毕业设计（论文）硬币自动选别包装机设计.doc

本科毕业设计(论文)题目：硬币自动选别包装机设计院 系： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 2016年 5月摘 要硬币是每个国家的金融体系中不可或缺的一部分，在日常交易中几乎是无处不在的。它尺寸均匀，容易识别，不易磨损，可较长时间流通。但是，随着时代发展和科技的进步，硬币也越来越表现出了一些问题。第一，硬币与纸币相比，纸币更轻，硬币很难储存和运输；第二，大量的硬币处理是非常复杂的，费时费力的手工清点，造成的结果是银行增加库存成本和清点费用，直接损害了广大公众的利益；第三，非法分子将游戏币用于市场，使汽车公司造成巨大损失。国外的硬币处理机很早开始研究，但是设备很大，而且价格非常贵。本文将通过对国内外硬币处理设备进行分析，通过调查，比较各种分类的原则，最后建立了整体的机械系统，完成初步的工程设计和整体方案规划。关键词：硬币，设计，自动包装机Abstract Coins are an integral part of the financial system in every country, and are almost ubiquitous in everyday transactions. It is uniform size, easy to identify, not easy to wear, can be a longer period of circulation. However, with development of times science and technology, coins are also getting more and more show some problems. First, compared to the coins and bank notes, lighter notes, coins are difficult to store and transport; second, the large number of coins is very complex, time-consuming to manually count, caused by the result is to increase the cost of inventory for the banks, and inventory costs, the direct damage to the interests of the general public; third, illegal elements will be in the games market, and not a real coin, company car caused huge losses. Foreign coin processor is very early to study, through the analysis of domestic and foreign coin processing equipment, through the investigation, comparison of various classification principles, and finally established the overall mechanical system and electrical control system. So as to make the overall technical scheme of the automatic packaging machine, complete the preliminary engineering design.Key words: coin, automatic packaging machine, design目 录1 绪论11.1 课题研究背景及意义11.2 硬币处理机在国内外的发展现状11.2.1 硬币处理机在国外的发展现状11.2.2 硬币处理机在国内的发展现状31.3 自动硬币处理机的分类42 硬币自动包装机总体方案设计42.1 硬币包装机工作流程的分析42.1.1 硬币包装机的性能要求42.1.2 硬币自动包装机的工作流程52.2 与本课题相关的设计方法和技术路线62.3 总体技术方案研究83 机械系统各部分的详细设计103.1 进币机构103.1.1 进币机构的总体设计103.1.2 分币盘的转速计算113.1.3 进币盘工艺性改进设计及应用123.2 分拣机构143.2.1 分拣机构的总体设计143.2.2 硬币分拣方案确定过程153.2.3 硬币分拣盘转速的设计163.2.4 分拣盘切币的时间分析173.2.5 硬币方法融合和分拣方法的确定173.2.6 分拣时硬币的受力分析173.2.7 硬币筒设计183.3 硬币的导向机构193.3.1 硬币导向机构设计193.3.2 硬币滑动倾角的设计和验证203.3.3 接币盘的总体设计203.3.4 螺旋型的轨道设计方案223.4 包装出币机构233.4.1 包装出币机构的总体设计233.4.2 硬币的币盘设计243.4.3 包装方法设计253.5 伪币的分离机构253.6 支撑机构设计263.6.1 支撑机构的总体设计263.6.2 底板和垫脚设计263.6.3 支撑板下设计273.6.4 支撑板中下设计283.6.5 支撑板中上设计283.6.6 支撑板上设计293.6.7 两种支撑柱设计304 结论31致 谢32参考文献331 绪论1.1 课题研究背景及意义硬币作为全球通用的货币之一，经久耐用，不易磨损，制作精美，统一规范，便于识别，易于使用等诸多优点，广泛应用于商业、交通、通讯、娱乐等各种自动售货系统中。中国至今已发行了4套182种硬币，并且都已经流通。跟据统计，日本人均748枚硬币，美国硬币人均800枚，德国的人均硬币也在700枚左右;而我国生产的存储容量，只有人均十几枚。从发展的角度来看，硬币代替小面额纸币必将成为一种趋势。因此，许多国家开始学习研究硬币鉴别分类和包装设备。硬币分拣和包装的大型综合加工设备，这种设备能快速分拣，机构比较复杂，可以同时处理大量的硬币，还包括了纸包装系统。瑞士公司生产的sc22型小型的硬币分拣设备，它们体积小，结构简单，一次只能处理少量的硬币，但应用范围更加广泛。在硬币分类这一领域，我国起步较晚，最开始由清华大学和昆明机床有限公司对日本的硬币分类机进行复制，但不能很好的使用其中的功能，还处于研究阶段。此后国内高校和一些企业加入研究行列。截止目前，南京大学航空航天、合肥工业大学等高校校已经研制出了一种大型硬币处理器的理论模型。河北邯郸电子有限公司已经设计生产出了小型硬币分类计数机。 对对于国外的硬币处理机器，无论是大型设备还是小型设备，都有了一定的水平，技术相对比较成熟，但价格很贵，还不能完全适应国内的硬币系统。国内大型处理机器除了进口，虽然有些模仿，但由于技术问题未能大规模生产， 而且大型设备适合的场景是有限的，一般银行和其他小企业不会购买，普及比较困难。虽然国内的小型硬币处理器可以实现清算功能，但是没有鉴别真伪的功能。因此，研究一种小型的硬币清算、鉴别真伪为一体的设备是很有必要的。1.2 硬币处理机在国内外的发展现状1.2.1 硬币处理机在国外的发展现状国外的许多国家都制定了硬币分拣和包装机，如CLOORY日本的公司生产的WR-400C硬币型点计数包装机（图1.1），LAUREL公司设计的的LAC-I 6，包括硬币分拣和包装的大型综合加工设备。CLOORY公司也有一个单独的包装机如WS-21A/ 21A（图1.2）等。另一个例子是瑞士公司生产的SC22型硬币分拣设备（图1.3）。大型设备的每分钟分拣速度有1000多个，甚至更高，小分拣设备的速度也超过每分钟600枚。 图1.1 WR-400C型硬币点算包装机 图1.2 WS-21A型硬币包装机图1.3 SC22小型硬币分拣设备不仅如此，一些外国学校也进行了一种新的方法来识别我们熟知的硬币。通过硬币的图像来确定硬币半径，并与数据库中的原始数据进行比较，以确定硬币的类型。具体过程参考图1.4。首先由图像的正反面分析半径的范围，然后分析图像细节，如磨损，并对原始数据库进行比较，它属于空间数据库中的数据，然后告诉它是什么样的硬币，当然，也包括厚度检测最终确定硬币类型【10】。虽然设计提出了一种新型的硬币微分技术，但只是理论研究，仍需应用于设备才能不断完善和发展。图1.4分辨流程图1.2.2 硬币处理机在国内的发展现状在中国，有许多大学和企业在研究硬币处理机器。北京科技大学、清华大学、杭州电子科技大学、福州大学、苏州大学等单位都对如何正确识别硬币做了深入的研究。1995年底，清华大学与昆明机床有限公司合作，对光荣公司的机器进行模仿。最近，南京大学航空航天学院，华北电力大学和合肥工业大学都对硬币分拣和包装机进行了研究，并取得了一些成果。河北邯郸上通电子有限公司在2007年研究制造出了小型硬币分拣机器，如ST800A型硬币清分机（图1.5）和ST-801A分选机（图1.6）。他们可以将国内目前的7种硬币进行分拣，同时还带着LED显示屏，自动停止功能。图1.5 ST800A型硬币清分机图1.6 ST-801A型硬币清分机1.3 自动硬币处理机的分类硬币分拣机的原理是相似的，按照其基本结构可以分为卧式和立式两类。卧式通常是一个有包装系统的大型机器，分拣和包装速度快，但是价格较贵而且体积大，适应于各大银行、印钞厂等企业；立式通常只能分拣硬币，无包装的功能，而且体积小，适合于有硬币流通的小型企业。2 硬币自动包装机总体方案设计2.1 硬币包装机工作流程的分析2.1.1 硬币包装机的性能要求 一个好的硬币自动包装机应该具有以下几点:1)具有良好的使用性能a.都应该按照包装的技术要求;b.运动稳定、准确，可保证指定运动的精准性;2)具有合理的技术性能指标a.达到客户包装要求；b.具有有多种硬币加工的能力;c.能耗低生产效率高，;2.1.2 硬币自动包装机的工作流程图2.1硬币自动包装机的工作流程图1.硬币存储输送功能单元2.加速功能单元3.分选、排列、计数功能单元4.堆码功能5.送纸、撕纸功能单元6.包卷功能单元7.钩边功能单元工作流程的如下：硬币在堆币斗内加速后，首先进入送币道，然后在压币带的驱动下，通过检测装置检测出假币，再通过计数器进入堆码系统，堆码后每叠硬币的数量为50枚或者100枚，硬币输送装置将硬币送至包装系统，胶辊将硬币夹紧，这时送纸机构送出包卷纸，同时给出信号压币带继续输送，输送硬币的装置退回原位等待下一个堆码结束。进纸系统接受指令送出包卷纸，包卷胶辊带动排列整齐的50枚硬币和纸高速旋转，等待在包卷胶辊外面的钩子摆入对完成包卷的硬币进行钩边。钩边完成后，胶辊张开，落币卷门打开，包卷好的硬币落下，钩子退回到原来的位置，完成一次包卷动作。2.2 与本课题相关的设计方法和技术路线基于组件的设计方法，有“自顶向下”、“自底向上”和两种组合的方法。自顶向下设计方法的特点是生成零件图，并将其添加到装配图中。然后在装配图的基础上，建立零件的名称，首先作为零件的基准分为零件、特征造型，以此为基准，在装配图的基础上设计其他零件。每部分被定义后，它可以作为一个参考的定位。零件毛坯模型的基础上的位置，确定装配关系，确定零件之间的装配关系，当所有的零件，可以安装和详细设计的一部分，直到满足设计要求。自顶向下设计作为自底向上的设计方法(如图2.2），设计中的所有零件和装配设计，但根据装配模型功能大致的产品来实现产品的定义，确定零件的形状和装配关系，建立了装配图和装配图的概念模型的详细设计，然后扩展在装配模型的各个部分的约束下，在同一时间，相比之下，大致定义的装配进行提炼或修改，直到最终达到产品设计要求。这样的设计过程可以充分利用计算机的优良性能，最大限度地发挥设计的潜力，而自顶向下（上-下）能更好地反映实际的设计过程，节省不必要的重复设计，提高设计效率。自顶向下（上-下）的装配设计更适合于新产品的设计和开发过程，它完全从设计理念，使产品在设计过程中不断改进。图2.2自顶向下的设计过程自底向上（下-上）的设计方法（如图2.3），其主要思想是设计每一个部分，然后将这些零件组装起来，通过增加装配约束将全部零件纳入配位体，如果发现在装配过程中有些部位不符合要求，如：零件和零部件之间产生干扰，一部分没有安装，就要重新设计零件，重新装配，然后发现问题，然后进行修改。其优点是简单、快速、操作方便、易于理解和接受。自底向上（下-上）的装配设计，由于从设计开始的部分，在装配设计的基础部分，所以你可以充分利用现有的设计数据，使设计开始从一个较高的水平，从而有效防止重复设计工作，缩短设计周期。因此，如果使用先前已经生成的零件，自底向上的设计方案是首选的。在自底向上（下-上）的设计模式中，如果各部分都是在模板上单独设计的，那么就再组装，配合产生相应的变化，这样容易发生的零件之间不匹配的情况以及零件的设计变化。因此，在装配模块的虚拟装配中，组件的几何结构被引用，而不是复制到程序集。不管是如何编辑零件，在编辑部件的地方，装配组件仍然是相关的。如果修改了一些组件，则引用该组件的部分会自动更新，从而来反映零件的最新变化。图2.3自底向上的设计过程对于这种复杂的机械和电气一体化的硬币包装设备，其各种运动机制，运动轨迹，空间装配，有非常严格的要求。最后研究生在硬币包装机的开发过程中对所传递的机械臂轨迹进行确定，是因为在二维计算机辅助设计系统中，不直观的查看机械臂和干扰问题的体积，一直停留在讨论的问题，需要很长的时间，不能全面考虑随后的装配，由于时间的限制，仍然无法验证设计的合理性。考虑到硬币包装机这样一个复杂的关系运动有严格的要求设计任务，面向装配的设计，采用三维计算机辅助设计系统作为支撑工具，在设计的早期阶段是非常全面的考虑了后续装配因素，减少设计更改重复的过程。只有在计算机制造虚拟样机、虚拟样机的干涉分析、动态仿真等仿真实验中，程序的合理性是很快的，并解决了问题这些问题的瓶颈。由于设计方法在确定装配关系时，我们需要反复的尝试，工作量大，耗时费力。因此本文从“自顶向下”和“自底向上”的设计方法结合起来，首先对二维计算机辅助设计工具开发的各种组件进行装配尺寸的示意图，简单的确定组件之间的装配关系，然后根据现有的零件设计的数据，建立虚拟样机，仿真实验，采用三维计算机辅助设计工具，验证方案的合理性。该方法的优点是，采用并行设计，同时设计零部件的装配设计，可以减少不必要的设计修改，快速解决设计过程中遇到的各种干扰问题。计算机辅助设计系统的原因是二维计算机辅助设计系统的设计结果不能自动转换为三维计算机辅助设计系统的模型。2.3 总体技术方案研究自动机械的最大优点是：自动化程度高，生产效率高，劳动强度低。此外，自动机械完成作业的过程中的动作一般比较多，所以自动机械往往由多个工艺部件进行，结构比较复杂。虽然各种机械的结构和组成也不完全一样，但基本上它是由四部分组成：驱动系统、传动系统、执行机构、控制系统。为了实现自动机械的功能，除了上述四个部分，需要添加一些辅助机构，如鉴伪机构、计数机构等，所以一个完整的自动化程度高的自动硬币包装机包含如图2.4所示显示的各种机构。图2.4硬币包装机的功能单元图自动硬币包装机的主要功能是实现硬币的自动分拣和包装。清分系统，硬币以某种方式在储料斗积累到相应的位置，让所有杂乱的硬币沿着一定的方向，根据硬币的形状特征，储币盘与硬币存储斗是相通的。储币盘底部设有旋转圆盘，直接与电机相连，电机旋转时，离心力使硬币可以抛到储水池边。硬币存储盆边缘和硬币轨道是相通的，根据硬币的厚度不同，其出口标准也不同，根据不同硬币的直径设置轨道间距，硬币选择端口间隙值和轨道的距离可以调整，避免堵塞，从而保证每只规定以硬币的面值达到排列。经加速后的硬币进入币道后就会在压币带的带动下继续前移，移动过程中依次通过鉴伪装置，如果出现假币会被剔除，然后硬币就会再经过光电传感器下落，同时计数器开始记数，至此硬币被分拣、鉴伪、计数完毕。在分析了上述硬币自动包装机的功能和原理的基础上，对华北电力大学在2001年开发了一种包装技术方案，并对其相应的机制进行了分析。机体的基本组成部分是模块化设计，装配在设备的机架上。如图2.6，其包卷，送料，密封模块主要包括硬币包装计数和进给机构，卷纸，纸部件的机制、引导机制、硬币卷封机构，该机构水平安装在机架上，硬币计数包装位于机架一侧的轨道交通车送料机构，沿侧移动投币下实现硬币自动进给。图2.6成卷硬币包装的机机构布局图1.硬币的卷封口机构2.成卷部件机构3.包装计数与送进部件机构进纸4.导纸部件机构5.机架为开发一个功能、合理、自动化程度高的硬币自动包装机，以前的研究人员在这项研究的基础上，对防伪技术和防伪装置进行了讨论，并完成了初步的硬币自动包装机零件结构功能的规划和初步设计。通过对上述机构和水平布局包设计装机的分析，可以发现，这个装置是用于专门用途，不符合一般零散硬币处理过程。通过查阅相关资料在原有的设计设计基础上做了如下的创新：增加排序计数功能，可以实现对混合硬币的计数，同时可以鉴别伪币；将水平布局更改为垂直布局，同时调整操作方式，将水平包装调整为垂直包装。保持调节凸轮机构之间的距离，但摆脱复杂的结构，容易的故障运输车。这样设计可以让空间使用率更大，从而降低了整体体积，排除大量的繁琐的步骤，让操作者更容易上手。3 机械系统各部分的详细设计3.1 进币机构3.1.1 进币机构的总体设计硬币的进料机构是将混合的硬币分为一系列的硬币，便于分选机构进行分选。现有的货币进币机构设计包括三个：一、使用输送带和硬币容器之间的差距，实现硬币分离；二、利用倾斜带有凹槽的转盘穿过硬币堆；三、利用离心力的原则，将硬币分开。由于输送带的结构设计复杂，不适合小型机械的需要，倾斜工作台与分选机构之间的界面设计复杂，因此采用离心力的原理。如图3.1所示，硬币叠放在进币盘中，在重力作用下落在分币盘上，分币盘旋转离心力，促使硬币硬币入筒。将硬币的分拣能力设计在能够容纳500个硬币，以提高分类效率。一元硬币是出现频率最高的，所以通过它的体积来估算。进币盘为倒圆台型设计，根据经验和实验结果设置为300。代入公式计算如下：解得方程为H>38.39，圆整取h=40。另一则是将硬币堆叠，在它自身的重力作用下，在墙壁上的滑动板上，滑动至分币盘。硬分币盘和进币盘之间设计有3mm的间隙，以确保在任何情况下硬币只能通过一枚，防止卡死现象。在摩擦力和离心力作用下，将硬币移动到分币盘的附近，通过两端的各个缺口进入硬币筒。硬币管的功能是暂时把分离的硬币存放起来，硬币再利用重力的作用，形成一个纵向阵列。图3.1进币机构3.1.2 分币盘的转速计算分币盘与进币盘的相对偏心是25.1mm。这样做是为了防止硬币掉落在旋转中心内，由于周围的离心力是相等的，因此不能运行到圆周上实现分离。通过对硬币的受力进行了分析，对比查阅机械设计手册，从而确定铝合金片的摩擦系数。通过参考了机械设计手册，知道硬币在手上的摩擦系数是不完全的，所以一些材料之间的摩擦系数是根据更大的值来估计的。旧版1角和一些新版本的硬币是铝镁合金材料，而这两种1元的硬币使用的材料都是的镍镀层钢芯，在2种材料前，铝对钢的摩擦系数为0.3；剩下的一角硬币为不锈钢，钢的铝摩擦系数为0.17，旧版本5角合金的铜摩擦系数为0.27，所以同样铝对黄铜摩擦系数为0.27来计算。如图3.2所示，如果离心力F大于摩擦力f的时候，那么硬币产生了滑动，故而实现了一一分离。通过查阅资料得公式如下：联立两式可得: (3.1)因为硬币半径都各不相同，因此他们的摩擦因数也会不同，所以不同种类硬币的计算如表3.1所示。通过算可以知道，需要的最大转速是168r/min，并且这个值是很容易达到的，取整值，得到分币盘的转速为每分钟200转。表3.1不同的硬币对应的转速计算图3.2硬币的受力图3.1.3 进币盘工艺性改进设计及应用最初的进币盘设计如图3.3所示，为薄壁形圆台结构，首先不好与其他零件安装，其次加工时不好装夹，第三，薄壁在加工时可能承受较大的切削力而变形。因此将其改进成如图3.4所示的增加了后边的结构，这样不仅便于安装和装夹，强度也得到了增强。利用cosmos插件对两者进行有限元分析，可以得到图3.5和图3.6所示的结果。此零件设计为铝合金制造，因铜含量最高，所以选用2014号铝进行仿真。将小圆内表面固定，对反面的圆台面施加l 0N的力之后的到了两者的应力范围。改进前为5.864e+003N/到7.479e+004 N/m2，而改进后则减少为2.325 a+003N/到7.039 e+004 N/。由此可以证明改进后的进币盘可以承受更大的切削力。按照此结论对之后的零件进行改良设计，以满足加工工艺性要求。图3.3进币盘改进图3.4进币盘改进后图3.5改进前的应力图图3.6改进后的应力图3.2 分拣机构3.2.1 分拣机构的总体设计硬币分拣机构的主要主要作用是完成涡流传感器，以确定真正的货币类型的分辨率和分为不同类型的硬币轨道。如图3.7，包含了上盖板、盘和磁盘排序三个组成部。上盖板的作用是保证硬币在旋转过程中不会飞出轨道：分选盘的作用是为硬币机产生驱动力，从而使硬币分选板下沿圆周运动；分选盘是硬币进入下一个机构的主要部件。它也是与假币分离机构连接的一个机构。它分类原则是通过硬币直径的不同来区分的，根据硬币的大小来进行相应的孔的制造。如图3.8所示，分选板下每半开4种字孔宽度不同，其次是增加宽度。所以当硬币在分选盘上时，逆时针旋转时，会跟着一个狭窄的四个字孔，相应的字孔中相应的字孔，由于直径小于直径的孔，然后进入下一个机构。图3.7硬币分拣机构图3.8分拣盘下3.2.2 硬币分拣方案确定过程机器设计的精华是排序，因此一个好的设计决定了整条的效果。所以当设计通过几个方案的设计与分析。如图3.9所示，使用这个程序之前和之后的设计角度，但后倾角比以前设计的增加，和排序的过程中，而不是在弹片滑入侧，但沿轨道下降到相应的孔，直径小于孔径的大小和重力F甩到后面分离后脱落。这种设计思想的思想是将硬币本身作为力量，因为腔体经过特殊的设计，所以它的寿命更长。同时为了防止硬币掉落，在外轨道设计了一个挡板。图3.9最初设计方案3.2.3 硬币分拣盘转速的设计如图3.10所示，分拣盘转一圈分拣24枚硬币，如果每分钟分拣600个硬币，则转速为25转。而每分钟25转只是一个保守数据，因此台机器分拣效率将有巨大的潜力。 图3.10分拣盘3.2.4 分拣盘切币的时间分析正如前面设计中所提到的，处理的排序板是把硬币垂直排列在一起，然后再进入分拣排序的轨道。由于硬币掉落的过程是有一段时间的，因此要对硬币运行的时间和速度进行分析，用来保证分拣过程可以平稳的运行。表3.2所示，是四种不同硬币下落的距离和时间的分析，硬币是自由落体运动，可以根据公式S = ½gt2可计算出不同硬币下落时间。通过比较发现行，若想实现硬币连续掉落和切出，需满足5R/min。表3.2不同硬币掉落时间分析3.2.5 硬币方法融合和分拣方法的确定对于硬币的分拣，有两个形式。一、斜挡板式分选原理，首先建立一个有一定角度的轨道，通过滚动的硬币，并对高、低不同的挡片，当硬币直径大于挡片的高度，沿挡板下沿滑到相应的投币口，实现排序；二、弹片旋转分选原理。表3.3两种分拣方法优缺点分析3.2.6 分拣时硬币的受力分析如图3-11所示是在整理板硬币是由尝试排序，由图可以在x方向分量的重力及离心力的发现是正确的方向，使力将硬币向分选板边缘。根据公式可计算出结果如表3.4所示。根据计算结果2.618rad/s 并按照转速25r/min来计算，计算不难看出，离心力对硬盘有没有影响，硬币会靠近分选板下来，从而获得支撑力。图3.11分拣时硬币的受力图表3.4分拣时硬币的受力分析同时也不难看出，如果转速不断提高时，也会不断的增大，若转速达到速度时，将会小于0。命令，并用铝镁合金版小于1角的数据来计算可得，转换速度大约是227rmin，当速度超过227rmin，将硬币抛起，上盖如图3.7所示的设计，在表面覆盖一个10度角的圆台面和分拣盘配合。设计硬币机的上盖板和分拣盘之间的距离为3mm。3.2.7 硬币筒设计简而言之，硬币筒就是是临时存储硬币的一个装置，如图3.12所示，当需要对大量的硬币分拣时，不能对分拣盘造成影响，高度也不能太高。因此，将50枚硬币的作为一个临时的存储量，按照1元厚度在1.88毫米来计算，总共需要要94毫米，减去上下两部分接口，预间圆设置在100mm。图3.12硬币筒3.3 硬币的导向机构3.3.1 硬币导向机构设计接币盘和轨道是硬币定位的两个主要部分。如图3.13所示，硬币盘包括共包含10个，分别为一个真的硬币硬币接收盘左4个，右盘四和伪造的硬币后把硬币板2个真币；三种共10个个相同的课程，分别为左4个右4个的轨道，轨道假冒的双轨。不同类型的硬币从分拣盘上落下后，通过相应的货币盘落在相应的轨道上，然后滑入包出的硬币机制。设计中需要解决的问题是：首先要落下的机制，把硬币捕捉到轨道上。DFA理论引入到整个机制的设计，两部分从安装方便的角度设计、尺寸形状修改进行优化。图3.13硬币分拣机的导向机构3.3.2 硬币滑动倾角的设计和验证由计算公式 (3-2) (3-3)令Gx二大于f时有 所以有 由表3-1数据可知，最大的摩擦系数为0.3，因此理论上是可以顺利滑下的。由于之前的数值是估算而来的，为了保证硬币顺利滑下，所以设置为30度。图3.14 30度斜面硬币受力分布图3.3.3 接币盘的总体设计接币盘包含两个部分，接住硬币和送出硬币。此结构为漏斗形设计，漏斗的直径如图3.15所示，由于分捡盘下面是圆形设计，所以挑选也钱币板块在一个圆形的设计采用，并接近整理磁盘表面确保硬币收集准确的。硬币的托盘中心设置在图3.15的四周，由于对型孔的初始孔的位置是按照30度的增加的位置设置，所以硬币将按30度的增量设置。和中心的周长的直径的四种类型的孔的选择，以确定位置的平均。孔的中心是由上述设计的四种对应的半径是：90.6mm，89.5mm，88.3mm和87.1mm。它的平均数是88.85mm，因此整90mm是最终的值，绘制图3.15，接币盘的直径设置为46mm。如图3.16是最开始的设计图，它面临着两个问题，首先是零件壁薄加工困难，其次它的安装位置不好确认。改进后的设计图如图3.17所示，首先根据硬币的设计方法引入盘取出的圆弧形外表面不规则曲面的设计，提高加工技术及其安装固定提供了一个接口，本文将进一步阐述；其次，壁增厚的下半部分，即1毫米增加到5毫米，和图3.18显示螺纹孔用于安装轨道；30度的切出方便安装轨道。图3.15硬币机接币盘外径的确定图3.16硬币机接币盘最初的设计图 图3.17改进后的接币盘图3.18硬币机接币盘螺纹孔的位置3.3.4 螺旋型的轨道设计方案硬币可分为滚动和滑动两种运动方式。滚动只需要一个小倾角，最初的设计就是围绕着滚动设计的。图3.19所示的为设计模型。在造型设计中，发现虽然轨道倾角小，但此时正是在这一时刻，所以在垂直方向上需要更多的空间。图3.19滚动型轨道如图3.20所示导轨的设计，用薄钢板，由于对大1角的厚度厚度2.5mm，槽设计深度为2.6mm。中间采用圆弧的设计，在轨道的左侧上安装三个通孔。图3.20导轨分拣机构的设计是通过一次旋转带动对称位置同时有两枚硬币进入，因此效率很高。在这一点上，在同一个包中的同一个类型的相同类型的硬币应该被引导到相同的包装机构。对于包装的货币位置的机构设计，开始是在四个孔的同一个侧面的设计，这样的设计是一个侧面的4个硬币落下的路径是容易编程，使用直降可以实现。由于硬币掉落的轨迹不好规划，还需要为安装步进电机预留空间，为了能达到理想的情况，需要将硬币输送装置设置成30°，但是由于会发生干涉，无法预知未知的可能性，故此方案被放弃。最终通过各方面的考虑和优化，在如图3.21所示的对称位置设计了硬币包装机出币机构，这样做的目的是让硬币的飞行轨迹达到最小，从而控制了该机构的竖直距离。接下来再设计硬币直线型的导轨，然后再进行虚拟的装配，但是装配的时候发现，干涉非常严重无法顺利进行。出于硬币包装机整体体积的考虑，出币机构不能使外圆非常大，所以引入了直线弧线设计，是对导轨充分的改进，为了弥补空间的不足，改为螺旋型的轨迹设计。通过使用DFA原理，来达到减少干涉的目的。以下是两种真硬币的接收盘设计结果：在真硬币接收盘下的直线和对称硬币接收盘连接线的中心92度及以上的实际硬币硬币接收盘与对称硬币接收盘中心59度。在这一点上，干扰消失，整体的机构设计完成。图3.21硬币的导向机构轨迹图3.4 包装出币机构3.4.1 包装出币机构的总体设计该机构是硬币收集的引导机构，当硬币的数量达到一定量的时候，它会自然的飞出。包装机出币机构包括硬币容币盘、收集筒、转盘和硬币收集筒四个主要部分，还包括了两个辅助部件，分别是币筒挡板和支撑板。因为不同的硬币大小都各不相同，决定了硬币包装机的出币系统都不相同，仅仅一个支撑板可以通用，其余各部分的规格都不相同，这些部件由21个部分组成。如图3.22所示，集币筒的目的是对机构传送出来的硬币进行收集与整理，通过一些引导，让硬币能顺利的进入集币筒，为了使其安装方便，设计了如图3.22中的小尾巴；容币盘在给收币筒提供支持力的同时，也防止收币筒与集币筒的直径相等。收币筒不仅为硬币提供排序，同时也为硬币在最后的包装提供容器。转盘不仅提供动力，还提供支撑力。图3.22硬币包装出币机构3.4.2 硬币的币盘设计容币盘的功能有如下几个：一、它能对硬币收集管产生支撑力的同时还对它的取出和固定预留了一定的空间，如图3.23所示，设计如图所示的两个相交的偏心圆孔，并使收币筒外圆与左侧半圆相切，同时使右侧的半圆偏移4mm，这样便产生了空间；二、起到一个支撑的作用，为了使它能与支撑板连接在一起，通过设计四个沉孔来安装沉头螺钉，起到连接固定的作用：三、起到一个封闭的作用，防止硬币转动时掉落。图3.23容币盘3.4.3 包装方法设计通过引入一些含有硬币处理器的包装功能分析表明，这种机器价格一般是昂贵并且很笨重，这也间接显示了在一个小的硬币处理器中采用自动式包装机是不太可能的。所以，在利用机器的自动化功能的同时，还要考虑一部分人力的运用。即使增加了一定的人工成本，但是从长远来看，仅仅用很小的机器就完成了半自动分拣，这样还是值得的。硬币包装机的包装过程如图3.24所示：图3.24包装流程图3.5 伪币的分离机构伪币接币盘和假币轨道两个部件是假币分离机构的主要组成部分，伪币容币筒、伪币挡板、和伪币容器是3个辅助部件。伪币分离机构的设计思想与硬币导向机构的设计很相似，它们都包括电涡流传感器和电磁铁。伪币分离机构的设计模型如图3.25所示：图3.25伪币的分离机构3.6 支撑机构设计3.6.1 支撑机构的总体设计支撑机构包括重要部分的结构安装和定位，一共有五种支撑结构。这样做是因为将分散的力集中到一起产生合力。结构都采用圆形的，先从边上往里边依次固定，设计的外壳也是圆形的。不过在设计时安装面不容易增加，因为零件要定位，还起到界面的作用。它决定了支撑机构的位置和界面的中心定位，要想设计达到满意必须解决安装问题。3.6.2 底板和垫脚设计底板它适用于安装支撑住和安装垫脚的，哪个位置需要就可以将它安装在那，一般厚度3毫米。如图3.26所示垫为脚的设计，是一个等边三角形，它的厚度为5mm，有3个M3的螺纹孔，它们用来跟底盘固定。它的作用是起到支撑整体的结构，同时垫高底板。图3.26垫脚3.6.3 支撑板下设计支持板下的作用有以下几个方面：首先是对四个包装出币机构提供支撑；二是支持假硬币容器；三、为电机的安装提供了接口；四、给伪币容器固定板提供了接口。图3.27所示，4个有通孔沉孔安装包装机构轴承，剩下的那个装上伪币容器，想要固定电机安装板，需要在反面钻4个M2.5，深6的螺纹孔，右下沉孔钻M2.5，深度6的螺纹孔，目的是为了固定安装板，8个通孔更好的支撑柱端板。在各轴承安装孔的位置切3X8的凹槽，目的是螺钉的安装，这样会锁紧电机轴。图3.27支撑板下3.6.4 支撑板中下设计支撑板中下可以通过底板相连接来获得支撑力，而且与支撑板中上连接作用是提供支撑，还有额外的作用是安装5个集币筒。12个外圈通孔是安装到底盘的支撑柱，它的圆直径越大越好，这样可以保持平衡；8个内圈通孔是安装到支撑板中上的支撑柱，主要是避免硬币导向机构和避免步进电机。通过DFA法获取了安装位置，其它10个通孔是安装集币筒的，很容易直到它的装配位置，如图3.28所示: 图3.28支撑板中下3.6.5 支撑板中上设计支持中板的主要功能是：第一是与支撑板连接，二是获得支持；二是与支撑板连接，为电机安装板提供的接口；第四至10硬币接收盘的安装位置；第五第六盘安装位置。如图3.29所示，留下一圈中间通过用于连接支撑板，孔的下方，在八沉池通过连接支撑板孔用。把电机安装在四通口，接地硬币板安装在10个下沉槽的通孔，磁盘排序安装在中间环螺纹孔，排序盘安装在中间的下沉槽。图3.29支撑板中上(正反面)3.6.6 支撑板上设计支撑板的五大功能：1. 序号1处指的通孔与支撑板连接并且有8个都获得支撑力；2. 序号2处指的4个通孔通过连接成硬币板提供支撑力孔；3. 序号3处指提供支撑力地方