏜孔深度一般，最終確定選用選用圖12所示立式刀塔。 3.6 傳感器的選用 該機器選用的計數(shù)傳感器為光感傳感器，光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很?。ǎ鸡藺），稱為光敏二極管的暗電流；當有光照時，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。當一個硬幣被擋幣塊擋住，碰到傳感器落下后，會將光信號傳輸給傳感器，然后光感傳感器再把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。最終將計數(shù)的結(jié)果通過液晶數(shù)碼管體現(xiàn)出來，即實現(xiàn)硬幣的計數(shù)。 3.7 自動捆軋機設(shè)計 硬幣經(jīng)過振動送料機的兩次分選后經(jīng)過滑道直接滑入裝幣筒中?；郎弦惭b光電記數(shù)裝置和電磁鐵隔板防滿裝置，光電記數(shù)裝置是用來控制硬幣滑入幣筒的數(shù)量，每次記數(shù)為50枚。電磁鐵隔板的作用是防滿，每次滑入幣筒的硬幣如果滿了，電磁鐵隔板就擋在滑道上，使硬幣不再滑入幣筒。 3.7.1 定位機械手設(shè)計 手部 手部是用來直接抓取或握緊（或吸附）工件的部件。由于被抓握工件的形狀、尺寸大小、輕重和材料的性能、表面狀況等不同，工業(yè)機械手的手部結(jié)構(gòu)是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)都是根據(jù)工件的要求而設(shè)計的。常用的手部結(jié)構(gòu)有夾鉗式、氣吸式、電磁式以及其他形式。 夾鉗式手部設(shè)計的基本要求：應具有適當?shù)膴A緊力和驅(qū)動力；手指應應具有一定的開閉范圍、應保證工件在手指內(nèi)的夾緊精度；要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高；應考慮通用性和特殊要求。 臂部及機身 臂部是機械手的主要執(zhí)行部件。作用是支承腕部和手部（包括工件與工具）。并帶動他們作空間運動。臂部運動的目的是把手部送到空間運動范圍內(nèi)的任意一點。如果改變手部的姿態(tài)則由腕部的自由度實現(xiàn)。因而機械手的臂部一般具有三個自由度才能滿足基本要求：即手部的伸縮 左右回轉(zhuǎn)和升降（或俯仰）運動。機身是直接支承和傳動手臂的部件。一般實現(xiàn)臂部的升降 回轉(zhuǎn)和俯仰等運動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者直接構(gòu)成機身的軀干與底座相連。因而其設(shè)計與臂部的設(shè)計經(jīng)常一起考慮。機身可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運動。 臂部設(shè)計的基本要求為：a承載能力大，剛度好，自重輕；運動速度高，慣性小；臂部運動應靈活；位置精度要高。 除上面提到的要求外，還要保證機械手的通用性要好，能適應在不同環(huán)境作業(yè)的要求：工藝性要好，便于安裝和加工;用于高溫環(huán)境作業(yè)的機械手，還要考慮隔熱和冷卻；用于粉塵大作業(yè)區(qū)的機械手，還要設(shè)置防塵裝置等。這方面的設(shè)計需要根據(jù)機械手工作環(huán)境條件進行具體的設(shè)計。 綜上所述，本機械手的設(shè)計，臂部選用雙導向桿伸縮結(jié)構(gòu)。其特點為手臂的伸縮缸安裝在兩根導向桿之間，由導向桿承受彎曲作用，活塞桿只受拉壓作用，受力簡單，傳動平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊。 臂部是機械手的主要執(zhí)行。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。手臂運動應該包括3個運動：。 臂部運動的目的是把手部送到空間運動范圍內(nèi)的任意一點。如果改變手部的姿態(tài)(方位)則由腕部的自由度實現(xiàn)。因而機械手的臂部一般具有三個自由度才能滿足基本要求:即手部的伸縮 回轉(zhuǎn)和俯仰運動。臂部的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)(油缸或氣缸)和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況看，他在工作中既直接承受腕部 手部和工件的靜 動載荷，而且自身運動又較多，因而它的結(jié)構(gòu) 工作范圍 靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機械手的工作性能。 (1)臂部應承載能力大、剛度好、自重輕 ①根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。 ②提高支撐剛度和合理選擇支撐間的距離。 ③合理布置作用力的位置和方向。 ④盡可能使結(jié)構(gòu)簡單化 ⑤水平放置的手臂，應該增加導向桿的剛度 ⑥提高活塞和缸體內(nèi)徑配合精度，以提高手臂伸縮時的剛度。 (2)臂部要運動速度高，慣性小。 機械手手部的運動速度是機械手的主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水平。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設(shè)計在,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計在內(nèi)，在大部分行程上平均移動速度為回轉(zhuǎn)角速度在。平均回轉(zhuǎn)速度為 在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。減少慣性沖擊的措施有： ①減少臂部運動件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強度材料 ②減少臂部運動件的輪廓尺寸 ③減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機械手運動順序時，先縮回回轉(zhuǎn)(或先回轉(zhuǎn)后伸)，盡可能在較小的前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作 ④驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 (3)臂部動作應靈活。 為減少臂部運動件之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式機械手，其傳動件、導向件和定位件布置應合理，使臂部運動盡可能保持平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。 (4)位置精度要高。 通常先進行粗略的估算，或類比同類型的結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進行校核計算，修正設(shè)計。如此反復數(shù)次，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 根據(jù)液壓缸運動時所克服的負載、摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定液壓缸所需要的驅(qū)動力。液壓缸活塞的驅(qū)動力的計算為 式中 ——摩擦阻力（N）.臂部運動時，運動件表面間的摩擦力。 ——密封裝置處的摩擦阻力（N） ——油缸回油腔低壓油造成的阻力，一般背壓阻力較小，可取 ——臂部啟動或制動時活塞桿上受到的平均慣性力（N） 圖3-2：支臂受力示意圖 根據(jù)升降Z<300mm/s， 液壓伸縮缸完成水平動作，行程S=300mm,主要承受的載荷包括摩擦力，慣性力，啟動平穩(wěn)，停止無剛性沖擊，定位精確。 驅(qū)動機構(gòu) 根據(jù)動力源不同大致可分為氣動、液壓、電動和機械傳動。根據(jù)課題特點。其中以液壓氣動用的最多，占90%以上，電動、機械驅(qū)動用的較少。 液壓驅(qū)動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現(xiàn)傳動。它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是壓力高、體積小、出力大、運動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需要配備壓力源，系統(tǒng)復雜成本較高。 氣壓驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達、氣閥等。一般采用4-6個大氣壓，個別的達到8-10個大氣壓。它的優(yōu)點是氣源方便，維護簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機時產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機構(gòu)或緩沖機構(gòu)。 電氣驅(qū)動采用的不多。現(xiàn)在都用三相感應電動機作為動力，用大減速比減速器來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)；直線運動則用電動機帶動絲杠螺母機構(gòu)；有的采用直線電動機。通用機械手則考慮用步進電機、直流或交流的伺服電機、變速箱等。電氣驅(qū)動的優(yōu)點是動力源簡單，維護，使用方便。驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動力，出力比較大；缺點是控制響應速度比較慢。 機械驅(qū)動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機構(gòu)實現(xiàn)規(guī)定的動作。它的優(yōu)點是動作確實可靠，速度高，成本低；缺點是不易調(diào)整。 綜合考慮，本設(shè)計選用液壓驅(qū)動，其特點是速度快，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，傳遞力矩大，并且控制精度高。 3.7.2 定位機械手電機 機構(gòu)電機主要是為減速機的電機的基本參數(shù)主要就是電機的功率及轉(zhuǎn)速，這是電機的核心參數(shù)，下面將對電機的功率按照電機的使用的21.5%來計算電機的功率，使用系數(shù)為21.5%，即使用轉(zhuǎn)速則根據(jù)電機自身的特性來選取，具體計算如下。 異步電機是一種交流電機，其負載時的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之比不是恒定關(guān)系。還隨著負載的大小發(fā)生變化。負載轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越低。異步電機包括感應電機、雙饋異步電機和交流換向器電機。感應電機應用最廣，在不致引起誤解或混淆的情況下，一般可稱感應電機為異步電機。 普通異步電機的定子繞組接交流電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源連接。因此，它具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點。異步電機有較高的運行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運行，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械的傳動要求。異步電機還便于派生成各種防護型式，以適應不同環(huán)境條件的需要。異步電機運行時，必須從電網(wǎng)吸取無功勵磁功率，使電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞。因此，對驅(qū)動球磨機、壓縮機等大功率、低轉(zhuǎn)速的機械設(shè)備，常采用同步電機。由于異步電機的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速有一定的轉(zhuǎn)差關(guān)系，其調(diào)速性能較差(交流換向器電動機除外)。對要求較寬廣和平滑調(diào)速范圍的交通運輸機械、軋機、大型機床、印染及造紙機械等，采用直流電機較經(jīng)濟、方便。但隨著大功率電子器件及交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，目前適用于寬調(diào)速的異步電機的調(diào)速性能及經(jīng)濟性已可與直流電機的相媲美。 電機功率 電機功率計算公式如下： P’=F.V； P—減速機電機功率,kW； F—夾持重物的重力,N； V—提升的速度； 已知，N=50N，V=0.5m/s，所以計算出P=0.025kW，取P=0.025kW。 n=1500rpm。 電機轉(zhuǎn)速 電機的轉(zhuǎn)速會影響到電機的產(chǎn)生的噪音的大小，同時也會伴隨震動，轉(zhuǎn)速過快其壽命也將縮短，但是轉(zhuǎn)速過慢，電機的極數(shù)又會增多，價格又會上漲，所以應該根據(jù)實際的需要來選取電機的。選取電機轉(zhuǎn)速為150rpm。 電機材料 電機的材料主要指電機的外殼材料，由于電機所處的環(huán)境干燥，所以電機材料可以使用鑄鐵，同時其防護等級只需取B級即可滿足本片中減速機的要求。 電機選擇 由于運輸機的功率P′=25w，可知電動機的功率為P>P′。又根據(jù)其工作條件，選用三相籠型異步電動機，封閉式結(jié)構(gòu)，額定電壓為220V，Y型。選用Y25M-4，其額定功率為P=25w，額定轉(zhuǎn)速為n1=150 r/min 電動機外形安裝尺寸如下表， 型號 尺 寸 （mm） H A B C D E G K b b1 b2 h AA BB HA L1 Y132M 40 50 40 25 20 40 20 6 60 60 40 60 20 40 8 65 3.7.3 定位機械手絲杠設(shè)計 絲杠是用來推動縱向平移的部件。由于橫向機構(gòu)的形狀、尺寸大小、輕重和材料的性能、表面狀況等不同，絲杠的結(jié)構(gòu)要有足夠的強度和韌性來推動橫向機構(gòu)的平移，所以選用強度比較高的材料40Cr，而在橫向機構(gòu)的中心處鉆絲杠孔。 絲杠的基本要求：應具有適當?shù)膹姸燃绊g性；絲杠的表面光潔度姚高；絲杠應和電機固定牢靠；應考慮通用性和特殊要求。 絲杠材料 查表5-11選擇螺桿的材料為40Cr,螺紋部分采用表面淬火處理；選擇螺母的材料為ZCuSn5Pb5Zn5（鑄錫青銅）。 絲杠螺紋數(shù)據(jù)的初步設(shè)計與校核 選用梯形螺紋，根據(jù)國家標準（GB5796.3-86），試選絲杠螺紋的公稱直徑d=25mm，則其對應的其它參數(shù)為：螺距P=5mm，中徑d2=20,小徑d3=18mm； （1）螺紋升角和當量摩擦角，及自鎖性校核 ，則5.576°； 梯形螺紋的牙型角； 查表5-12知，螺桿-螺母材料為鋼-青銅的摩擦系數(shù)為，則當量摩擦角； 由知螺桿螺旋副滿足自鎖條件。 (2)螺桿上螺紋的軸向力的確定 假設(shè)在手臂上移動的手爪及其輔助機構(gòu)的質(zhì)量為m=15kg，在設(shè)計中考慮留出預留量，則徑向力，取，則249N；根據(jù)力的合成原理，知其軸向力249*tan5.576=19.8N； （3）螺紋副耐磨性計算 如下圖所示： 螺旋副傳動 螺紋工作面上的耐磨性條件是 根據(jù)螺桿螺母的材料和螺旋副的轉(zhuǎn)動速度較低，查表5-12，取滑動螺旋副材料的許用壓力[p]=14Mpa,摩擦系數(shù)f=0.09; 對于整體螺母，磨損后不能調(diào)整間隙，為使受力分布比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不能過多，故取，，則H=6mm； 對于梯形螺紋，h=0.5P=0.5*5=2.5mm; 則 所以此設(shè)計的螺紋滿足耐磨性要求。 同時，螺紋工作圈數(shù)<10,顯然合格。 （4）驅(qū)動力矩T，傳動效率的計算 螺旋副的驅(qū)動力矩，即 ； 傳動效率=40%； （5）螺桿的剛度校核 由表查得螺桿材料40Cr的彈性模量； 在長度為1m左右的螺紋上，因為轉(zhuǎn)矩T和軸向載荷的作用而產(chǎn)生的螺距變化量的和， =20um根據(jù)下表 精度等級 5 6 7 8 9 10 15 30 55 110 得知設(shè)計的螺桿滿足精度要求。 (6)螺桿強度的計算 根據(jù)第四強度理論求出危險截面的計算應力，其強度條件為 螺桿所受的軸向壓力； 螺紋桿的小徑； 螺桿螺紋段的危險截面面積A=； 螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù)； 查表5-8知材料為40Cr的螺桿的屈服極限；再由表5-13得螺桿的許用應力為； 將以上所得數(shù)據(jù)代入上式得 所以滿足強度要求。 (7)螺桿的穩(wěn)定性校核 螺桿的穩(wěn)定性條件為；對于傳導螺旋，螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)；在這里取。 臨界載荷，式中E為材料的彈性模量，E=2.06*Mpa;I為螺桿危險界面的慣性矩，；由于螺桿的安裝處于兩端固定狀態(tài)，根據(jù)表5-14知螺桿的長度系數(shù)；螺桿的長度l=120mm; 則臨界載荷; >S2,所以設(shè)計的螺桿滿足穩(wěn)定性要求。 綜上所述，本次畢業(yè)設(shè)計所設(shè)計的螺桿螺紋的最終參數(shù)為公稱直徑d=25，螺距P=5，中徑d2=20,小徑d3=18，螺紋升角則5.576°，當量摩擦角。 絲杠螺母的參數(shù)選擇及校核 （1）根據(jù)螺桿選擇螺母的螺紋參數(shù)為公稱直徑d=25，中徑d2=20，小徑d3=18，螺距為P=5。螺桿與螺母的螺紋精度配合為：。 （2）螺母的材料強度一般都低于螺桿的材料強度，所以要對螺母的螺紋牙進行強度校核。如下圖所示，是將螺母的一圈螺紋沿其大徑展開，則可將這看成是寬度為的懸臂梁 螺母螺紋圈的受力 螺紋牙危險截面a-a的剪切強度條件為； 彎曲強度條件為； 螺紋牙根部的厚度； 彎曲力臂； 由表5-13查得螺母材料的許用切應力；許用彎曲應力； 螺紋