纸币整理机构设计

本科毕业设计(论文) 题目： 纸币整理机构的设计 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3月 摘 要随着国民经济的增长，我国在WTO世纪贸易组织中的稳固定位，发行的纸币的面值已经越来越多了，这无疑给盈利颇多的个体户或者银行的点钞人员带来了更大的困难，传统的通过人工分类、清点的方式分类整理的效率不高且容易出现失误，满足不了大数量纸币分类整理工作的需求，因此设计出一款纸币整理机构迫在眉睫。本设计主要针对目前城市公交公司、商贸和银行关于钱币的分类、清点、整理需求而设计。目前以上场合的钱币分类主要依赖于人工，人力成本高且效率低下。本机械装置的主要功能是对混杂在一起的各种纸币和硬币进行分类、清点、整理。本设计准确、实用。可部分或者全部替代人工，减少人力成本本文运用大学所学的知识，提出了纸币整理机构的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了纸币整理机构的设计总的指导思想，从而得出了该纸币整理机构的设计的优点是高效，经济。 关键字：纸币；分类；结构；经济 AbstractIn todays society, the bus is one of the most important means of transportation, both manned loading, sightseeing, or go out to travel and so on occasions to be used in peoples daily life, no trace of the bus. As the bus ride object is more and more popular in China, some banknotes and coins in the number increased to the bus company in counting personnel brought greater difficulties, through traditional manual classification, counting way cannot meet the actual requirements, design a kind of automatic classification, automatic coin counting machine imminent.The machine is mainly composed of a feed hopper, the hopper, cutting knife, cutter and the motor composition and its working principle is the free fall of the root vegetables can feed, through the cutting knife rotating the hopper in the vegetable slicing and shredding and finally finished by the material discharging mouth.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 目 录摘要IAbstractII第1章 引言1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义1 1.2 本课题研究的主要内容2第2章 纸币识别、整理、计数及储存模块设计4 2.1 识别方案6 2.2 计数及储存模块设计方案7第3章 纸币整理机构的结构设计10 3.1 系统方案结构框图的确定11 3.2 纸币整理机构的工作原理13第4章 机械传动部分的选型计算15 4.1 驱动电机的选型计算16 4.2 V带传动的选型计算17 4.3 螺栓的选型计算18第5章 各主要零件的强度校核20 5.1 机架强度的校核22 5.2 转轴强度的校核23 5.3 轴承的较核24第6章 附录26总结27参考文献28致谢29 西京学院本科毕业设计（论文）第1章 引言1.1 课题的来源与研究的目的和意义 我国生产的纸币整理机构结构简陋，整理效率始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的纸币整理机构的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，纸币整理机构的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的纸币整理机构势在必行！ 相信此种纸币整理机构的出现将会大大提高纸币的整理能力和质量，为企业的生产的年产能方面，以及经济效益方面能够带来显著的进步，同时也在某种程度上推进了机械工业的不断发展。 随着国际标准化（SIO）的实施，世界纸币整理机构以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础，着眼于产品零部件的标准化、系列化、规格化、通用化和专业化以及大批量生产。根据互换性、模数制、公差与配合的原理，使得组合、多变、拆装的纸币整理机构已经进入全面系统设计的阶段，其功能与形式的结合更为完美。 19世纪80年代，美国的HUGER公司将新开发的纸币整理机构应用到该公司的子公司-一个生产纸币整理机构的机械公司，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。随着技术的发展，能源危机引发全球性的节约能源和环境保护意识的提高，在总结第一代纸币整理机构的经验基础上，开发出了性能更佳，夹持直径更大的纸币整理机构。当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行纸币整理机构的研发工作。现在国外等著名纸币整理机构的品牌中，都有纸币整理机构的销售，全世界纸币整理机构的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，纸币整理机构的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此纸币整理机构是当今纸币整理装置生产加工企业比配的设备已经成为主要趋势。西方资本主义国家有巨大的纸币整理机构销售市场，机械人工业是西方资本主义国家的机械工业之一。 目前国外特别是美国正在考虑发展纸币整理机构的功率最大化，产能最优化的问题。自“九五”期间纸币整理机构的开发和研制已经被列入美国的重大科技攻关计划，以跟踪世界技术的发展和开发适合美国机械工业发展的纸币整理机构。我国从1953年开始生产纸币整理机构，于1958年自行设计制造整理半径在50、70、90、120、500型等纸币的纸币整理机构之后，为了适应纸币生产厂家的需要，1959年又制造了500、1000、1200型等大直径的纸币整理机构。 为了满足纸币生产工业发展需要，我国于1970年研制了大型纸币整理机构。也曾设计制造顶部单缸900液压纸币整理机构，并装有自动调整料口与过棒报警装置，经过多年实践摸索，于80年代研制1200/140轻液压纸币整理机构，经运转实践证明效果很好。近几年又研制出PX1400/170纸币整理机构，其设计能力为1750th/，实际达到2508th/，是设计值的1.6倍。 目前纸币整理机构将逐渐被全自动纸币整理机构所代替。纸币整理机构是1953年开始仿苏2100和1“O弹簧纸币整理机构而设计。1954年开始自行设计生产了1200纸币整理机构。1958年又设计制造了大型2200纸币整理机构。70年代已研制出1200，1650，2200多缸液压纸币整理机构的系列产品。后经多年反复研制与实践，相继克服了旧系统不足，零件强度低以及结构上的某些缺点，现己批量生产的新系列纸币整理机构有600，900，1200，1750，2200五个规格十四种类型，然而我国机械人业所需的纸币整理机构全部依赖进口，这使得国产机械人配备纸币整理机构后，成本增加很大，而装备自行开发生产纸币整理机构，其成本提高不大，说明纸币整理机构的市场前景令人乐观。 纸币整理机构是一种对各种面值的纸币进行自动分类、整理的机械设备，主要用在银行的纸币的分类和清点方面。通过设计出纸币整理机构，使银行对于散钞的处理更加方便，以解决目前的社会纸币面值逐渐增加循环量，以及钱币的清点、分类不便的问题。通过市场上的产品的调查，现有的纸币分选机构不具有包装的功能。本机械装置的主要功能是对混杂在一起的各种纸币进行分类、清点、整理。本设计准确、实用。可部分或者全部替代人工，减少人力成本。本设计的创新点主要有：（1）功能齐全，可实现纸币的分类、清点、整理。（2）结构紧凑，该设计中各模块排列紧凑。（3）该设计过程采用模块化设计，较多采用成熟技术，开发周期短。可靠性高。1.2 本课题研究的主要内容本论文主要研究运用大学所学的知识对纸币整理机构进行设计，主要是设计出了该纸币整理机构的进币、分选、输送、检测、存储等等几个部分。具体的研究内容如下：1、 纸币整理机构的储币箱的设计，包括其焊接结构的设计。2、 纸币输送单元的设计，包括出币口的设计以及输送装置的设计。3、 纸币分选、清点部分的设计，包括检测传感器的选型以及分选存储装置的设计。2 第2章 纸币识别、整理、计数及储存模块设计2.1 识别方案 对纸币面值的识别和判断是纸币整理机构的一个重要组成部分也是核心部分，通过CIS传感器对输送带上面输送过来的纸币进行取样并拍照后，通过A/D转换器把图像信号转换为数字信号传递给图像处理单元SOPC进行图像的处理和分析，其中内部RAM是用来存储数字信号的存储器，然后，中央处理器根据采集来的信号来判断是什么面值的钞票，然后通过控制电路的输出控制电机做出相应的动作，来对钞票进行分类，系统原理框图如下图2.1所示：图2.1原理图2.2 计数及储存模块设计方案 对于传感器的计数是根据传感器的信号来判断的，当CIS传感器检测到钞票是五元面值的时候就会通过A/D转换器把五元面值纸币的转变后的数字信息传递给图像处理单元进行分析，归类，其他例如十元纸币、五十元纸币、一百元纸币等等都是类似的，然后该传感器还有计数功能，多少张纸币被传感器检测到了，传感器的技术模块就要反馈纸币的数量到LCD显示屏显示出纸币的种类和张数。第3章 纸币整理机构的结构设计3.1 系统方案结构框图的确定本次设计的任务是对纸币整理机构进行设计，本次设计主要采用模块化设计。方案一:本次设计的纸币整理机构可以采用纸币分开投放在储币箱里面，然后各自通过整理机构和检测机构来实现钱币的自动整理。方案二：通过采取混币投入的形式，就是说把纸币混合放在一个储币箱里面，然后通过整理机构进行钱币的自动整理。通过查找相关资料和文献，对于以上两种方案作了比较，通过比较考虑，觉得方案二更方便，并且机械的主体机构比较集中，于是得出的系统结构框图如下图3.1所示。 图3.1 系统结构框图3.2 纸币整理机构的工作原理纸币整理机构的工作原理为人工将纸币放入储币箱，储币箱里面有整理装置，电机带动其不断地上下摆动，对于纸币，在储币箱上下摆动的同时，由于惯性力以及储币箱上下摆动的作用，将纸币从储币箱里的出币口里面落到纸币整理装置上面，通过纸币整理装置的整理以后，不同面值的纸币到各自的滑槽里面，纸币会随着滑槽在其重力的作用下落入到存储箱里面。具体结构原理图如下图所示：第4章 机械传动部分的选型计算4.1 驱动电机的选型计算 已知整个纸币整理机构上储币箱与零件的重量，我们取总重量为，电机转动速度为。即： 具体的电机设计计算如下:1、确定运行时间本次设计加速时间 负载速度，有速度可知每秒上升，2.负载惯量左右水平运电机惯量总惯量3.电机转矩启动转矩 最大转矩为安全系数，取。根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为92BL-A，此无刷直流步进电机厂家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下：根据以上分析，选择电机型号为92BL-4030H1-LK-B，电机的额定功率为，其额定转矩为，最大转矩为，额定转速为 。4.2 V带传动的选型计算4.2.1 带传动的设计计算（1）设计功率 1.2 P传递的功率（2）选定带型根据和选取普通V带C型，小带轮转速，为1350r/min（3）传动比 1.76 （4）小带轮基准直径（mm） 由B1表8112和表8114选定 100mm75r/min （5）大带轮基准直径（mm） 由B3表87得=150mm（6）带速验算 （7）初定轴间距（mm） （8）所需带的基准长度（mm） 650mm 带型选择为A900（9）实际轴间距 （10）小带轮包角 = =（11）单根V带的基本额定功率根据系统工况，我们可以取=0.37kw（12）时单根V带型额定功率增量根据系统工矿，在这里我们取=0.15kw（13）V带的根数ZZ =小带轮包角修正系数取0.96带长修正系数查取0.87（14） 单根V带的预紧力 = =134（N） mV带每米长的质量（kg/m）查B1表8124，取0.1k/gm（15）作用在轴上的力 考虑新带初预紧力为正常预紧力的1.5倍（16）带轮的结构和尺寸带轮是传动系统的传动组件之一，需要有足够的刚度和强度才能满足要求。根据系统的需求，我们可以选择铸铁作为带轮的材料，因为铸铁的强度和刚度方面度能够满足系统的需求。带轮的材料为HT200，查B1表8110得基准宽度制V带轮轮槽尺寸，根据带轮的基准直径查B1。4.3 螺栓的选型计算 螺栓的强度在机械联接中至关重要，特别是在重要的场合，其强度校核和计算尤其重要。其受力简图如上图所示，图中以合力代替均匀分布的作用力假设应力在剪切面内是均匀分布的，若为剪切面面积，则应力为：与剪切面相切，故为剪应力。2、挤压实用计算在工程上也使用相似剪切的计算方法，假设挤压应力是均匀分布的，则 挤压面面积为挤压面的正投影面积。对于平键接触面面积就是挤压面面积；对于螺栓挤压面面积就是直径平面面积，其值为。3、强度条件 剪切和挤压的强度条件如下：剪切强度条件：挤压强度条件： 式中塑性材料：脆性材料：先按剪切强度设计：?d再用挤压强度条件设计，挤压力为，所以? ?d 最后得到螺栓的抗大强度和抗剪强度是合适的。第5章 各主要零件的强度校核5.1 机架强度的校核 机架的选择根据整个系统的总重量来定，方管机架受力分析得出，由分析得出底架在平衡状态下只受地面对其的支撑力和在其表面上物体所给的压力。 即物料和底架上面的所有零部件等等给的压力为 ； 根据方管承载力计算公式： (为弯矩，为集中力，为集中力距支座距离，为集中力距另一支座距离，为跨度，) ； （仅用于截面)； （弹性抗拉强度/安全系数）。 ，本次设计初定为； 则： ； ，初定方管为。 计算得出。 ； 折算后为； 查得普通碳素结构钢Q235A的抗拉强度为，由于远远小于，所以初定方管满足要求。5.2 转轴强度的校核轴的强度是一个机械能否保证正常运转的关键，在一些特定场合，特别是轴的作用非常重要的场所，对轴进行强度校核是必然的。由于本设计所用轴主要是受弯曲强度，右端是带轮对轴的力，中间是轴承座的两个支撑力。而根据系统工况，要对轴进行校核，就必须对它的抗弯能力和抗扭能力进行校核计算，即由弯矩产生的弯曲应力不超过许用弯曲应力，一般计算顺序是先画出轴的空间受力图，然后根据分析绘制出轴的水平受力图和垂直受力图并求出水平面上和垂直面上的支承点反作用力。最后才是作出水平面上的弯矩和垂直面上的弯矩图，这是轴的校核计算中的一个基本的流程，对于轴的危险截面的校核计算有着相当重要的意义和作用，所以这个地方很关键，需要一步步地对轴进行校核计算，才能够得到正确的校核结果。 根据以上分析，我们可以做出轴的弯矩图和转矩图，应用公式我们可以绘出当量弯矩图，是应力校正系数。对于不变的转矩，取；对于变化的转矩，取；对于对称循环的转矩取。a 是根据不同的系统工况决定的。对于本次设计，可以把轴的转矩理解为不变的转矩，所以根据以上分析，我们可以取。轴的材料为钢，根据钢这个材料的相关参数，我们可以知道，；应满足 下列条件： 或 其中W为轴的抗弯截面系数；轴的具体受力情况如下图： 由材料力学的相关知识可得：即：解得： 由 得： 可得轴的弯矩图则如下： 轴所受的转矩如下： 转矩图如下：；所以，所以当量弯矩图为：从以上图可以看出轴的危险截面在轴承左边支撑处，于是就有：；即： ；故根据校核，截面强度足够，其它截面也是足够安全的。5.3 轴承的较核 轴承的选用在以上的说明中已经给出，选用的是带紧定套的滚子轴承，型号为22218CK/W33+H318，其基本参数为主要是额定载荷：，,Y,，根据规范，我们知道该轴承的一些常规属性，例如使用寿命，工作年限等等，所以轴承的额定动载荷的计算如下： ，其中： 基本额定动载荷计算值； 当量动载荷； 寿命因数，取； 速度因数，取； 力矩载荷因数，力矩较小时,力矩较大时； 冲击载荷因数,取； 温度系数,取；基本额定动载荷； ,（等冲击）,；因为轴向载荷，即，所以当量动载荷即 ， ,所以此轴承选的合适,能满足要求。轴承的三维图如下图所示： 第5章 设计总结 在相关的实际问题的讨论中，我的导师总是孜孜不倦的引导着我，帮助着我。每周一次的进度检查和问题讨论，促使我在正确的道路上大步前进，不仅工作的按时保质保量的完成得到了保证，我本人的研究能力，工作的态度也得到了充分的锻炼和提高。这些宝贵的品质影响着我，毫无疑问，它们对我以后的工作，学习，生活都会起到深远而长久的良好影响。也能为人生打下一个夯实地基础！在具体的研究设计过程中，同学们也在平日的学习与生活中提供了无私与周到的帮助，充分用他们的工作热情感染着我，鼓励着我，让我少走了很多弯路，再次一并致谢！另外也感谢我的父母，朋友和同学们的帮助。在做设计感觉受挫，枯燥与迷茫时，是他们在悉心的为我释放压力，鼓励我不要气馁，勇敢面对。每周一次和父母的通话，与朋友和同学的长谈后都使我精神放松，斗志倍增，以饱满的热情重新投入到工作中去，感谢他们，正是他们的不懈支持和充分理解才能使我顺利完成毕业设计。 最后，感谢学校各位领导与老师给了我在滨海学院学习生活四年以及参加这次毕业设计的宝贵的锻炼机会，它使我深刻认识到在知识的汪洋大海面前我是多么无知和微不足道。这是一个最好的时代，也是尊重知识，充分学习知识，掌握知识的时代。只有持续的不间断地学习，才不会在激烈的竞争中落后于别人，也才能用自己的真才实学为社会做出自己应有的贡献。知识是无止境的，无价的，我愿在求真的道路上下而求索！总结 在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度。本文所设计的是纸币整理机构的设计，通过初期的定稿，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最后，感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。 在相关的实际问题的讨论中，我的导师总是孜孜不倦的引导着我，帮助着我。每周一次的进度检查和问题讨论，促使我在正确的道路上大步前进，不仅工作的按时保质保量的完成得到了保证，我本人的研究能力，工作的态度也得到了充分的锻炼和提高。这些宝贵的品质影响着我，毫无疑问，它们对我以后的工作，学习，生活都会起到深远而长久的良好影响。也能为人生打下一个夯实地基础！在具体的研究设计过程中，同学们也在平日的学习与生活中提供了无私与周到的帮助，充分用他们的工作热情感染着我，鼓励着我，让我少走了很多弯路，再次一并致谢！另外也感谢我的父母，朋友和同学们的帮助。在做设计感觉受挫，枯燥与迷茫时，是他们在悉心的为我释放压力，鼓励我不要气馁，勇敢面对。每周一次和父母的通话，与朋友和同学的长谈后都使我精神放松，斗志倍增，以饱满的热情重新投入到工作中去，感谢他们，正是他们的不懈支持和充分理解才能使我顺利完成毕业设计。参考文献1黄磊 机械设计理论研究与探讨 北京：科学出版社，2004.52李华 纸币整理机构概述 北京：机械工业出版社，2005.13周宏甫 纸币整理机构的创新设计.高等教育出版社，2004.34姜继海，宋锦春，高常识. 纸币整理机构工作原理.高等教育出版社，2002.85张春林，曲继方，张美麟.机械创新设计.机械工业出版社，2001.46张辽远. 纸币整理机构的设计与实现. 机械工业出版社，2002.87基恩士传感器选择手册 2010版本8黄长艺，严普强.机械工程测试技术基础. 机械工业出版社，2001.19张桓，陈作模.机械原理.高等教育出版社，2000.810王昆，何小柏，汪信远. 纸币整理机构原理.高等教育出版社，1995.1211徐锦康.机械设计.高等教育出版社，2004.412邓星钟.机电传动控制.华中科技大学出版社，2001.313刘延俊.液压与气压传动.机械工业出版社，2002.1214章宏甲，黄谊，王积伟.纸币整理机构的逆向设计.机械工业出版社，2000.515胡泓，姚伯威.机电一体化原理及应用.北京：国防工业出版社，2000.616陈铁鸣 纸币整理机构的创新. 高等教育出版社，2003.717孙靖民.机械优化设计. 机械工业出版社，2005.118王勇领.系统分析与设计.北京:清华大学出版社，1991.719Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space致谢 写到这里，这次毕业设计总算快要完成了，通过几个月的努力和时间的付出，总算有了这么一点点成就，觉得挺自豪的，同时也发现自己之前思念在学校学习的知识还远远不够，还有很多问题不大懂，也不明白，幸亏有我的导师和同学们的指导和帮助，然后自己查找相关书籍和资料，总算有了论文的初步构思，然后通过这几个月的付出，以至于今天的论文总算要告一段落了。我感到非常兴奋和高兴。虽然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因为我是怎么想的，这是我付出的汗水获得的成果，是我在大学四年的知识和反映。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是来自老师和同学的潜移默化让我学到很多有用的知识，在这里，谢谢老师以及所有关心我和帮助我的人，谢谢大家。21