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本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目：錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的設(shè)計(jì) ________________________ 英文題目：The automatic coin sorting, counting machine design 學(xué) 院：________________________ 專 業(yè)：________________________ 姓 名：________________________ 學(xué) 號：________________________ 指導(dǎo)教師：________________________ 2015年12月10日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 該畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。文中除了特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或其他機(jī)構(gòu)已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。其他同志對本研究的啟發(fā)和所做的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的聲明并表示了謝意。 作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)聲明 本人完全了解青島濱海學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的復(fù)印件，允許被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨既炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存該畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。保密的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）在解密后遵守此規(guī)定。 作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 摘要 本設(shè)計(jì)主要針對目前城市公交公司、商貿(mào)和銀行關(guān)于錢幣的分類、清點(diǎn)、整理需求而設(shè)計(jì)。目前以上場合的錢幣分類主要依賴于人工，人力成本高且效率低下。本機(jī)械設(shè)備的主要功能是對混雜在一起的各種紙幣和硬幣進(jìn)行分類、清點(diǎn)、整理。本設(shè)計(jì)準(zhǔn)確、實(shí)用?？刹糠只蛘呷刻娲斯ぃ瑴p少人力成本。 本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)主要有：（1）功能齊全，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)硬幣和紙幣的分類、清點(diǎn)、整理。（2）結(jié)構(gòu)緊湊，該設(shè)計(jì)中各模塊排列緊湊。（3）該設(shè)計(jì)過程采用模塊化設(shè)計(jì)，較多采用成熟技術(shù)，開發(fā)周期短。可靠性高。 本文運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的知識，提出了錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計(jì)中所必須的理論計(jì)算和相關(guān)強(qiáng)度校驗(yàn)，構(gòu)建了錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的設(shè)計(jì)總的指導(dǎo)思想，從而得出了該錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是高效，經(jīng)濟(jì)。 關(guān)鍵詞：錢幣；機(jī)械設(shè)備；錢幣自動分類；經(jīng)濟(jì) Abstract This design is mainly for the current urban public transport companies, trade and banking on the classification of coins, inventory, finishing needs and design. At present, the classification of the coin is mainly dependent on the manual, the human cost is high and the efficiency is low. The main function of this machine is to classify, count and sort all kinds of notes and coins that are mixed together. The design is accurate and practical. Can be part or all of the alternative, reduce labor costs. The innovation points of this design are: (1) the function is complete, and can realize the classification, counting and sorting of coins and paper money. (2) compact structure, the design of various modules arranged compact. (3) the design process uses a modular design, more mature technology, the development cycle is short. High reliability. 本文運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的知識，提出了錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計(jì)中所必須的理論計(jì)算和相關(guān)強(qiáng)度校驗(yàn)，構(gòu)建了錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的設(shè)計(jì)總的指導(dǎo)思想，從而得出了該錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是高效，經(jīng)濟(jì)。 This paper puts forward the structure, working principle and relative intensity of the structure, working principle and the design of main parts of the paper. It also constructs the guiding ideology of the design. Key words：Machine manufacture;Crankshaft;Processing craft;Fixture; 青島濱海學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 I Abstract II 1引言 1 1.1課題的來源與研究的目的和意義 2 1.2本課題研究的主要內(nèi)容 3 2 紙幣識別、整理、計(jì)數(shù)及儲存模塊設(shè)計(jì) 5 2.1識別方案 6 2.2計(jì)數(shù)及儲存模塊設(shè)計(jì)方案 7 3 錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 3.1系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)框圖的確定 10 3.2系統(tǒng)的工作原理 12 4 機(jī)械傳動部分的選型計(jì)算 14 4.1驅(qū)動電機(jī)的選型計(jì)算 15 4.2平帶傳動的選型計(jì)算 18 4.3滾珠絲桿傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 21 5各重要組成部分的強(qiáng)度校核 22 5.1 機(jī)架強(qiáng)度的校核 23 5.2 轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度的校核 24 5.3 軸承強(qiáng)度的校核 28 結(jié)論 29 致謝 31 參考文獻(xiàn) 32 1引言 1.1 課題的來源與研究的目的和意義 窗體頂端 錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)是一種一體的自動分類，清點(diǎn)，計(jì)數(shù)和包裝的機(jī)械設(shè)備，主要用在銀行的硬幣、紙幣的分類和清點(diǎn)方面。通過設(shè)計(jì)出錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)，使銀行對于散鈔，硬幣的處理更加方便，以解決目前的社會硬幣逐漸增加循環(huán)量，以及錢幣的清點(diǎn)、分類不便的問題。通過市場上的產(chǎn)品的調(diào)查，現(xiàn)有的硬幣分選機(jī)構(gòu)不具有包裝的功能。在此設(shè)計(jì)中，為了克服該缺陷，設(shè)計(jì)有一個(gè)分選體和滾筒輸送線，電磁振動送料器的位置裝有往復(fù)直線紙幣滑槽，三垂直密封包裝機(jī)，一推桿機(jī)構(gòu)和三個(gè)機(jī)械手，自動硬幣分類和電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)機(jī)制。自動分揀硬幣清點(diǎn)機(jī)的方向，安排和由電磁振動給料機(jī)的振動分選硬幣。螺旋槽加捻型電磁振動給料機(jī)熊本設(shè)計(jì)中是主要取向硬幣分類直槽往復(fù)電磁振動送料器和布置主要是用在硬幣，垂直密封包裝機(jī)，機(jī)械手和一個(gè)推桿機(jī)構(gòu)由一個(gè)縱向和橫封封口包裝機(jī)，電子計(jì)數(shù)器使用硬幣清點(diǎn)。根據(jù)電磁震動給料機(jī)，立式封口包裝機(jī)和機(jī)械電磁鐵吸選擇和參數(shù)設(shè)計(jì)，機(jī)械手夾持力參數(shù)設(shè)計(jì)和推桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核的參數(shù)，機(jī)械工作由當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)所需的設(shè)計(jì)和計(jì)算，它證明了 錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的設(shè)計(jì)理論是可行的，與它的實(shí)用性，這將是比其他硬幣分選機(jī)更有效。 窗體底端 1.2 本課題研究的主要內(nèi)容 本論文主要研究運(yùn)用SolidWorks對錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要是設(shè)計(jì)出了該錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的進(jìn)幣、分選、輸送、檢測、存儲等等幾個(gè)部分。具體的研究內(nèi)容如下： 1、 錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的進(jìn)幣裝置的設(shè)計(jì)，包括其中電機(jī)的選型以及旋轉(zhuǎn)體的設(shè)計(jì)。 2、 硬幣分選部分的設(shè)計(jì)，包括硬幣分選板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及存儲盒的設(shè)計(jì)。 3、 紙幣輸送單元的設(shè)計(jì)，包括出幣口的設(shè)計(jì)以及輸送線的設(shè)計(jì)。 4、 紙幣分選、清點(diǎn)部分的設(shè)計(jì)，包括檢測傳感器的選型以及分選存儲裝置的設(shè)計(jì)。 2 紙幣識別、整理、計(jì)數(shù)及儲存模塊設(shè)計(jì) 2.1識別方案 圖像采集系統(tǒng)主要是南圖像傳感器對在傳送帶上高速傳送的鈔票進(jìn)行采樣、緩存，然后送至DSP圖像處理模塊。該系統(tǒng)是以CPLD完成鈔票圖像信息采集時(shí)序控制和數(shù)據(jù)緩存，采用接觸式圖像傳感器(CIS)SV233A4W和模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9822實(shí)現(xiàn)圖像的采樣和量化功能。另外，使用碼盤和對管來實(shí)現(xiàn)傳送帶與采樣的同步。清分機(jī)的圖像采集系統(tǒng)主要由碼盤、對管、傳感器、A／D轉(zhuǎn)換器、CPLD等組成。CPLD是系統(tǒng)核心，控制各部分時(shí)序及數(shù)據(jù)采集。當(dāng)無鈔票時(shí)，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；當(dāng)有鈔票經(jīng)過對管時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號，CPLD接收到觸發(fā)信號后，將控制接觸式圖像傳感器對鈔票進(jìn)行采樣，采樣間隔由碼盤信號分頻控制。采集到的圖像信息經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后，存儲到內(nèi)部RAM中，為圖像處理單元DSP的后續(xù)處理、識別提供數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。 圖1方案一原理圖 方案2 ： 該系統(tǒng)以DSP為核心處理器，結(jié)合圖像傳感器CCD和復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD，并輔以高性能的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9200，進(jìn)行紙幣圖像的采集、處理。該系統(tǒng)主要針對人民幣第四版和第五版的5元、10元、20元、50元、100元九種紙幣進(jìn)行識別，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)和改進(jìn)的自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(SOFM)提取紙幣圖像的長度、寬度、方向塊特征，區(qū)分紙幣的面值、正反面與正反向。終極完成的系統(tǒng)能達(dá)到較高的識別速度和識別率。 識別系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。人民幣的圖像首先通過傳感器CCD掃描后得到光電轉(zhuǎn)換信號，并經(jīng)過AMP的三倍放大；然后將放大的模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9200轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號，送進(jìn)到CPLD緩存；最后通過EDMA通道輸進(jìn)到DSP的RAM中，在DSP中進(jìn)行圖像的處理和識別。整個(gè)系統(tǒng)的信號邏輯時(shí)序由CPLD來控制。另外，還有一些輔助環(huán)節(jié)，如紙幣輸進(jìn)輸出裝置、用戶檢測裝置、復(fù)位裝置等。 紙幣圖像的采集由CCD與A/D轉(zhuǎn)換器組成。本系統(tǒng)采用線陣型CCD[1]，它的采樣速度較快、電路設(shè)計(jì)比較簡單、體積小、時(shí)序也易于實(shí)現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)對采集速度的要求，設(shè)置橫向分辨率為4像素/毫米，共采集800個(gè)像素點(diǎn)；縱向的分辨率為1像素 /毫米。每張圖像的高度不超過76毫米，兩張紙幣之間還有一定的間隔，實(shí)際采集100列。這樣，每張圖像的像素為800100。紙幣的進(jìn)進(jìn)與離開的判定使用紅外線光電管檢測。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。 圖2方案二原理圖 2.2計(jì)數(shù)及儲存模塊設(shè)計(jì)方案 計(jì)數(shù)利用DSP的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，識別出相應(yīng)幣種，開相應(yīng)計(jì)數(shù)器，軟件易于實(shí)現(xiàn)。儲存利用儲存盒儲存。待清分結(jié)束，可取出儲存盒中的紙幣，完成清分。 3錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)框圖的確定 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是對錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)主要采用模塊化設(shè)計(jì)，通過查找相關(guān)資料和文獻(xiàn)，對于幾種方案作了比較，最終得出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖3所示。 圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3.2系統(tǒng)的工作原理 錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的工作原理為人工將紙幣、硬幣放入進(jìn)幣筒，進(jìn)幣筒里面有分選體裝置，電機(jī)帶動其不斷地旋轉(zhuǎn)，上面開有可容納1元，5角，1角的硬幣漏出的孔，當(dāng)各種面值的硬幣從孔里面漏出來后會順著硬幣分選板進(jìn)入到存儲箱體里面，而硬幣分選板旁邊裝有光電傳感器，是用來對分選的下來的硬幣進(jìn)行計(jì)數(shù)，與此同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了硬幣的分類和清點(diǎn)。對于紙幣，在分選體旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，在分選體圓周表面與紙幣摩擦的同時(shí)，由于慣性力的作用，將紙幣從進(jìn)幣筒里的缺口里面落到分選輸送帶上面，通過檢測傳感器針對紙幣的顏色和大小的判別從而通過PLC系統(tǒng)控制電機(jī)帶動滾珠絲桿螺母副移動，利用真空吸盤來吸住不同面值的紙幣到各自的滑槽里面，紙幣會隨著滑槽在其重力的作用下落入到存儲箱里面。具體結(jié)構(gòu)原理圖如下圖所示： 4 機(jī)械傳動部分的選型計(jì)算 4.1 驅(qū)動電機(jī)的選型計(jì)算 已知整個(gè)設(shè)備上工件與零件的重量，我們?nèi)】傊亓繛?00Kg，滾珠絲桿轉(zhuǎn)動速度為1~2r/min。即： 具體的電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算如下: 1、確定運(yùn)行時(shí)間 本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間 負(fù)載速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 電機(jī)轉(zhuǎn)速 3.負(fù)載慣量 左右水平運(yùn)動 電機(jī)慣量 總慣量 4.電機(jī)轉(zhuǎn)矩 啟動轉(zhuǎn)矩 必須轉(zhuǎn)矩 S為安全系數(shù)，這里取1.0。 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用直流無刷電機(jī)型號為92BL-A，此無刷直流步進(jìn)電機(jī)廠家為南京森宇機(jī)電的產(chǎn)品。根據(jù)電機(jī)的特性曲線以及參數(shù)表如下： 根據(jù)計(jì)算和特性曲線以及電機(jī)基本參數(shù)表，我們選用電機(jī)型號為92BL-4030H1-LK-B，電機(jī)額定功率為0.37KW，額定轉(zhuǎn)矩為75N.m，最大轉(zhuǎn)矩為80N.m，額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。外形尺寸80x80x148，電機(jī)輸出軸徑為16mm。 4.2 平帶傳動的選型計(jì)算 (1)傳動名義功率P_=0.37kW (2)主動輪轉(zhuǎn)速n1=1500r／min，從動輪 =350r／min (3)中心距a=100mm左右 (4)工作情況， 24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)． 求設(shè)計(jì)功率P=K0 Pm=0.42= 0.8Kw，式中Ko為載荷修正系數(shù) 由設(shè)計(jì)功率0.8Kw 和n =1500r／min，由查得帶的型號為L型，對應(yīng)節(jié)距P =9.525mm （1）選擇平帶齒數(shù) 由平帶轉(zhuǎn)速n=1500r/min，L型帶，查表得平帶最小許用齒數(shù) Z1=14，則大帶輪齒數(shù) Z2= i Z1，其中i= n1／n2=1500／350=4．286 Z2=4．28614=60取標(biāo)準(zhǔn)帶輪齒敦==60 （2）確定帶輪節(jié)圓直徑 dI==Pb Z1/π=42.736mm d2= Pb Z2/π=182mm （3）確定平帶的節(jié)線長度L， L= 2acosψ +π(d2+d1 )／2+πψ( d2-d1)／180 式中：ψ =sin-1 (d2-d1)/2a =0．218；12．6 (以a=100mm代入) 則L =150.54 選擇最接近計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn) 節(jié)線長(見表4)L=160.20mm （4）計(jì)算平帶齒數(shù)z Zb=Lp/Pb=160.20/9.525=17 （5）傳動中心距n的計(jì)算 a=Pb( Z2-Z1)／2zcosθ 式中： inV =3．14l6 inVθ=tgθ-θ用逐步逼近法計(jì)算，θ=1．351 8(弧度)代入上式 得出a=102.45與精確計(jì)算結(jié)果相似。 最后測量裝置平帶選用L型平帶P= 9.525mm ZB=17， L,= 150．20ram b．= 25.4mm 平帶輪： Z1=14，Z2=60，dI==Pb Z1/π=42.736mm d2= Pb Z2/π=182mm 4.3 滾珠絲桿傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 在材料選取的基本原則的前提下，可以滿足一部分性能，良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。這種材料的特性是機(jī)械，機(jī)械部分應(yīng)在正常工作條件下，其物理和化學(xué)性能，是保證其可靠性的基礎(chǔ)。一般的機(jī)械零件，主要考慮的是材料的機(jī)械性能；而非金屬材料零件，還應(yīng)考慮對零件性能的環(huán)境效應(yīng)。 根據(jù)零件選擇的力學(xué)性能，首先要對工作條件的正確分析，形狀和大小和應(yīng)力狀態(tài)，結(jié)合這類零件的主要失效形式，對原發(fā)性和繼發(fā)性失效抗力指標(biāo)的實(shí)際使用中，由于物質(zhì)基礎(chǔ)。 1) 絲桿螺母強(qiáng)度的校核計(jì)算 滾動螺旋傳動主要承受軸向力。螺母與螺釘間滑動摩擦較大，所以磨損失效的主要形式。基本尺寸（直徑滾珠絲杠和螺母高度），通?；跅l件的耐磨性測定。滾珠絲桿驅(qū)動力較大，還應(yīng)檢查滾珠絲桿和螺母的螺紋強(qiáng)度的危險(xiǎn)截面，以防止塑性變形或斷裂的發(fā)生；自鎖螺釘?shù)囊?，檢查自鎖螺釘；傳動精度，應(yīng)檢查的剛度，以免造成傳輸降低音高變化的應(yīng)力的精度；滾珠絲桿長徑比大，應(yīng)檢查其穩(wěn)定性，以防止軸心受壓失穩(wěn)；長滾珠絲桿轉(zhuǎn)速也應(yīng)該檢查的臨界轉(zhuǎn)速，以防止過大的橫向振動。設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)驅(qū)動型，工作條件和失效模式，選同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，無需逐一檢查。 表2.1螺旋傳動的常用材料 螺旋副 材料牌號 應(yīng)用范圍 滾珠絲桿 Q235、Q275、45、50 材料不經(jīng)熱處理，使用于經(jīng)常運(yùn)動，受力不大，轉(zhuǎn)速較低的傳動 40Cr、65Mn、T12、40WMn、18CrMnTi 材料需經(jīng)熱處理，以提高其耐磨性，適用于重載、轉(zhuǎn)速較高的重要傳動 9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl 材料需經(jīng)熱處理，以提高其尺寸的穩(wěn)定性，適用于精密傳導(dǎo)螺旋傳動 螺母 ZCu10P1、ZCu5Pb5Zn5 材料耐磨性好，適用于一般傳動 ZCuAl9FeNi4Mn2 ZCuZn25Al6Fe3Mn3 材料耐磨性好，強(qiáng)度高，適用于重載、低速的傳動。對于尺寸較大或高速傳動，螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金 （1）滾珠絲桿螺母副，橫向絲桿的最大軸向載荷為2000N，支承間最大距離為400mm，，要求定位精度為0.001mm，滾珠絲桿的負(fù)荷包括運(yùn)動部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按額定靜載荷選用。 載荷性質(zhì)系數(shù)為1 —?jiǎng)虞d荷硬度影響系數(shù)， =1 —最大軸向載荷 定靜載荷為C02000N，查表得使用壽命時(shí)間T=15000h，初選絲桿螺距t=5mm，得絲桿轉(zhuǎn)速 n/min 由于絲桿螺距為5，可選W系列完循環(huán)絲桿副尺寸系列W2005-2.5圈一列滾珠絲桿螺母副的幾何參數(shù)計(jì)算，見表2.6所示： 表2.2 滾珠絲桿螺母副幾何參數(shù) 名 稱 符 號 計(jì)算公式和結(jié)果（mm） 螺紋滾道 公稱直徑 20 螺 距 5 接觸角 鋼球直徑 3.175 螺紋滾道法面半徑 偏心距 螺紋升角 滾珠絲桿 滾珠絲桿外徑 滾珠絲桿內(nèi)徑 滾珠絲桿接觸直徑 螺母 螺母螺紋外徑 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 螺母長度 Ln 33 （2）傳動效率計(jì)算 （2.23） 式中：—摩擦角；—絲桿螺紋升角。 （3）剛度驗(yàn)算，滾珠絲桿受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 （2.24） Y向所受牽引力大，故應(yīng)用Y向參數(shù)計(jì)算 （N） （cm） () (材料為45鋼) （） 所以 （cm） 絲桿因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。所以導(dǎo)程誤差 查表知C級精度的絲桿允許誤差6，故強(qiáng)度足夠。 2) 梯形絲桿螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算 滾動螺旋傳動主要承受軸向力。螺母與螺釘間滑動摩擦較大，所以磨損失效的主要形式。基本尺寸（直徑滾珠絲杠和螺母高度），通常基于條件的耐磨性測定。螺桿驅(qū)動力較大，還應(yīng)檢查螺桿和螺母的螺紋強(qiáng)度的危險(xiǎn)截面，以防止塑性變形或斷裂的發(fā)生；自鎖螺釘?shù)囊?，檢查自鎖螺釘；傳動精度，應(yīng)檢查的剛度，以免造成傳輸降低音高變化的應(yīng)力的精度；螺桿長徑比大，應(yīng)檢查其穩(wěn)定性，以防止軸心受壓失穩(wěn)；長螺桿轉(zhuǎn)速也應(yīng)該檢查的臨界轉(zhuǎn)速，以防止過大的橫向振動。設(shè)計(jì)應(yīng)基于。的類型，工作條件和失效模式，選擇不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，無需逐一檢查。 表2.1螺旋傳動的常用材料 螺旋副 材料牌號 應(yīng)用范圍 螺桿 Q235、Q275、45、50 材料不經(jīng)熱處理，使用于經(jīng)常運(yùn)動，受力不大，轉(zhuǎn)速較低的傳動 40Cr、65Mn、T12、40WMn、18CrMnTi 材料需經(jīng)熱處理，以提高其耐磨性，適用于重載、轉(zhuǎn)速較高的重要傳動 9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl 材料需經(jīng)熱處理，以提高其尺寸的穩(wěn)定性，適用于精密傳導(dǎo)螺旋傳動 螺母 ZCu10P1、ZCu5Pb5Zn5 材料耐磨性好，適用于一般傳動 ZCuAl9FeNi4Mn2 ZCuZn25Al6Fe3Mn3 材料耐磨性好，強(qiáng)度高，適用于重載、低速的傳動。對于尺寸較大或高速傳動，螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金 立向絲桿的設(shè)計(jì) （1）滾珠絲桿螺母副，橫向絲桿的最大軸向載荷為2000N，支承間最大距離為400mm，，要求定位精度為0.001mm，滾珠絲桿的負(fù)荷包括運(yùn)動部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按額定靜載荷選用。 載荷性質(zhì)系數(shù)為1 —?jiǎng)虞d荷硬度影響系數(shù)， =1 —最大軸向載荷 定靜載荷為C02000N，查表得使用壽命時(shí)間T=15000h，初選絲桿螺距t=5mm，得絲桿轉(zhuǎn)速 n/min 由于絲桿螺距為5，可選W系列完循環(huán)絲桿副尺寸系列W2005-2.5圈一列滾珠絲桿螺母副的幾何參數(shù)計(jì)算，見表2.6所示： 表2.2 滾珠絲桿螺母副幾何參數(shù) 名 稱 符 號 計(jì)算公式和結(jié)果（mm） 螺紋滾道 公稱直徑 20 螺 距 5 接觸角 鋼球直徑 3.175 螺紋滾道法面半徑 偏心距 螺紋升角 螺桿 螺桿外徑 螺桿內(nèi)徑 螺桿接觸直徑 螺母 螺母螺紋外徑 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 螺母長度 Ln 33 （2）傳動效率計(jì)算 （2.23） 式中：—摩擦角；—絲桿螺紋升角。 （3）剛度驗(yàn)算，滾珠絲桿受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 （2.24） Y向所受牽引力大，故應(yīng)用Y向參數(shù)計(jì)算 （N） （cm） () (材料為45鋼) （） 所以 （cm） 絲桿因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。所以導(dǎo)程誤差 查表知C級精度的絲桿允許誤差6，故剛度足夠。 （4）穩(wěn)定性驗(yàn)算，由部件自重產(chǎn)生的使絲桿回轉(zhuǎn)的扭矩為 式中G——移動部件自重 S——導(dǎo)程（cm） ——逆?zhèn)鲃有剩捎跐L珠絲桿副的正傳動效率和逆?zhèn)鲃有式葡嗟?，因此，一般用正傳動效率代替? N.cm可知110BF004反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)帶動絲桿螺母副時(shí)不會發(fā)生逆向傳動 。 （5）軸承的選擇，初選6002，工作時(shí)為輕度沖擊，正常工作溫度，預(yù)期壽命為5000h，絲桿在工作的過程中受軸向載荷作用，且最大軸向載荷為Fa=200N.查手冊可知道2002的基本額定負(fù)載Cr=4.32kN,基本額定負(fù)載荷Cor=2.50Kn。 為了能安裝方便本次設(shè)計(jì)中6002軸承可以用帶座軸承代替，選用軸承的型號為UCFU203軸承。Fa/Cor=e=0.228查表可知道e=0.38；當(dāng)量負(fù)載的計(jì)算P=200N可算得軸承壽命[6] （2.25） 溫度系數(shù)=1，載荷系數(shù)=1，UCFU203軸承座，壽命指數(shù)為=3 得（h）所以該軸承適合。 3) 滾珠絲桿螺母的支承方式的選擇 滾珠絲杠的支承主要有以下四種，由于支承方式不同，使容許軸向載荷及容許回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速也有所不同。 （1） 固定-固定，適用于高速，高精度； （2）固定軸承適用于中高速，高精度； （3）支持，中速的支持，精度； （4）固定-自由，低速度，精度，短軸螺釘本次設(shè)計(jì)中絲桿螺母的固定方式如下所示： 4)滾珠絲桿螺母的潤滑和防塵隔離 （1）為了提高滾珠絲杠副的精度和使用壽命，通過滾珠絲桿的軸向力對滾珠絲桿的影響，保證軸承的受力均勻，避免傾覆力。 （2）反逆向的滾珠絲杠驅(qū)動器對效率高，應(yīng)在電機(jī)功率的考慮，和逆螺旋傳動由于其成分的重量（尤其是驅(qū)動在垂直方向上，當(dāng)逆方法）可以用來防止動力傳動電機(jī)，蝸輪自鎖：切割離合器，等。 （3）在行程兩端的滾珠絲杠應(yīng)該旅游保護(hù)裝置，以防止?jié)L珠絲杠過程的沖擊和影響精度，使用壽命甚至損壞。 （4）防止熱變形對定位精度的絲杠熱變形精度的重要影響。熱源不僅是摩擦熱產(chǎn)生的螺絲，和其他機(jī)械零件熱時(shí)，滾珠絲桿的熱膨脹和伸長率。因此有必要對熱源的因素，控制熱源的措施，也可用于預(yù)拉伸，強(qiáng)制冷卻，減少滾珠絲桿伸長的熱變形的影響。 （5）水平螺旋，而造成彎曲變形的軸，是影響齒距累積誤差的因素，會導(dǎo)致不均勻的載荷螺母。螺桿的設(shè)計(jì)需要考慮到螺桿的材料和它的強(qiáng)度的問題。 （6）密封圈是重要的密封氣體和液體的標(biāo)準(zhǔn)件，所以密封圈的防塵措施是必須要考慮的。滾珠絲杠螺母安裝在防塵圈的兩端，以避免螺釘外露，但還需要滾珠絲桿選擇保護(hù)裝置。 （7）合理的潤滑是減小驅(qū)動力矩的重要環(huán)節(jié)，提高傳動效率，延長滾珠絲桿的使用壽命，接觸面和油膜減振效果，降低傳動噪音和塵土等雜物在螺旋洗。所以你想注入潤滑脂。螺母和油孔，用戶可以擰入水口，其他合適的潤滑油的使用。 （8）的預(yù)緊力的正確選擇，滾珠絲杠廠一直需要調(diào)整預(yù)緊力要求，嚴(yán)禁自行拆卸滾珠滾珠絲桿零件，以免影響準(zhǔn)確性。非沖擊管和拔除，以免球塞，運(yùn)行平穩(wěn)。 （9）推薦的大型軸承的使用適用于數(shù)控機(jī)床為了提高傳動剛度。 （10）內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠，滾珠絲杠必須兩端的齒和一端連接了至少一個(gè)螺紋，所有圓螺紋底徑尺寸小于D2，否則無法安裝螺母。 （11）外循環(huán)滾珠滾珠絲桿位置，最好是放在滾珠絲桿軸以上插管。 （12）加工螺紋，外圓直徑大于1的外徑最好不要螺釘。 5 各重要組成部分的強(qiáng)度校核 5.1 機(jī)架強(qiáng)度的校核 機(jī)架的選擇根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的總重量來定，方管機(jī)架受力分析得出，由分析得出底架在平衡狀態(tài)下只受地面對其的支撐力和在其表面上物體所給的壓力。見下圖： 即物料和底架上面的所有零部件等等給的壓力為G=20000N（10000Kg）+(1000X20N)=30000N; 根據(jù)方管承載力計(jì)算公式： M=Pac/L(M：彎矩，P集中力，a集中力距支座距離，c集中力距另一支座距離，L跨度，L=a+c) （僅用于截面) f=M/W≤材料的許用應(yīng)力（彈性抗拉強(qiáng)度/安全系數(shù)）。 M=Pac/L=11960xL，本次設(shè)計(jì)初定L為1000mm 則M=13456N.M ，初定方管為140x58x6。計(jì)算W得出 折算后位270Mpa 查的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235A的抗拉強(qiáng)度為375~500Mpa，由于270Mpa遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于375Mpa，所以初定方管滿足要求。 5.2 轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度的校核 軸的強(qiáng)度計(jì)算一般可分為三種：1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或剛度計(jì)算；2）按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算；3）精確強(qiáng)度校核計(jì)算。 當(dāng)軸的支撐位置和軸所受的載荷大小、方向、作用點(diǎn)及載荷種類均已確定，支撐反力及彎矩可求得時(shí)，可按照彎曲或者彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算。作用在軸上的載荷一般按集中載荷考慮，如本設(shè)計(jì)中的帶傳動對軸的力，其作用點(diǎn)取在輪緣寬度的中點(diǎn)。計(jì)算時(shí)，通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的雙支點(diǎn)梁，一般軸的支點(diǎn)近似取為軸承寬度中點(diǎn)。 由于本設(shè)計(jì)所用軸主要是受彎曲強(qiáng)度，很少的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，是根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，應(yīng)校核軸的彎曲強(qiáng)度，首先分析軸的受力，左端受的是圓錐篩的重力，右端是帶輪對軸的力，中間是軸承座的兩個(gè)支撐力。 左端的作用力包括篩自身的重力、物料的重力、物料旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力。所以考慮圓錐篩對軸產(chǎn)生作用力時(shí)，僅是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在這里，假設(shè)圓錐篩為實(shí)心，對軸的作用力取其重力的。 篩的材料為不銹鋼，密度是=7.38㎏/,錐篩大端直徑為D=，小端直徑是d=360，H=1140，h=510，所以錐篩的體積 即0.2; 所以,篩的重力約為 故取G==3846.5N。 軸徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步設(shè)計(jì)的，所以要校核軸的彎曲強(qiáng)度，軸的強(qiáng)度校核也就是找出危險(xiǎn)截面，看危險(xiǎn)截面是否滿足軸徑條件，如果危險(xiǎn)截面滿 足，那么別的軸徑肯定滿足；根據(jù)軸的實(shí)際尺寸，承受的彎矩、扭矩圖考慮應(yīng)力集中，表面狀態(tài)，尺寸影響等因素，及軸材料的疲勞極限，計(jì)算危險(xiǎn)截面的情況是否滿足條件。我所校核的軸是根據(jù)許用彎曲應(yīng)力校核的，即由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力不超過許用彎曲應(yīng)力，一般計(jì)算順序是先畫出軸的空間受力圖，將軸上作用力分解為水平面受力圖和垂直面受力圖，并求出水平面上和垂直面上的支承點(diǎn)反作用力。然后作出水平面上的彎矩和垂直面上的彎矩圖，作出合成彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖應(yīng)用公式繪出當(dāng)量彎矩圖，式中是根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)。對于不變的轉(zhuǎn)矩，?。粚τ诿}動的轉(zhuǎn)矩，取；對于對稱循環(huán)的轉(zhuǎn)矩取。 是材料在對稱循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力； 是材料在靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力； 是材料在脈動循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力； 在錐篩的設(shè)計(jì)過程中，軸的材料為45#鋼，其基本參數(shù)為，，，；應(yīng)滿足 下列條件： 或 W為軸的抗彎截面系數(shù)； 軸的受力，軸左端是錐篩對軸的力也就是錐篩的重力，右端是帶輪對軸的壓力。具體受力情況如下圖： 由材料力學(xué)的相關(guān)知識可得： 解得： 由 得： 可得軸的彎矩圖則如下： 軸所受的轉(zhuǎn)矩如下： 轉(zhuǎn)矩圖如下： =； 所以，= 所以當(dāng)量彎矩圖為： 可知軸承的危險(xiǎn)截面在左邊軸承支撐處，根據(jù)軸的校核條件可以算出： ； 即： 所以：根據(jù)校核，截面強(qiáng)度足夠，其它截面也是足夠安全的。 5.3軸承的較核 軸承的選用在以上的說明中已經(jīng)給出，選用的是帶緊定套的滾子軸承，型號為22218CK/W33+H318，其基本參數(shù)為主要是額定載荷： C=240000N， =322000N，e=0.23,Y=2.5,，假定軸承的壽命為3年，每天工作10小時(shí)，一年工作300天，所以軸承的基本額定動載荷可按一下公式進(jìn)行計(jì)算： C= 其中：C—基本額定動載荷計(jì)算值，N； P—當(dāng)量動載荷，按式計(jì)算，為軸承所受徑向載荷， 軸向動載荷，X為徑向動載荷系數(shù)，Y為軸向動載荷系數(shù)； —壽命因數(shù)，取=1； —速度因數(shù)，取=0.8； —力矩載荷因數(shù)，力矩較小時(shí)=1.5,力矩較大時(shí)=2; —沖擊載荷因數(shù),取=1; —溫度系數(shù),取=0.95; —軸承尺寸及性能表中所列基本額定動載荷; =1.19,=0.366,=1.5,=1.2（中等沖擊）,=;1.0； 因?yàn)檩S向載荷=0，即，所以當(dāng)量動載荷 即，， ,所以此軸承選的合適,能滿足要求。 總 結(jié) 至此在論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師這幾年來對我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛的老師，您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時(shí)，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標(biāo)。知道自己想要什么了，不再是從前那個(gè)愛貪玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，銳意創(chuàng)新的學(xué)術(shù)作風(fēng)，認(rèn)真加負(fù)責(zé)，公而忘私的敬業(yè)精神，豁達(dá)開朗的寬廣胸懷，平易近人。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，查找了各類的錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的設(shè)計(jì)資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因?yàn)槲易约阂呀?jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來對所學(xué)知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識，在此對所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_(dá)我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。 在最近的一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度。 致 謝 寫到這里，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)總算快要完成了，通過幾個(gè)月的努力和時(shí)間的付出，總算有了這么一點(diǎn)點(diǎn)成就，覺得挺自豪的，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)自己之前思念在學(xué)校學(xué)習(xí)的知識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還有很多問題不大懂，也不明白，幸虧有我的導(dǎo)師和同學(xué)們的指導(dǎo)和幫助，然后自己查找相關(guān)書籍和資料，總算有了論文的初步構(gòu)思，然后通過這幾個(gè)月的付出，以至于今天的論文總算要告一段落了。我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因?yàn)槲沂窃趺聪氲模@是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是來自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。 參考文獻(xiàn) [1] 鄭淑芳 機(jī)械設(shè)計(jì)理論研究與探討 北京：科學(xué)出版社，2004.5 [2] 黃長藝 錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)操作系統(tǒng)概述 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1 [3] 周宏甫 錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì).高等教育出版社，2004.3 [4] 姜繼海，宋錦春，高常識. 錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)工作原理.高等教育出版社，2002.8 [5] 張春林，曲繼方，張美麟.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，2001.4 [6] 錢平. 加工專機(jī)應(yīng)用技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1 [7] 張遼遠(yuǎn). 錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 機(jī)械工業(yè)出版社，2002.8 [8] 基恩士傳感器選擇手冊 2010版本 [9] 黃長藝，嚴(yán)普強(qiáng).機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ). 機(jī)械工業(yè)出版社，2001.1 [10] 張桓，陳作模.機(jī)械原理.高等教育出版社，2000.8 [11] 王昆，何小柏，汪信遠(yuǎn). 錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)原理.高等教育出版社，1995.12 [12] 徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì). 高等教育出版社，2004.4 [13] 鄧星鐘.機(jī)電傳動控制.華中科技大學(xué)出版社，2001.3 [14] 劉延俊.液壓與氣壓傳動.機(jī)械工業(yè)出版社，2002.12 [15] 章宏甲，黃誼，王積偉. 錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的逆向設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5 [16] 胡泓，姚伯威.機(jī)電一體化原理及應(yīng)用. 北京：國防工業(yè)出版社，2000.6 [17] 陳鐵鳴 錢幣自動分類、清點(diǎn)機(jī)的創(chuàng)新. 高等教育出版社，2003.7 [18] 孫靖民.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì). 機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1 [19] 王勇領(lǐng).系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社，1991.7 [20]Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. 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