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硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)
目錄
摘 要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1.緒論 1
2. 硬幣分選清點(diǎn)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì) 5
2.1總體方案的確定 5
2.2幾種機(jī)構(gòu)方案的比較及最終方案的確定 5
2.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能分析與方案設(shè)計(jì) 9
2.4控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 9
3. 各部件技術(shù)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇 11
3.1電磁振動(dòng)給料機(jī)的設(shè)計(jì) 11
3.1.1概述 11
3.1.2電振機(jī)工作原理及物料輸送原理 12
3.1.3運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的選擇和計(jì)算 20
3.1.4動(dòng)力學(xué)參數(shù)選擇及計(jì)算 23
3.1.5電振機(jī)電磁參數(shù)計(jì)算 27
3.1.6振動(dòng)料斗參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)要點(diǎn) 28
3.2縱向熱封器的設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇 29
3.2.1概述 29
3.2.2縱封器的設(shè)計(jì) 31
3.2.3塑料材料及熱封溫度的選擇 32
3.3熱封切斷機(jī)械手的設(shè)計(jì) 33
3.3.1概述 33
3.3.2機(jī)械手設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 35
3.4推桿包裝機(jī)構(gòu) 37
3.4.1齒輪的選擇及計(jì)算 37
3.4.2電動(dòng)機(jī)的選擇 37
3.4.3齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 38
3.4.4齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 38
3.4.5絲杠螺母參數(shù)的選擇 42
4.結(jié)論 43
致謝 44
參考文獻(xiàn) 45
摘要
硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)是一種集自動(dòng)分選、清點(diǎn)和包裝于一體的小型機(jī)械。本設(shè)計(jì)式為了使硬幣的處理更加便捷，解決現(xiàn)今社會(huì)硬幣逐步增大的流通量，以及硬幣的處理不便的問(wèn)題。經(jīng)對(duì)市場(chǎng)產(chǎn)品的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今已有的硬幣分選機(jī)構(gòu)基本都不具備包裝功能。在此次的設(shè)計(jì)中，針對(duì)這個(gè)缺陷，設(shè)計(jì)出了以一個(gè)螺旋料槽扭動(dòng)式電磁振動(dòng)給料機(jī)、一個(gè)直線料槽往復(fù)式電磁振動(dòng)給料機(jī)、三個(gè)縱封包裝機(jī)、一個(gè)推桿機(jī)構(gòu)和三個(gè)機(jī)械手，以及電子計(jì)數(shù)器結(jié)合而成的硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)構(gòu)。硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)利用電磁振動(dòng)給料機(jī)的振動(dòng)以對(duì)硬幣進(jìn)行定向、排列與分選。螺旋料槽扭動(dòng)式電磁振動(dòng)給料機(jī)在本設(shè)計(jì)中承擔(dān)的主要是硬幣的定向與排列，直線料槽往復(fù)式電磁振動(dòng)給料機(jī)主要運(yùn)用于硬幣的分選，縱封包裝機(jī)、機(jī)械手與推桿機(jī)構(gòu)組成了一個(gè)可縱封與橫封的包裝機(jī)構(gòu)，電子計(jì)數(shù)器則用于硬幣的清點(diǎn)。根據(jù)對(duì)電磁振動(dòng)給料機(jī)、縱封包裝機(jī)以及機(jī)械手電磁鐵的選用和吸力參數(shù)設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械手夾緊力參數(shù)的設(shè)計(jì)和對(duì)推桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核，符合所設(shè)計(jì)機(jī)械的工作要求，通過(guò)這些局部設(shè)計(jì)計(jì)算，證明了硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)的設(shè)計(jì)理論是可行的。以它的實(shí)用性，將比其他的硬幣分選機(jī)構(gòu)有更高的效率。
關(guān)鍵詞：硬幣清點(diǎn)，自動(dòng)分選，機(jī)械手，電磁振動(dòng)給料機(jī)
ABSTRACT
Automatic coin counting and sorting machine is a small machine having functions with automatically sorting, counting and packaging. The design wants to make the coin processing convenient, and solves the increasing circulation of coins in present-day society and the inconvenient coin processing. Through a research to the products with the coin sorting machines, we found the existing coin sorting machines almost have no the function of package nowadays. In the design, with the shortcoming, a coin counting and sorting machine is designed with a twisting spiral electromagnetic vibratory feeder, an electromagnetic reciprocating linear vibration feeder, three vertical sealing packing machines, a putter machine and three robots grouping together. The coin counting and sorting machine use the electromagnetic vibratory feeder to direct, arrange and sort for coins. The a twisting spiral electromagnetic vibratory feeder is used to direct and arrange, the electromagnetic reciprocating linear vibration feeder is used to sort coins, a machine which group with the vertical sealing packing machine, the robot and the putter machine can finish the vertical seal and horizontal seal, and the digital counter is used to count coins. The parameter design including the selection of electromagnet and electromagnetic suction of the electromagnetic vibratory feeder, the vertical sealing packing machine and the robot, the clamping force of the industrial robot and the putter machine and the strength check satisfy the job requirement. Through these designs and calculating, it is confirmed that the design theory of the automatic coin counting and sorting machine is right. With its practicality, the machine will have a higher practicality than others.
Key Words: Coin counting，Automatic sorting，Robot，Electromagnetic vibratory feeder
1、緒論
本設(shè)計(jì)源自于流通市場(chǎng)實(shí)際需要。針對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)、公交車收款機(jī)等硬幣流通的現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)適合實(shí)際、高效可靠的硬幣自動(dòng)清點(diǎn)包裝機(jī)械，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。
在日常生活中，由人工清點(diǎn)硬幣，包裝硬幣是一項(xiàng)非常煩瑣的工作，效率低，速度慢，造成了人力資源的巨大浪費(fèi)。硬幣伴隨著人們的衣食住行，在社會(huì)中大量的流通，超市、公交公司等地方是硬幣大量集中的地點(diǎn)，每天都會(huì)有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的硬幣，如果由人工清點(diǎn)，將會(huì)造成巨大的人力資源浪費(fèi)，因此用機(jī)械清點(diǎn)并包裝硬幣將是以后的發(fā)展趨勢(shì)。
近年來(lái)，隨著科學(xué)家們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域的突破，計(jì)算機(jī)、工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械設(shè)備等的結(jié)合并應(yīng)用于日常生活中，為人們的生活提供了極大的便利。硬幣是人們生活中不可或缺的東西，每天數(shù)以億計(jì)的硬幣需要分選清點(diǎn)，為了解決這一生活生產(chǎn)中的難題，近年來(lái)越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注這方面的問(wèn)題，也有研究所開(kāi)始著手設(shè)計(jì)制造硬幣自動(dòng)分選機(jī)構(gòu)，現(xiàn)已有多種硬幣自動(dòng)分選機(jī)構(gòu)，但還不廣泛，這些機(jī)構(gòu)也未在社會(huì)上廣泛使用。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展，這種由振動(dòng)供料機(jī)、機(jī)械手和包裝機(jī)組成的硬幣分選清點(diǎn)機(jī)構(gòu)將得到大力推廣，其中的振動(dòng)供料機(jī)是輸入傳輸裝置，主要作用是將不同種類的硬幣送入多路分選裝置，包裝機(jī)是用于將清點(diǎn)分選好的硬幣包裝，便于硬幣的存放，機(jī)械手則用于傳送包裝好的硬幣。這種機(jī)構(gòu)設(shè)備主要用于分選和清點(diǎn)1元、0.5元及0.1元的硬幣。
同時(shí)，這種非工業(yè)用途的機(jī)械設(shè)備，其意義遠(yuǎn)不僅是它們自身所能帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值。這類機(jī)械設(shè)備往往是各種領(lǐng)域最新技術(shù)的交叉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在新型機(jī)器手、振動(dòng)供料機(jī)和包裝機(jī)上應(yīng)用的新技術(shù)有可能很快就出現(xiàn)在其他領(lǐng)域的實(shí)際產(chǎn)品中，不但促進(jìn)了新型機(jī)器手、振動(dòng)供料機(jī)和包裝機(jī)的發(fā)展，也帶動(dòng)了其他相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)品的進(jìn)步[1]。
隨著現(xiàn)今社會(huì)的進(jìn)步，每天市場(chǎng)上流通的硬幣越來(lái)越多，隨之而來(lái)的硬幣清點(diǎn)分選工作也是大大的加重了，這樣每天不僅加大了員工的工作量和一些不必要的花費(fèi)，所以硬幣自動(dòng)清點(diǎn)分選機(jī)構(gòu)將孕育而生，并得到廣泛的應(yīng)用，擁有良好的發(fā)展前景和良好的實(shí)用性。
近年來(lái)，隨著科學(xué)家們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域的突破，計(jì)算機(jī)、工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械設(shè)備等的結(jié)合并應(yīng)用于日常生活中，為人們的生活提供了極大的便利。硬幣是人們生活中不可或缺的東西，每天數(shù)以億計(jì)的硬幣需要分選清點(diǎn)，為了解決這一生活生產(chǎn)中的難題，近年來(lái)越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注這方面的問(wèn)題，也有研究所開(kāi)始著手設(shè)計(jì)制造硬幣自動(dòng)分選機(jī)構(gòu)，現(xiàn)已有多種硬幣自動(dòng)分選機(jī)構(gòu)，但還不廣泛，這些機(jī)構(gòu)也未在社會(huì)上廣泛使用。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展，這種由振動(dòng)供料機(jī)、機(jī)械手和包裝機(jī)組成的硬幣分選清點(diǎn)機(jī)構(gòu)將得到大力推廣，其中的振動(dòng)供料機(jī)是輸入傳輸裝置，主要作用是將不同種類的硬幣送入多路分選裝置，包裝機(jī)是用于將清點(diǎn)分選好的硬幣包裝，便于硬幣的存放，機(jī)械手則用于傳送包裝好的硬幣。這種機(jī)構(gòu)設(shè)備主要用于分選和清點(diǎn)1元、0.5元及0.1元的硬幣。
其中運(yùn)用到了振動(dòng)供料機(jī)，包裝機(jī)和上下料機(jī)械手。電磁振動(dòng)給料機(jī)是由電磁激振器驅(qū)動(dòng)的一種振動(dòng)機(jī)械。它的用途很廣，例如，用來(lái)向皮帶運(yùn)輸機(jī)、斗式提升機(jī)給料以及為工業(yè)窯爐定量配料等。在輕工業(yè)機(jī)械中電振機(jī)也有廣泛的應(yīng)用，例如在糖果包裝、鐘表元件加工、鉛筆橡皮頭裝配等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中均有應(yīng)用。
目前，輕工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的電振機(jī)主要有直線料槽往復(fù)式和螺旋料槽扭動(dòng)式兩種形式。前者料槽作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，適合于不需定向排隊(duì)的輕小物料的供送；后者簡(jiǎn)稱振動(dòng)料斗，帶有螺旋槽的圓形料斗作扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，適合于不需定向排隊(duì)的單件物品的供送。
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，包裝工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所占比重和作用也越來(lái)越大。我國(guó)成功加入WTO后，全球經(jīng)濟(jì)貿(mào)易一體化進(jìn)程的發(fā)展促使商品流通領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，人們?cè)谧非笊唐穬?nèi)在質(zhì)量的同時(shí)，對(duì)商品包裝要求也越來(lái)越高[4]。
包裝機(jī)械在包裝工業(yè)中的地位十分重要，對(duì)包裝工業(yè)現(xiàn)代化具有舉足輕重的作用。它可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善生產(chǎn)環(huán)境，降低生產(chǎn)成本，提高商品檔次，增加附加值，從而增強(qiáng)商品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、帶來(lái)更大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
進(jìn)入到20世紀(jì)80年代后，我國(guó)的包裝機(jī)械的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)取得了巨大的發(fā)展，大量填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白的包裝機(jī)械問(wèn)世，品種規(guī)格不斷增加，同時(shí)出現(xiàn)了很多包裝機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)，許多研究機(jī)構(gòu)著手研究包裝機(jī)械，高等院校也紛紛設(shè)立包裝工程專業(yè)，從而形成了一個(gè)獨(dú)立的包裝機(jī)械行業(yè)。進(jìn)入21世紀(jì)，包裝機(jī)械除繼續(xù)增加新品種外，在產(chǎn)品的技術(shù)水平、內(nèi)在質(zhì)量和性能等方面都有很大的進(jìn)步，這一切都與包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)有著密切的聯(lián)系。
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，如食品、醫(yī)藥、日用品、化工產(chǎn)品、電子產(chǎn)品等生產(chǎn)中，主要包括三大基本環(huán)節(jié)，即原料處理、中間加工和產(chǎn)品包裝。包裝是工業(yè)生產(chǎn)中相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。包裝機(jī)械是使產(chǎn)品包裝實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的根本保證，因此包裝機(jī)械在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著相當(dāng)重要的作用。
1. 大幅度地提高生產(chǎn)效率 如啤酒灌裝機(jī)的生產(chǎn)率可高達(dá)36000瓶/h，這是手工灌裝機(jī)無(wú)法比擬的。有如蛋形巧克力的包裝，用手工包裝每人每班可包裝20kg，而用機(jī)械包裝，每人每班可包裝250kg以上。
2. 降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件 如手工包裝糖果，一個(gè)工人8h要重復(fù)動(dòng)作80000多次；再如人工袋裝化肥，粉塵飛揚(yáng)污染環(huán)境等。如果廣泛地采用包裝機(jī)械代替手工包裝，不但能將包裝工人從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，而且還大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。
3. 保護(hù)環(huán)境，節(jié)約原材料，降低成本 手工包裝液體產(chǎn)品時(shí)，易造成產(chǎn)品外濺；包裝粉狀產(chǎn)品時(shí)，往往造成粉塵飛揚(yáng)，既污染環(huán)境，又浪費(fèi)了原材料。采用機(jī)械包裝能防止產(chǎn)品的散失，既保護(hù)了環(huán)境，又節(jié)約了原材料。
4. 有利于被包裝產(chǎn)品的衛(wèi)生，提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量，增強(qiáng)市場(chǎng)銷售的競(jìng)爭(zhēng)力 有些產(chǎn)品的衛(wèi)生要求很嚴(yán)格，如藥品、食品等，采用機(jī)械包裝，避免了人手和藥品、食品的直接接觸，減少了對(duì)產(chǎn)品的污染。同時(shí)由于機(jī)械包裝速度快，食品、藥品在空氣中停留時(shí)間短，從而減少了污染機(jī)會(huì)，有利于食品和藥品的衛(wèi)生。
另外，由于包裝機(jī)械的計(jì)量精度高，產(chǎn)品包裝的外形美觀、整齊、統(tǒng)一、封口嚴(yán)密，從而提高了產(chǎn)品包裝的質(zhì)量，提高了產(chǎn)品銷售的競(jìng)爭(zhēng)力，可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。
5. 延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期，方便產(chǎn)品的流通 采用真空、換氣、無(wú)菌等包裝機(jī)，可使食品和飲料等的流通范圍更加廣泛，延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。
6. 可減少包裝場(chǎng)地面積，節(jié)約基建投資 當(dāng)產(chǎn)品采用手工包裝時(shí)，由于包裝工人多，工序不緊湊，所以包裝作業(yè)占地面積大，基建投資多，而采用機(jī)械包裝，產(chǎn)品和包裝材料的供給是比較集中的，各包裝工序安排比較緊湊，因而減少了包裝的占地面積，可以節(jié)約基建投資。
隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動(dòng)化，已越來(lái)越引起人們的重視。
機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率；可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[5]。
通過(guò)對(duì)本次設(shè)計(jì)題目的深刻理解，對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)各個(gè)部分的深入分析，對(duì)現(xiàn)市面上已出現(xiàn)的硬幣分選機(jī)的認(rèn)識(shí)，本次設(shè)計(jì)將采用一個(gè)電磁振動(dòng)供料機(jī)，一個(gè)三道的直線振動(dòng)滑道，一個(gè)熱封包裝機(jī)和一個(gè)上下料機(jī)械手組合而成。
2、硬幣分選清點(diǎn)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)
2.1 總體方案的確定
通過(guò)對(duì)各種資料的綜合總結(jié)，以及對(duì)現(xiàn)在市場(chǎng)上或正在研發(fā)的硬幣分選清點(diǎn)機(jī)構(gòu)的研究，依據(jù)現(xiàn)有成熟設(shè)備以及為了獨(dú)具匠心而選定以振動(dòng)原理進(jìn)行硬幣分選，并通過(guò)機(jī)械手和包裝機(jī)進(jìn)行包裝。本設(shè)計(jì)通過(guò)兩個(gè)電磁振動(dòng)送料器、三個(gè)縱封包裝機(jī)、一個(gè)包裝推桿機(jī)構(gòu)、三個(gè)帶有熱電阻的包裝機(jī)械手和三個(gè)電子計(jì)數(shù)器組合而成，再通過(guò)程序控制，以達(dá)到分選清點(diǎn)及包裝的目的。
2.2 幾種機(jī)構(gòu)方案的比較及最終方案的確定
由于機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)構(gòu)的多樣性，以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，下面提出兩種硬幣分選清點(diǎn)機(jī)構(gòu)的整體方案，加以比較，并確定最終的總體方案。
方案一：
1．硬幣分檢機(jī)的工作原理
本設(shè)計(jì)利用各種硬幣的小同直徑設(shè)計(jì)一種硬幣分檢機(jī)。
目前我國(guó)新版人民幣有三種圓形硬幣，其直徑依次為：一元硬幣25mm；5角硬幣22．5ram；l角硬幣20．5mm。首先設(shè)計(jì)一長(zhǎng)方體形的機(jī)體l，該機(jī)體l的頂上有一進(jìn)幣口2，機(jī)體l內(nèi)裝有多個(gè)抽屜，本實(shí)施例有三個(gè)抽屜(圖1)。除最下面抽屜6的底板上沒(méi)有圓孔外，上部各抽屜的底板上都有多個(gè)圓孔，各抽屜底板上圓孔的直徑從上到下依次減少(圖2)，最上面抽屜4的底板上圓孔的直徑最大，最下面抽屜6底板上沒(méi)有圓孔，中間抽屜5的底板上圓孔的直徑小，能使最小的硬幣通過(guò)該圓孑L落到抽屜6中。分檢時(shí)把混合在一起的三種硬幣從進(jìn)幣口2投入機(jī)體l中，這時(shí)混合的各種硬幣將堆積到最上面的抽屜4的底板上，讓硬幣不斷的通過(guò)這塊底板， 由于底板上的孔徑取為兩種硬幣之間，因此當(dāng)混合的硬幣通過(guò)平板后，兩種硬幣由于直徑不同而被分開(kāi)。例如，最上面抽屜4底板上圓孔的直徑為24mm，則混合硬幣中只有直徑最大的一元硬幣不能通過(guò)直徑為24mm的圓孔，只能留在最上面的抽屜4中，而其它的兩種硬幣直徑較小，則會(huì)通過(guò)上述直徑為24ram的圓孔，落到下邊的抽屜5中，抽屜5底板上的圓孔直徑為22mm，可把5角硬幣截留在抽屜5中，最小的l角硬幣通過(guò)該圓孔落到抽屜6中，這樣各種硬幣即可依次按其直徑大小分別被截留在各層抽屜中而被分開(kāi)。
由于要分檢硬幣， 必須使硬幣和抽屜的底板之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使小于規(guī)定孔徑的硬幣有透過(guò)圓孔下落的機(jī)會(huì)。要實(shí)現(xiàn)這一相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以采用不同結(jié)構(gòu)形式的機(jī)器帶動(dòng)【5—6】或人工操作多種形式。
1.1往復(fù)擺動(dòng)式分檢機(jī)
這種分檢機(jī)有上述特殊設(shè)計(jì)的槽體，內(nèi)裝帶規(guī)定孔徑的抽屜，把這個(gè)槽體，用帶有一定角度的彈簧板支撐，再裝上一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的曲柄連于機(jī)構(gòu)，帶著槽體作往復(fù)擺動(dòng)(圖3)。
當(dāng)硬幣放入機(jī)箱槽體的帶孔抽屜底板上后，由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用，分檢機(jī)工作時(shí)槽體作定向擺動(dòng)，硬幣在底板上不斷向前滑拋，小于孔徑的硬幣，通過(guò)板孔落人平板下的槽體中向前滑動(dòng)；而大于板孔的硬幣，則留在平板上，不斷向前滑動(dòng)；最后兩種硬幣通過(guò)不同的槽口滑出。
1.2定向振動(dòng)式分檢機(jī)
這種分檢機(jī)，也由一個(gè)槽體，內(nèi)帶具有規(guī)定孔徑的多個(gè)抽屜，和一個(gè)旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)裝置組成，槽體和振動(dòng)裝置，用彈簧加以支撐，當(dāng)振動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)力，這是一種定向往復(fù)的振動(dòng)力，這種力使槽體作定向振動(dòng)(圖4)，當(dāng)混合的硬幣給人槽體平板上時(shí)，硬幣即沿平板向前移動(dòng)，并帶一定的拋射動(dòng)作，小于孔徑的硬幣，透過(guò)孔落人底板之下，大于孔徑的硬幣，則留在平底板上。
以上兩種分檢機(jī)的工作原理很類似，只是使帶孔平板獲得運(yùn)動(dòng)軌跡的傳動(dòng)方式略有不同，運(yùn)動(dòng)軌跡接近直線，并和水平面有一個(gè)夾角α，α可以在30到45度之間，這樣使硬幣有一個(gè)向前上方拋射的作用，使硬幣相互分開(kāi)，落下，并向前移動(dòng)，同時(shí)小于孔的硬幣透孔下落，完成分檢工作。
1.3人工操作
將機(jī)體l的底部固定在兩根軸8上，每根軸8的兩端均裝有一個(gè)能繞軸8轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子7；機(jī)體l的側(cè)上部裝有把手3。機(jī)體l內(nèi)裝有多個(gè)抽屜，分檢好的硬幣可以通過(guò)抽屜拿出。
為使硬幣和抽屜的底板之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使小于規(guī)定孔徑的硬幣有透過(guò)圓孔下落的機(jī)會(huì)，通過(guò)把手3使機(jī)體l的左側(cè)抬起，并靠右邊的兩個(gè)輪子7作傾斜移動(dòng)，傾斜的程度可以改變，使較小的硬幣不斷的依次通過(guò)各抽屜底版上相應(yīng)的圓孔，各種硬幣由于直徑不同而被分開(kāi)[9]。
方案二：
硬幣自動(dòng)分選機(jī)的設(shè)計(jì)依據(jù)是：利用偏心輪電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)，使硬幣定向移動(dòng)進(jìn)入多路分選裝置；再利用絲杠旋轉(zhuǎn)力傳送硬幣，當(dāng)不同規(guī)格的硬幣通過(guò)相應(yīng)的檢測(cè)分離孔時(shí)，被檢出進(jìn)入分類收集裝置；利用單片機(jī)編程、光電計(jì)數(shù)控制電路等多種知識(shí)和技術(shù)，使其分選效率好，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確。輸入傳輸裝置的主要作用是將不同種類的硬幣自動(dòng)進(jìn)入多路分選裝置。輸入傳輸裝置位于多路分選裝置的上部。輸入傳輸裝置包括硬幣輸送盒、輸入導(dǎo)軌、控制擋板和振動(dòng)等部分組成。輸送盒固定在具有一定位移的絲杠片上。輸送盒的里面的進(jìn)口端略高于出口端，輸送盒出口端裝有3組輸入導(dǎo)軌，引導(dǎo)硬幣進(jìn)入分選裝置；輸送盒的上部安裝控制擋板，防止硬幣疊加進(jìn)入輸入導(dǎo)軌；輸送盒的底部安裝一個(gè)裝有偏心輪的微型電機(jī)，當(dāng)接通電源時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。
多路分選裝置設(shè)計(jì)為3路，主要作用是將規(guī)格不同的硬幣進(jìn)行分類篩選，規(guī)格相同的硬幣從各路中匯集到同一收集裝置。多路分選裝置包括輸送部分和檢測(cè)分離部分組成。輸送部分為3路，由4個(gè)螺旋絲杠組成。4個(gè)螺旋絲杠水平并列在一起，兩個(gè)絲杠為一組，共構(gòu)成3組，一組兩個(gè)絲杠分別加工為左旋和右旋，傳動(dòng)時(shí)相向旋轉(zhuǎn)，使硬幣在兩個(gè)絲杠之間向前移動(dòng)。每個(gè)絲杠固定在傳動(dòng)軸上，其中一端安裝傳動(dòng)齒輪，相互嚙合，由一微型電機(jī)棗減速器機(jī)組帶動(dòng)。分離檢測(cè)部分位于每對(duì)絲杠下面，根據(jù)硬幣直徑大小設(shè)有檢測(cè)分離孔。
目前市場(chǎng)上主要流通四種面值的硬幣，1元、0.5元和兩種0.1元，直徑分別為25mm、20mm、22mm和19mm（兩種0.1元直徑大小不同）。檢測(cè)分離孔按照硬幣移動(dòng)方向進(jìn)行分布，先小孔后大孔，共有4種，根據(jù)硬幣直徑設(shè)計(jì)為矩形口，4種檢測(cè)分離孔線性連接在一起，使硬幣在其上面能夠連續(xù)移動(dòng),在檢測(cè)分離孔前有一過(guò)渡孔，使硬幣落入時(shí)起到定位和過(guò)渡作用。因此，每路硬幣分選順序是：0.1元（?。?.5元、0.1元（大）、1元。由于硬幣直徑差別很小，檢測(cè)分離孔加工精度要求很高，硬幣立面必須垂直位移方向，因此每組絲杠對(duì)稱性要好。
分類收集裝置位于多路分選裝置下面。主要作用是將分選出的硬幣進(jìn)行分類收集。分類收集裝置由4個(gè)導(dǎo)軌和收集盒組成。導(dǎo)軌帶有一定傾斜角度，能夠使落入的硬幣快速滑落到收集盒中。4個(gè)導(dǎo)軌分別接受不同規(guī)格的硬幣，導(dǎo)軌位置與分選裝置的檢測(cè)分離孔相對(duì)應(yīng)。
計(jì)數(shù)顯示裝置的光電計(jì)數(shù)器安裝在分類收集裝置上，主要作用是將每路分選出的不同規(guī)格的硬幣進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。計(jì)數(shù)顯示裝置由數(shù)碼顯示屏（LCD）、單片機(jī)（51系列）、光電計(jì)數(shù)器、光電計(jì)數(shù)控制電路組成。數(shù)碼顯示屏安裝在硬幣分選機(jī)面板上，可以顯示四種硬幣的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以及總的金額數(shù)。面板上還設(shè)置5個(gè)功能鍵，分別為合計(jì)、1元、0.5元、0.1元、復(fù)位鍵。單片機(jī)用于控制顯示參數(shù)以及各種功能設(shè)置編程。光電控制電路用于硬幣計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)顯示裝置的工作原理是，從多路分選裝置分選出同一規(guī)格的硬幣，進(jìn)入分類裝置時(shí)，由光電計(jì)數(shù)器將落入的硬幣進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果不斷輸入單片機(jī)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和顯示。當(dāng)硬幣分選工作完成時(shí)，可以按下面板按鍵，通過(guò)顯示屏查閱硬幣總錢數(shù)，以及不同面值硬幣的總數(shù)。重新工作時(shí)按下復(fù)位鍵，計(jì)數(shù)器清零，可以繼續(xù)進(jìn)行。
硬幣自動(dòng)分選機(jī)，配置3路直流穩(wěn)壓電源，給顯示屏、單片機(jī)、傳輸電機(jī)和振動(dòng)裝置等供電，并且電壓可調(diào)整。圖如下
經(jīng)過(guò)以上對(duì)兩種方案比較分析，仔細(xì)對(duì)比兩種方案，都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。兩種方案都只局限于硬幣的分選清點(diǎn)，而沒(méi)有硬幣的包裝，這對(duì)于銀行或超市等企業(yè)將是十分頭疼的問(wèn)題，并且方案一存在自動(dòng)化的缺陷，方案二的分選數(shù)量較小，故在此提出一種新的方案，以電磁振動(dòng)送料機(jī)、包裝機(jī)和工業(yè)機(jī)械手組合成一個(gè)帶有包裝功能的硬幣分選清點(diǎn)機(jī)構(gòu)。
2.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能分析與方案設(shè)計(jì)
一般機(jī)械系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源分為液壓、氣動(dòng)和電動(dòng)三大類。根據(jù)需要也可由這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)。它具有動(dòng)力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。適于在承載能力大，慣量大以及在防爆環(huán)境中工作的這些機(jī)器中應(yīng)用。但液壓系統(tǒng)需進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換（電能轉(zhuǎn)換成液壓能），速度控制多數(shù)情況下采用節(jié)流調(diào)速，效率比電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低，液壓系統(tǒng)的液體泄漏會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，工作噪聲也較高[6]。
氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn)。適于在中、小負(fù)荷的機(jī)器中采用。但因難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)器中 [10]。
電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：由于低慣量、大轉(zhuǎn)矩交、直流伺服電機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動(dòng)器（交流變頻器、直流脈沖寬度調(diào)制器）的廣泛采用，這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在一般醫(yī)療或其它領(lǐng)域的機(jī)械系統(tǒng)中被大量的應(yīng)用。這類系統(tǒng)不需要能量轉(zhuǎn)換，使用方便，噪聲較低，控制靈活。大多數(shù)電機(jī)后面需裝精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。直流有刷電機(jī)不能直接用于要求防爆的環(huán)境中，成本也較上兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高。但因這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)比較突出，因此在各種機(jī)器中被廣泛的選用[10]。
因此，綜合以上各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，選用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。
2.4控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
2.4.1 控制順序
首先，由推桿帶動(dòng)塑料薄膜到機(jī)械手位置，然后由熱封機(jī)械手將薄膜底部進(jìn)行熱封，縱封包裝機(jī)進(jìn)行縱封。接著螺旋料槽扭動(dòng)式送料機(jī)開(kāi)始工作，將倒入料斗中的硬幣進(jìn)行排列，并通過(guò)滑道輸送到直線料槽式送料機(jī)中進(jìn)行硬幣的分選，再由直線料槽式送料機(jī)將硬幣送入鋼筒中，這時(shí)連接鋼筒和直線料槽式送料機(jī)的滑道上的光電計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)硬幣滿100個(gè)以后，電磁振動(dòng)送料機(jī)停止工作，這時(shí)推桿包裝機(jī)開(kāi)始將裝在鋼筒中的100個(gè) 向下推，同時(shí)縱封包裝機(jī)進(jìn)行縱封包裝，當(dāng)推到機(jī)械手位置，推桿包裝返回，這時(shí)由熱封機(jī)械手進(jìn)行封口，然后電磁振動(dòng)送料機(jī)再次開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)重復(fù)以前的動(dòng)作，進(jìn)行下一次的硬幣分選清點(diǎn)包裝。
2.4.2 控制方案
3、各部件技術(shù)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇
3.1 電磁振動(dòng)給料機(jī)的設(shè)計(jì)
3.1.1 概述
電磁振動(dòng)給料機(jī)是由電磁激振器驅(qū)動(dòng)的一種振動(dòng)機(jī)械。它的用途很廣，例如，用來(lái)向皮帶運(yùn)輸機(jī)、斗式提升機(jī)給料以及為工業(yè)窯爐定量配料等。在輕工業(yè)機(jī)械中電振機(jī)也有廣泛的應(yīng)用，例如在糖果包裝、鐘表元件加工、鉛筆橡皮頭裝配等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中均有應(yīng)用[1]。
目前，輕工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的電振機(jī)主要有直線料槽往復(fù)式[圖3-1（a）]和螺旋料槽扭動(dòng)式[圖3-1（b）]兩種形式。
圖3-1
這兩種類型的電振機(jī)都由三個(gè)部分組成：
1) 槽體部分：包括料槽或料斗1、銜鐵2、主振彈簧3。
2) 電磁激振部分：包括激振器殼體4、鐵心及線圈5、配重等。
3) 減振器部分：包括心座支撐彈簧或懸掛彈簧6。
電振機(jī)是利用電磁力驅(qū)動(dòng)和機(jī)械共振原理進(jìn)行工作的，它與其它供料機(jī)相比有以下一些優(yōu)點(diǎn)：
1) 無(wú)電動(dòng)機(jī)及變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，沒(méi)有摩擦運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需潤(rùn)滑，而且重量輕，便于維護(hù)。
2) 供料速度可調(diào)，可適應(yīng)多種物料，調(diào)整方便。
3) 靠微小振動(dòng)使物料單方向運(yùn)動(dòng)，無(wú)強(qiáng)烈攪拌、撞擊、摩擦等現(xiàn)象，故機(jī)體不易損壞，使用壽命長(zhǎng)。
4) 電振機(jī)是在近共振狀態(tài)下工作的，所需激振力較小，節(jié)能。
5) 電振機(jī)可與電子秤聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)定量給料的自動(dòng)控制。
電振機(jī)具有下述缺點(diǎn)：
1) 不適于處理黏性較大或帶有油污、水漬的輕薄片狀物料。
2) 設(shè)計(jì)或調(diào)整不合適時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)和噪聲。
3.1.2 電振機(jī)工作原理及物料輸送原理
3.1.2.1 工作原理
圖3-2表示了電振機(jī)的工作原理。
圖3-2
圖3-2（a）中物料1放在由主振彈簧3支撐的供料槽體2上，銜鐵4與槽體主振彈簧聯(lián)成一體，繞于鐵心上的線圈5中流過(guò)的是經(jīng)過(guò)半波整流后的單向脈沖電流，電磁鐵就產(chǎn)生了相應(yīng)的脈沖電磁力。圖3-2（b）表示在正半周內(nèi)線圈中有電流流過(guò)，鐵心便產(chǎn)生一次脈沖電磁力吸引銜鐵，使槽體向后運(yùn)動(dòng)，主振彈簧因此而變形，貯存了一定的勢(shì)能；在負(fù)半周內(nèi)線圈中無(wú)電流通過(guò)，電磁力消失，彈簧就恢復(fù)變形，帶著槽體向前運(yùn)動(dòng)，在達(dá)到振幅位置之后又返回向后運(yùn)動(dòng)。由于電磁力是一個(gè)周期變化的強(qiáng)迫作用力，因此電振機(jī)是一個(gè)以電磁力為周期干擾力的強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)[1]。
當(dāng)電振機(jī)采用不同的運(yùn)動(dòng)參數(shù)時(shí)，物料就在槽體工作面上出現(xiàn)不同形式的運(yùn)動(dòng)。物料的基本運(yùn)動(dòng)形式有以下4種：
1) 相對(duì)靜止 物料隨工作面一起運(yùn)動(dòng)。
2) 正向滑動(dòng) 物料與工作面保持接觸，同時(shí)沿輸送方向?qū)ぷ髅嬗邢鄬?duì)運(yùn) 動(dòng)。
3) 反向滑動(dòng) 物料與工作面保持接觸，同時(shí)逆輸送方向?qū)ぷ髅嬗邢鄬?duì)運(yùn)動(dòng)。
4) 拋擲運(yùn)動(dòng) 物料在工作面上被輕微拋起，騰空沿工作面向前作拋物線運(yùn)動(dòng)。
上述4種形式中，相對(duì)靜止不能供送物料，反向滑動(dòng)對(duì)供物料沒(méi)有直接意義。從理論上來(lái)說(shuō)，只有正向滑行和拋擲運(yùn)動(dòng)才有使用意義。但由于運(yùn)動(dòng)參數(shù)的某些限制，在實(shí)際工作中上述幾種運(yùn)動(dòng)形式可能有各種不同的組合形式。輕工業(yè)機(jī)械中的電振機(jī)一般都是采用拋擲運(yùn)動(dòng)形式來(lái)工作的。
3.1.2.2 物料輸送原理
物料在槽體中的輸送如圖3-3所示。
圖3-3
圖中α為料槽傾角，φ為振動(dòng)方向角，槽體在電磁力作用下沿S方向作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，則槽體沿S方向的位移可表示為
（3-1）
式中 ——槽體沿S方向的但振幅；
——振動(dòng)圓頻率。
將槽體振動(dòng)位移分解到x方向和y 方向，便得到槽體在x和y方向的分位移：
（3-2）
（3-3）
依次求上式對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)，便得到沿x方向和y方向的速度分量及加速度分量：
（3-4）
（3-5）
（3-6）
（3-7）
因此可以做出槽體運(yùn)動(dòng)曲線如圖3-4所示。
圖3-4
圖3-5
物料在槽體中受到的力有重力、慣性力、摩擦力，物料的受力狀況如圖3-5所示。圖中，β為主振彈簧與鉛垂線夾角，Q為物料顆粒重量，可分解為
（3-8）
（3-9） (3-10)
式中 N——物料對(duì)工作面的正壓力；
——槽體對(duì)物料的摩擦力；
“-”——物料與工作面間的靜摩擦力因數(shù)。
式中 ——靜摩擦角。
假設(shè)物料對(duì)工作面的相對(duì)位移為和；相對(duì)速度為和；相對(duì)加速度為 和。
1、 正向滑動(dòng)
當(dāng)物料沿x方向滑動(dòng)時(shí)，物料顆粒沿x方向的合力應(yīng)為0，即
（3-11）
正向滑動(dòng)開(kāi)始瞬間，物料對(duì)工作面的相對(duì)加速度=0，則上式即成為
(3-12)
物料沿y方向?qū)ぷ髅娴恼龎毫?
（3-13）
因物料沒(méi)有拋擲運(yùn)動(dòng)，故相對(duì)加速度，則上式即成為
（3-14）
將式（3-6）、（3-7）、（3-14）代入（3-12）可得
（3-15）
化簡(jiǎn)整理后可得
（3-16）
令 ，K——機(jī)械指數(shù)（振動(dòng)強(qiáng)度），
，——正向滑行指數(shù)。
則 （3-17）
當(dāng)正向滑行指數(shù)時(shí)無(wú)解，這時(shí)物料不能出現(xiàn)正向滑行，可見(jiàn)出現(xiàn)正向滑行的條件是，滿足這一條件時(shí)的稱為正向滑行始角。由于絕大多數(shù)電振機(jī)，，所以和均為正值，這時(shí)的正向滑始角必在范圍內(nèi)，我們稱此區(qū)間為正向起滑區(qū)；當(dāng)反向滑動(dòng)時(shí)，摩擦力與坐標(biāo)正向一致，，同樣可推導(dǎo)出反向滑始角在范圍內(nèi)，如圖3-6所示[1]。
圖3-6
當(dāng)槽體向前向上加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物料由于慣性對(duì)底板的正壓力較大，故摩擦力較大，物料不能發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)槽體作減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物料由于慣性減小了對(duì)槽體的正壓力，致使摩擦力減小，物料就有可能發(fā)生正向相對(duì)滑動(dòng)。
當(dāng)處于滑行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，為了使物料出現(xiàn)比較良好的滑行運(yùn)動(dòng)和獲得較大的輸送速度，選取的正向滑行指數(shù)遠(yuǎn)大于1，通常。
2、 拋擲運(yùn)動(dòng)
物料在槽體內(nèi)出現(xiàn)拋擲運(yùn)動(dòng)時(shí)，槽體受到的無(wú)聊的正壓力，并且在開(kāi)
始出現(xiàn)拋擲的瞬時(shí)相對(duì)加速度，因此由式（3-13）及式（3-7）可得：
（3-18）
則
令機(jī)械指數(shù)，拋擲指數(shù)
則 （3-19）
當(dāng)拋擲指數(shù)時(shí)，有解，因此出現(xiàn)拋擲運(yùn)動(dòng)的條件是，滿足此條件的稱為拋始角。由于電振機(jī)的和均在范圍內(nèi)，因此拋始角必在范圍內(nèi)，此范圍稱為拋始區(qū)，如圖3-7所示。
圖3-7
因?yàn)檎駝?dòng)圓頻率，并將式（3-19）代入（3-18）整理可得：
（3-20）
式中 n——電振機(jī)振動(dòng)次數(shù)，。
當(dāng)激振頻率，拋擲指數(shù)D以及，都已選定時(shí)，則可利用此式求出槽體單振幅。
物料拋離工作面以后，對(duì)工作面的正壓力，但，仍應(yīng)用式（3-13）可得
式中相對(duì)加速度對(duì)相對(duì)時(shí)間積分二次即可求得物料對(duì)工作面在y方向的相對(duì)位移
（3-21）
當(dāng)物料在y方向?qū)ぷ髅娴南鄬?duì)位移重新等于零時(shí)，拋擲運(yùn)動(dòng)告結(jié)束，物料落到工作面上，此時(shí)的陳為拋止角，拋止角與拋始角之差陳為拋離角，這是物料騰空的時(shí)間。
則 （3-22）
將，及式（3-22）代入（3-21）可得
（3-23）
所以
（3-24）
又因
(3-25)
所以 （3-26）
物料在時(shí)被拋起，經(jīng)過(guò)后在時(shí)與工作面接觸，假設(shè)槽體每個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)物料被拋起一次，則拋離一次的騰空時(shí)間與一個(gè)振動(dòng)周期之比稱為拋離系數(shù)i，它與拋離角有以下關(guān)系：
（3-27）
拋擲指數(shù)D與拋離系數(shù)i的關(guān)系為
（3-28）
根據(jù)上式可以做出如圖3-8所示的D與i的關(guān)系曲線，由所定的拋擲指數(shù)D可以求出跳躍系數(shù)i或可由i求出D值。
圖3-8
當(dāng)i=0時(shí)D=1，由式（3-27）得=0，說(shuō)明物料沒(méi)有起跳而是隨槽體一起運(yùn)動(dòng)的，這種狀態(tài)無(wú)法實(shí)現(xiàn)物料供送，所以不可取。
當(dāng)i=1時(shí)，D=3.3，可知=，說(shuō)明物料拋離時(shí)間恰與振動(dòng)周期相等，也即物料剛落到工作面上同時(shí)又被重新拋起。
當(dāng)i=2時(shí)，D=6.36，可知=，物料拋起后騰空飛越了2個(gè)振動(dòng)周期后才落到工作面上，同時(shí)又被重新拋起。
絕大多數(shù)電振機(jī)給料機(jī)通常選取，這時(shí)工作面每振動(dòng)一次，物料就出現(xiàn)一次拋擲運(yùn)動(dòng)。假設(shè)物料落下時(shí)與工作面碰撞屬非彈性碰撞，則物料落到工作面后有一段隨槽運(yùn)動(dòng)，然后當(dāng)時(shí)物料又被重新拋起，物料就隨著振動(dòng)頻率而實(shí)現(xiàn)周期性的拋擲運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)提高電振機(jī)的工作效率和減少不必要的能量消耗都是有益的。
假如物料落下時(shí)刻正處于起拋區(qū)內(nèi)，由式（3-13）可知此時(shí)，所以物料落下后馬上又開(kāi)始第二次拋擲運(yùn)動(dòng)，但其拋擲運(yùn)動(dòng)的速度與前一次拋擲運(yùn)動(dòng)的初速度不同，所以后一次的拋擲周期與前一次的周期不同，故稱為非周期性拋擲運(yùn)動(dòng)[1]。
3.1.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的選擇和計(jì)算
3.1.3.1 機(jī)械指數(shù)K及振動(dòng)次數(shù)n和振幅的選擇
機(jī)械指數(shù)K的選擇主要受機(jī)體材料強(qiáng)度及物體剛度限制，通常取
所以此處取
K=4
選用半波整流電振機(jī)
圖3-9
取 ，故查圖3-9可得
即
所以根據(jù)公式：
mm
3.1.3.2 彈簧安裝角
由于是向上傾斜輸送，所以
3.1.3.3 理論輸送速度和實(shí)際輸送速度的計(jì)算
拋始角
拋離系數(shù)
圖3-10
1、 物料在拋擲段水平位移（x向）
（3-29）
式中 ——物料騰空時(shí)間。
（3-30）
將式（3-4）、（3-30）代入式（3-29）：
（3-30a）
（3-30b）
將式（3-19）、（3-25）、（3-27）、（3-30b）代入式（3-30a）化簡(jiǎn)可得
2、 物體隨槽體水平位移
由圖中可知BC段相當(dāng)于段，點(diǎn)相位應(yīng)為，所以
將式（3-2）代入上式可得
（3-31）
由式（3-23）得
將上式代入（3-32）化簡(jiǎn)得
3、 物料在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的總位移
4、 理論平均輸送速度
5、 實(shí)際平均速度
——安裝傾角系數(shù)，當(dāng)時(shí)，取，當(dāng)，取1；
——物料對(duì)輸送速度的影響系數(shù)，對(duì)顆粒狀物料取 ，對(duì)塊狀物料取，對(duì)粒末狀物料??；
——粒層厚度對(duì)輸送速度的影響系數(shù)，取。
根據(jù)硬幣為塊狀物料取
=1，=0.8，=0.5
則
3.1.4 動(dòng)力學(xué)參數(shù)選擇及計(jì)算
3.1.4.1 減振彈簧剛度、
表3-1
根據(jù)表3-1得振動(dòng)料斗質(zhì)量，根據(jù)稱量1元硬幣重6.05g，0.5元硬幣重3.8g，0.1元硬幣重1.15g，設(shè)料斗中三種硬幣各200個(gè)，則槽體及槽體內(nèi)的物料的總質(zhì)量：
查《簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》,主振彈簧全部質(zhì)量
設(shè)機(jī)體除去槽體以外重10kg
故電振機(jī)總質(zhì)量為
、——機(jī)體1和機(jī)體2的質(zhì)量
由于，故可得，
所以兩個(gè)減振彈簧剛度之和：
3.1.4.2質(zhì)體1和質(zhì)體2的計(jì)算質(zhì)量及誘導(dǎo)質(zhì)量
、——減振彈簧歸化后的質(zhì)量
、——主振彈簧的結(jié)合質(zhì)量；
、——主振彈簧按質(zhì)體1和質(zhì)體2分配的質(zhì)量；
——彈簧質(zhì)量結(jié)合系數(shù)，對(duì)板彈簧：，對(duì)圓柱螺旋彈簧：，對(duì)圓柱形壓縮橡膠彈簧：。此處為板彈簧，故。
——物料質(zhì)量向質(zhì)體1結(jié)合的質(zhì)量；
——物料結(jié)合系數(shù)。
故質(zhì)體1和質(zhì)體2的完整的計(jì)算質(zhì)量為：
空載時(shí)：
負(fù)載時(shí)
3.1.4.3 負(fù)載頻率比和空載頻率比
一般按照系統(tǒng)阻尼的大小，在下列范圍內(nèi)選取負(fù)載頻率，故取。
——物料結(jié)合質(zhì)量與質(zhì)體1的空載計(jì)算質(zhì)量之比
——空載下二質(zhì)體計(jì)算質(zhì)量之比
所以
3.1.4.4 電振機(jī)槽體的振幅及相對(duì)振幅
mm
mm
3.1.4.5 阻尼比b及相位角
根據(jù)表3-1實(shí)際調(diào)整阻尼比，取
3.1.4.6 電磁激振力和激振力幅值
電磁激振器工作時(shí)產(chǎn)生的電磁力由電磁學(xué)理論可導(dǎo)出以下近似表達(dá)式
式中 ——平均電磁力，是使彈簧產(chǎn)生靜變形的常力；
——一次諧波力幅值；
——二次諧波力幅值；
、——一次和二次諧波激振力的時(shí)間。
——激振力
3.1.4.7 電振機(jī)的功率N
為電磁鐵的效率，取=0.9
所以
3.1.5 電振機(jī)電磁參數(shù)計(jì)算
3.1.5.1 電磁鐵安裝方法
選用安裝在幾座中央，如圖3-11（a）
圖3-11
3.1.5.2 激磁方式和調(diào)節(jié)方式的選擇
選用半波整流激磁：振動(dòng)頻率為3000次/min，機(jī)體雙振幅一般為。如圖3-12（b）。
圖3-12
3.1.5.3 鐵心型式的選擇
選用“Ⅲ”型鐵心：結(jié)構(gòu)較緊湊，便于安裝，但漏磁較大，用于小型電振機(jī)。
3.1.5.4 鐵心截面積（磁極總面積的一半）
表3-2
查表3-2取、，取、、
——電磁激振力幅值與基本電磁力比值；
——電振機(jī)特征數(shù)；
——電路內(nèi)電阻對(duì)電磁力影響系數(shù)；
——磁力線擴(kuò)張系數(shù)；
——最大許用磁通密度。
3.1.6 振動(dòng)料斗參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)要點(diǎn)
3.1.6.1 振動(dòng)料斗設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1、料斗材料
選用有機(jī)玻璃，有機(jī)玻璃比較輕，而且表面光滑。
2、料斗基本尺寸確定
基本尺寸如圖3-13所示。
圖3-13
（1） 螺旋料槽螺距t 當(dāng)升角已定時(shí)，螺距t越大則料斗直徑越大，為緊湊尺寸，t以不讓兩個(gè)重疊工件同時(shí)通過(guò)為宜；
式中 ——工件在料槽上的高度（mm）；
——料槽板厚度，一般取。
（2） 料斗外徑
3.2 縱向熱封器設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇
3.2.1 概述
包裝機(jī)械屬于自動(dòng)機(jī)范疇，它的種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，新型包裝機(jī)械不斷涌現(xiàn)，很難將它們的組成分類。但通過(guò)對(duì)大量包裝機(jī)械的工作原理和結(jié)構(gòu)性能的分析，可找出其組成的共同點(diǎn)。包裝機(jī)械由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)等組成。為了便于掌握和研究包裝機(jī)械的工作原理與結(jié)構(gòu)性能，通常又將包裝機(jī)械分成一列組成部分[4]。
（1）包裝材料的整理與供送系統(tǒng) 該系統(tǒng)是將包裝材料（包括剛性、半剛性、剛性包裝材料和包裝容器及輔助物）進(jìn)行定長(zhǎng)切斷或整理排列，并逐個(gè)輸送到預(yù)定工位的系統(tǒng)，如糖果包裝機(jī)中包裝紙的供送、切斷機(jī)構(gòu)。有的系統(tǒng)在供送過(guò)程中還能完成制袋或包裝容器的豎起、定型、定位等工作，有的封罐機(jī)的供送系統(tǒng)還可以完成罐蓋的定向、供送等工作。
（2）被包裝物品的計(jì)量與供送系統(tǒng) 該系統(tǒng)是將被包裝物品進(jìn)行計(jì)量、整理、排列，并輸送到預(yù)定工位的系統(tǒng)。有的還可完成被包裝物品的定型、分割。如飲料灌裝機(jī)的計(jì)量和液料供送系統(tǒng)；餅干包裝機(jī)的餅干整理、排列和供送系統(tǒng)。
（3）主傳送系統(tǒng) 該系統(tǒng)是將包裝材料和被包裝物品由一個(gè)包裝工位順序傳送到下一個(gè)包裝工位的系統(tǒng)。單工位包裝機(jī)沒(méi)有傳送系統(tǒng)。
全部包裝工序在包裝機(jī)上往往分散成幾個(gè)工位來(lái)協(xié)同完成供送包裝材料和被包裝物品，直到把產(chǎn)品輸出。主傳送機(jī)構(gòu)的形式影響其外形，所以必須有專門(mén)的機(jī)構(gòu)來(lái)傳送包裝材料和被包裝物品，直到把產(chǎn)品輸出。
（4）包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)是直接完成包裝操作的機(jī)構(gòu)，即完成裹包、灌裝、封口、貼標(biāo)、捆扎等操作的機(jī)構(gòu)。如糖果裹包機(jī)的前、后推糖板，抄紙板，糖鉗手和扭結(jié)手等組成的機(jī)構(gòu)就是包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)；封罐機(jī)中的兩道卷封滾輪也是包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
（5）成品輸出機(jī)構(gòu) 成品輸出機(jī)構(gòu)是把包裝好的產(chǎn)品從包裝機(jī)上卸下、定向排列并輸出的機(jī)構(gòu)。有的包裝機(jī)械的成品輸出是由主傳送機(jī)構(gòu)完成的或是靠包裝產(chǎn)品的自重卸下的。
（6）動(dòng)力機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng) 動(dòng)力機(jī)是機(jī)械工作的原動(dòng)力，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中通常為電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)是指將動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，使其實(shí)現(xiàn)預(yù)定動(dòng)作的裝置。通常由傳動(dòng)零件，如帶輪、齒輪、鏈輪、凸輪、渦輪、蝸桿等組成，或者由機(jī)、電、液、氣等多種形式的傳動(dòng)組成。
（7）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)由各種手動(dòng)、自動(dòng)裝置組成。在包裝機(jī)中從動(dòng)力的輸出、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)、包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作及相互配合以及包裝產(chǎn)品的輸出，都是由控制系統(tǒng)指令操縱的。它包括包裝過(guò)程、包裝質(zhì)量、故障與安全的控制。
現(xiàn)代包裝機(jī)械的控制方法除機(jī)械形式外，還有電氣控制、氣動(dòng)控制、光電控制、電子控制和射流控制，可根據(jù)包裝機(jī)械的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)要求選擇。
（8）機(jī)身 機(jī)身用于安裝、固定、支承包裝機(jī)所有的零件，滿足其相互運(yùn)動(dòng)和相互位置的要求。因此，機(jī)身必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。
包裝機(jī)械既具有一般自動(dòng)機(jī)的共性，也具有其自身的特性。包裝機(jī)械的主要特點(diǎn)如下。
（1）大多數(shù)包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)速度快，動(dòng)作精度高。為滿足性能要求，對(duì)零部件的剛度和表面質(zhì)量等都由較高的要求。
（2）用于食品和藥品的包裝機(jī)要便于清洗，與食品和藥品接觸的部位要用不銹鋼或經(jīng)化學(xué)處理的無(wú)毒材料制成。
（3）進(jìn)行包裝時(shí)的作用力一般都較小，所以包裝機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率較小。
（4）包裝機(jī)一般都采用無(wú)極變速裝置，以便靈活調(diào)整包裝速度、調(diào)節(jié)包裝機(jī)的生產(chǎn)能力。因?yàn)橛绊懓b質(zhì)量的因素很多，諸如包裝機(jī)的工作狀態(tài)、包裝材料和包裝物的質(zhì)量等。所以，為了便于機(jī)器的調(diào)整，滿足質(zhì)量和生產(chǎn)能力的需要，往往把包裝機(jī)設(shè)計(jì)成無(wú)極可調(diào)的，即采用無(wú)極變速裝置。
（5）包裝機(jī)械是特殊類型的專業(yè)機(jī)械，種類繁多，生產(chǎn)數(shù)量有限。為便于制造和維修，減少設(shè)備投資，在各種包裝機(jī)的設(shè)計(jì)中應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)化、通用性及多功能性。
3.2.2 縱封器的設(shè)計(jì)
帶裝機(jī)上配置的縱封器，主要用來(lái)完成袋筒成型后的縱邊封合。根據(jù)熱封器運(yùn)動(dòng)的不同方式，將縱封器分為連續(xù)式和間歇式兩種[4]。
連續(xù)式縱封器的熱封結(jié)構(gòu)是作等速相向回轉(zhuǎn)的一對(duì)輥筒，它對(duì)袋筒兼有施壓、牽引及加熱封邊的作用，又稱輥式縱封器。在加熱期間，熱量由輥筒內(nèi)的電熱絲通電后供給，常熱式輻射加熱，使熱熔性塑料進(jìn)入兩輥筒的熱合接觸面，相互黏合而形成一道密合的縱縫。
間歇式縱封器呈板條狀結(jié)構(gòu)，大都用氣（油）缸作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，又稱板式縱封器。當(dāng)袋筒停歇時(shí)，縱封器可對(duì)其疊合的側(cè)邊壓緊并進(jìn)行脈沖式熱封，使其形成一道密合的縱縫。釋放后，再借其他裝置完成牽引動(dòng)作。
本設(shè)計(jì)中，由于有數(shù)量規(guī)定，每一百個(gè)硬幣后縱封一次，所以應(yīng)選用間歇式縱封器，但由于整個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源均是電力的，所以將縱封器的動(dòng)力源氣（油）缸改為電磁鐵驅(qū)動(dòng)。
圖1
板式縱封器的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)一般比較簡(jiǎn)單，圖1所示是幾種常見(jiàn)的機(jī)構(gòu)型式。其中（a）圖為直推式：氣缸固定，活塞推動(dòng)縱封板往復(fù)移動(dòng)并壓緊，具有結(jié)構(gòu)緊湊、壓力較均勻等優(yōu)點(diǎn)。（b）圖為拉動(dòng)式：氣缸可以在機(jī)體內(nèi)設(shè)置，整機(jī)外形較平整，拉動(dòng)時(shí)采用杠桿原理，以增大作用力的倍數(shù)，但增加了氣缸的行程，且熱封板橫向受壓不均勻。（c）圖為杠桿式：將氣缸推力通過(guò)杠桿轉(zhuǎn)換成熱封板對(duì)縱縫處的壓力，具有上述兩者的某些優(yōu)點(diǎn)，克服了一些不足；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了傳動(dòng)桿件，傳動(dòng)效果受到一定影響。（d）圖為杠桿夾合式：氣缸擺動(dòng)，適用于對(duì)接式縱縫的封合。上述前三種主要用于搭接式縱縫封口，若對(duì)成型器及料管稍加改裝，同樣可用來(lái)對(duì)接縱縫封合。在本設(shè)計(jì)中，選用直推式縱封器進(jìn)行縱封，直推式縱封器如圖1（a）所示。
板式縱封器主要由熱封板、調(diào)壓彈簧及驅(qū)動(dòng)氣缸組成，此處驅(qū)動(dòng)氣缸換成電磁鐵驅(qū)動(dòng)[6]。工作壓力一般為。
故取壓強(qiáng)
銜鐵直徑
則，銜鐵面積
則，電磁鐵吸力為
取
則，氣隙的截面積
3.2.3 塑料材料及熱封溫度的選擇
（一）熱封原理
將兩層以上的塑料薄膜熱熔到一起，這除了與塑料材料本身的性能有關(guān)，如熔融溫度、熱穩(wěn)定性等，還與溫度、壓力、時(shí)間和加熱方式、封頭形式有關(guān)。它們都是在加熱條件下，使薄膜的熱合部位局部地達(dá)到熔融狀態(tài)，并施加壓力，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，分子互相滲透，經(jīng)過(guò)冷卻、定型后而起熱封合作用。一般來(lái)說(shuō)，溫度低些、壓力小些，時(shí)間長(zhǎng)點(diǎn)，熱封質(zhì)量較好。溫度太高，薄膜容易出現(xiàn)軟化，產(chǎn)生較大的熱收縮變形，影響封口質(zhì)量，甚至燒穿；如果時(shí)間太長(zhǎng)，由得塑料會(huì)受熱分解，壓力過(guò)大，使封口變形增大，封接強(qiáng)度下降。這三個(gè)參數(shù)的關(guān)系可用圖2來(lái)表示，圖中的上限是收縮超過(guò)3%，下限是封接強(qiáng)度等于98kPa，它們上下限間的范