纸币分类整理装置设计

本科生毕业论文（设计）纸币分类整理装置的设计系 别： 机 械 工 程 学 院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 12 级 机 设 本 X 班 学生姓名： 指导老师： 慕 陈 喆 完成日期： 学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的设计（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本设计（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。不保密 。（请在以上相应方框内打“” ）学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 江西科技学院本科生毕业论文（设计）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分类整理装置迫在眉睫。本文运用大学所学的知识，提出了纸币分类整理装置的结构组成、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，构建了纸币分类整理装置的设计总的指导思想，从而得出了该纸币分类整理装置的设计的优点是高效，经济。 关键词：纸币；分类；结构；经济 Abstract In 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.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 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 目录摘要IAbstractII第一章 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第二章 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第三章 纸币分类整理装置的结构设计10 3.1系统方案结构框图的确定11 3.2纸币分类整理装置的工作原理13第四章 机械传动部分的选型计算15 4.1驱动电机的选型计算17 4.2平带传动的选型计算20 4.3滚珠丝杆传动的设计计算21 4.4机架强度的校核22 4.5转轴强度的校核23 4.6轴承的较核24第五章 附录26总 结27参考文献28致 谢29 第一章 引言1.1 课题的来源与研究的目的和意义 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。 机械工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和必要的。从不同的专业和专业知识的专家，也有综合的知识了解不够，看看其他学科和项目作为一个整体，从而形成一种相互强烈的集体工作。综合和专业水平。有机械工程全面而专业的冲突；在综合性工程技术也有综合和专业问题。在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。本毕业设计课题来自于冰糕二次加工型机械公司的生产实际，通过设计出冰糕剖切机，从而来掌握冰糕剖切机的整个设计生产流程，培养工程意识。纸币分类整理装置是一种对各种面值的纸币进行自动分类，清点，计数的机械设备，主要用在银行的纸币的分类和清点方面。通过设计出纸币分类整理装置，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SolidWorks对纸币分类整理装置进行设计。主要是设计出了该纸币分类整理装置的进币、分选、输送、检测、存储等等几个部分。具体的研究内容如下：1、 纸币分类整理装置的进币装置的设计，包括其中电机的选型以及旋转体的设计。2、 纸币输送单元的设计，包括出币口的设计以及输送线的设计。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。1 第二章 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分类整理装置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。第三章 纸币分类整理装置的结构设计3.1系统方案结构框图的确定本次设计的任务是对纸币分类整理装置进行设计，本次设计主要采用模块化设计。方案一:本次设计的纸币分类整理装置可以采用纸币分开投放，然后各自通过分选机构，和检测机构来实现钱币的自动分类、清点。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起，然后通过分选机构和清点机构进行钱币的自动分类、清点。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纸币分类整理装置的工作原理纸币分类整理装置的工作原理为人工将纸币放入进币筒，进币筒里面有分选体装置，电机带动其不断地旋转，对于纸币，在分选体旋转的同时，在分选体圆周表面与纸币摩擦的同时，由于惯性力的作用，将纸币从进币筒里的缺口里面落到分选输送带上面，通过检测传感器针对纸币的颜色和大小的判别从而通过PLC系统控制电机带动滚珠丝杆螺母副移动，利用真空吸盘来吸住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：第四章 机械传动部分的选型计算4.1 驱动电机的选型计算 已知整个设备上工件与零件的重量，我们取总重量为，滚珠丝杆转动速度为。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 平带传动的选型计算(1)传动名义功率；(2)主动轮转速，从动轮转速；(3)中心距；(4)工作情况： 小时运转求设计功率，式中为载荷修正系数由设计功率 和，查表可得带的型号为型，对应节距（5）选择平带齿数由平带转速型带，查表得平带最小许用齿数 ，则大带轮齿数 ,其中；,取标准带轮齿数；（6）确定带轮节圆直径；（7）确定平带的节线长度，；式中：，以代入 则， 选择最接近计算值的标准节线；（8）计算平带齿数；（9）传动中心距的计算；用逐步逼近法计算，代入上式得出与精确计算结果相似。最后测量装置平带选用型平带；， ；平带轮： ，；4.3 滚珠丝杆传动的设计计算 在材料选取的基本原则的前提下，可以满足一部分性能，良好的工艺性和经济性。这种材料的特性机械部分应在正常工作条件下，其物理和化学性能，是保证其可靠性的基础。一般的机械零件，主要考虑的是材料的机械性能；而非金属材料零件，还应考虑对零件性能的环境效应。根据零件选择的力学性能，要对工作条件进行正确分析，形状和大小和应力状态，结合这类零件的主要失效形式，对原发性和继发性失效抗力进行计算和分析。1) 丝杆螺母强度的校核计算 滚动螺旋传动主要承受轴向力。螺母与螺钉间滑动摩擦较大，所以磨损失效的主要形式。基本尺寸（直径滚珠丝杠和螺母高度），通常基于条件的耐磨性测定。滚珠丝杆驱动力较大，应检查滚珠丝杆和螺母和螺纹强度的危险截面，以防止塑性变形或断裂的发生；自锁螺钉的要求，检查自锁螺钉；滚珠丝杆直径比较大，应检查其稳定性，以防止轴心受压失稳；长滚珠丝杆转速也应该检查其临界转速，以防止过大的横向振动。设计应根据驱动类型，工作条件和失效模式，选同的设计标准，无需逐一检查。（1）滚珠丝杆螺母副，横向丝杆的最大轴向载荷为2000N，支承间最大距离为400mm，要求定位精度为0.001mm，滚珠丝杆的负荷包括运动部件的重量所引起的进给抗力。应按额定静载荷选用。 载荷性质系数为动载荷硬度影响系数，最大轴向载荷定静载荷为，查表得使用寿命时间，初选丝杆螺距，得丝杆转速由于丝杆螺距为，可选系列完循环丝杆副尺寸系列W2005-2.5圈一列滚珠丝杆螺母副的几何参数计算，见表4-1所示：表4-1 滚珠丝杆螺母副几何参数名 称符 号计算公式和结果（mm）螺纹滚道公称直径20螺 距5接触角钢球直径3.175螺纹滚道法面半径偏心距螺纹升角滚珠丝杆滚珠丝杆外径滚珠丝杆内径滚珠丝杆接触直径螺母螺母螺纹外径螺母内径（外循环）螺母长度Ln33（2）传动效率计算 式中：摩擦角；丝杆螺纹升角。 （3）刚度验算，滚珠丝杆受工作负载引起的导程的变化量 向所受牵引力大，故应用向的参数计算 所以 丝杆因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。 所以导程误差查表知级精度的丝杆允许误差，故强度足够。（4）稳定性验算，由部件自重产生的使丝杆回转的扭矩为式中：移动部件自重导程逆传动效率，由于滚珠丝杆副的正传动效率和逆传动效率近似相等，因此，一般用正传动效率代替。由，可知110BF004反应式步进电动机带动丝杆螺母副时不会发生逆向传动 。 （5）轴承的选择，初选，工作时为轻度冲击，正常工作温度，预期寿命为，丝杆在工作的过程中受轴向载荷作用，且最大轴向载荷为。查手册可知道的基本额定负载,为了能安装方便本次设计中轴承可以用带座轴承代替，选用轴承的型号为UCFU203轴承。查表可知道；当量负载的计算可算得轴承寿命。 温度系数，载荷系数，UCFU203轴承座，寿命指数为得所以该轴承适合。3)滚珠丝杆螺母的支承方式的选择 滚珠丝杠的支承主要有以下四种，由于支承方式不同，使容许轴向载荷及容许回转转速也有所不同。（1） 固定-固定，适用于高速，高精度； （2）固定轴承适用于中高速，高精度；（3）支持，中速的支持，精度；（4）固定-自由，低速度，精度，短轴螺钉本次设计中丝杆螺母的固定方式如下图所示：4) 滚珠丝杆螺母的润滑和防尘隔离（1）为了提高滚珠丝杠副的精度和使用寿命，通过滚珠丝杆的轴向力对滚珠丝杆的影响，保证轴承的受力均匀，避免倾覆力。（2）反逆向的滚珠丝杠驱动器对效率高，应在电机功率的考虑，和逆螺旋传动由于其成分的重量（尤其是驱动在垂直方向上，当逆方法）可以用来防止动力传动电机，蜗轮自锁：切割离合器，等。（3）在行程两端的滚珠丝杠应该有保护装置，以防止滚珠丝杠过程的冲击和影响精度，使用寿命甚至损坏。（4）防止热变形对定位精度的丝杠热变形精度的重要影响。热源不仅是摩擦热产生的螺丝，和其他机械零件热时，滚珠丝杆的热膨胀和伸长率。因此有必要对热源的因素，控制热源的措施，也可用于预拉伸，强制冷却，减少滚珠丝杆伸长的热变形的影响。（5）密封圈是重要的密封气体和液体的标准件，所以密封圈的防尘措施是必须要考虑的。滚珠丝杠螺母安装在防尘圈的两端，以避免螺钉外露，但还需要滚珠丝杆选择保护装置。（6）合理的润滑是减小驱动力矩的重要环节，提高传动效率，延长滚珠丝杆的使用寿命，接触面和油膜减振效果，降低传动噪音和尘土等杂物在螺旋洗，所以应注入润滑脂。（7）推荐的大型轴承的使用适用于数控机床为了提高传动刚度。（8）内循环滚珠丝杠，滚珠丝杠必须两端的齿和一端连接了至少一个螺纹，所有圆螺纹底径尺寸小于D2，否则无法安装螺母。（9）外循环滚珠滚珠丝杆位置，最好是放在滚珠丝杆轴以上插管。（10）加工螺纹，外圆直径大于1的外径最好不要螺钉。滚珠丝杆图如下图所示：4.4 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。4.5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。4.6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： 第五章 附录 部分机器及零件的三维图 总结 至此在毕业设计完成之际，向我的导师表示由衷的感谢！真心的感谢我的导师对我的谆谆教导，感谢我敬爱的老师，您不仅在学习学业上给我以精心的指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀支持和理解，给予我人生的启迪，使我在顺利地完成大学阶段的学业同时，也学到了很多有用的做人的道理，明确了人生目标。知道自己想要什么了，不再是从前那个爱贪玩的我了，我懂得了很多，也成熟了很多，知道自己还是一名学生，需要学习的地方还有很多。经过近半年努力的设计与计算，查找了各类的纸币分类整理装置的设计资料，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动和开心。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为我自己已经尽力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学学习取得的一点点成果。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，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多有用的知识，在此对所有关心我帮助我的表达我由衷敬意，谢谢各位同学老师。 经过此次毕业设计，我发现了自己的很多不足，有很多地方需要学习和补充，这样，在以后的工作中才能够克服种种困难，取得一定的成就。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 纸币分类整理装置概述 北京：机械工业出版社，2005.13周宏甫 纸币分类整理装置的创新设计.高等教育出版社，2004.34姜继海，宋锦春，高常识. 纸币分类整理装置工作原理.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. 纸币分类整理装置的设计与实现. 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. 纸币分类整理装置原理.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.纸币分类整理装置的逆向设计.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 纸币分类整理装置的创新. 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。24