硬币自动分选机械设计说明书

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指导教师：

硬币分选机的设计 机械设计制造及其自动化

机械与运载学院

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摘 要

硬币自动分选清点机是一种集自动分选、清点和包装于一体的小型机械。本设计式为了使硬币的处理更加便捷，解决现今社会硬币逐步增大的流通量，以及硬币的处理不便的问题。经对市场产品的调查研究发现，现今已有的硬币分选机构基本都不具备包装功能。在此次的设计中，针对这个缺陷，设计出了以一个螺旋料槽扭动式电磁振动给料机、一个直线料槽往复式电磁振动给料机、三个纵封包装机、一个推杆机构和三个机械手，以及电子计数器结合而成的硬币自动分选清点机构。硬币自动分选清点机利用电磁振动给料机的振动以对硬币进行定向、排列与分选。螺旋料槽扭动式电磁振动给料机在本设计中承担的主要是硬币的定向与排列，直线料槽往复式电磁振动给料机主要运用于硬币的分选，纵封包装机、机械手与推杆机构组成了一个可纵封与横封的包装机构，电子计数器则用于硬币的清点。根据对电磁振动给料机、纵封包装机以及机械手电磁铁的选用和吸力参数设计，对机械手夹紧力参数的设计和对推杆机构的参数设计及强度校核，符合所设计机械的工作要求，通过这些局部设计计算，证明了硬币自动分选清点机的设计理论是可行的。以它的实用性，将比其他的硬币分选机构有更高的效率。

关键词：硬币清点，自动分选，机械手，电磁振动给料机

I

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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

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目 录

摘 要 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- I ABSTRACT ------------------------------------------------------------------------------------------------II 第一章 绪 论 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 1 第二章 硬币分选清点机构的方案设计 -------------------------------------------------------------- 4 2.1 总体方案的确定 ............................................................................................................. 4 2.2 几种机构方案的比较及最终方案的确定 ..................................... 错误!未定义书签。 2.3 驱动系统性能分析与方案设计 ..................................................................................... 7 2.4控制系统的方案设计 ...................................................................................................... 8 2.4.1 控制顺序 ............................................................................................................ 8

2.4.2 控制方案 ............................................................................................................ 8

第三章 各部件技术设计及参数选择 ----------------------------------------------------------------10 3.1 电磁振动给料机的设计 ............................................................................................... 10 3.1.1 概述 .................................................................................................................. 10 3.1.2 电振机工作原理及物料输送原理 .................................... 错误!未定义书签。 3.1.3 运动学参数的选择和计算 .............................................................................. 15 3.1.4 动力学参数选择及计算 .................................................................................. 17 3.1.5 电振机电磁参数计算 ........................................................ 错误!未定义书签。 3.1.6 振动料斗参数选择及设计要点 ...................................................................... 21 3.2 纵向热封器设计及参数选择 ......................................................... 错误!未定义书签。 3.2.1 概述 .................................................................................... 错误!未定义书签。 3.2.2 纵封器的设计 .................................................................................................. 22 3.2.3 塑料材料及热封温度的选择 .......................................................................... 24 3.3 热封切断机械手的设计 ............................................................................................... 25 3.3.1 概述 .................................................................................................................. 25 3.3.2 机械手设计及参数计算 .................................................................................. 26 3.4 推杆包装机构 ................................................................................. 错误!未定义书签。

3.4.1 齿轮的选择及计算 ............................................................ 错误!未定义书签。 3.4.2 电动机的选择 .................................................................................................. 28 3.4.3 齿轮的设计准则 .............................................................................................. 28 3.4.4 齿轮传动的强度计算 ...................................................................................... 29

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3.4.5 丝杠螺母参数的选择 ........................................................ 错误!未定义书签。

结 论 -------------------------------------------------------------------------------------------------------30 致 谢 -------------------------------------------------------------------------------------------------------33 参考文献 ---------------------------------------------------------------------------------------------------33

IV

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第一章 绪 论

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大幅度地提高生产效率 如啤酒灌装机的生产率可高达36000瓶/h，这是手工灌装机无法比拟的。有如蛋形巧克力的包装，用手工包装每人每班可包装20kg，而用机械包装，每人每班可包装250kg以上。

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降低劳动强度，改善劳动条件 如手工包装糖果，一个工人8h要重复动作80000多次；再如人工袋装化肥，粉尘飞扬污染环境等。如果广泛地采用包装机械代替手工包装，不但能将包装工人从繁重的体力劳动中解放出来，而且还大大地改善了工人的劳动条件。

保护环境，节约原材料，降低成本 手工包装液体产品时，易造成产品外溅；包装粉状产品时，往往造成粉尘飞扬，既污染环境，又浪费了原材料。采用机械包装能防止产品的散失，既保护了环境，又节约了原材料。

有利于被包装产品的卫生，提高产品包装质量，增强市场销售的竞争力 有些产品的卫生要求很严格，如药品、食品等，采用机械包装，避免了人手和药品、食品的直接接触，减少了对产品的污染。同时由于机械包装速度快，食品、药品在空气中停留时间短，从而减少了污染机会，有利于食品和药品的卫生。

另外，由于包装机械的计量精度高，产品包装的外形美观、整齐、统一、封口严密，从而提高了产品包装的质量，提高了产品销售的竞争力，可获得较高的经济效益。

延长产品的保质期，方便产品的流通 采用真空、换气、无菌等包装机，可使食品和饮料等的流通范围更加广泛，延长食品的保质期。

可减少包装场地面积，节约基建投资 当产品采用手工包装时，由于包装工人多，工序不紧凑，所以包装作业占地面积大，基建投资多，而采用机械包装，产品和包装材料的供给是比较集中的，各包装工序安排比较紧凑，因而减少了包装的占地面积，可以节约基建投资。

随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已越来越引起人们的重视。

机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。

通过对本次设计题目的深刻理解，对设计机构各个部分的深入分析，对现市面上已

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出现的硬币分选机的认识，本次设计将采用一个电磁振动供料机，一个三道的直线振动滑道，一个热封包装机和一个上下料机械手组合而成。

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第二章 硬币分选清点机构的方案设计

2.1 总体方案的确定

通过对各种资料的综合总结，以及对现在市场上或正在研发的硬币分选清点机构的研

究，依据现有成熟设备以及

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1、往复摆动式分检机

这种分检机有上述特殊设计的槽体，内装带规定孔径的抽屉，把这个槽体，用带有一定角度的弹簧板支撑，再装上一个转动的曲柄连于机构，带着槽体作往复摆动(图3)。

当硬币放入机箱槽体的带孔抽屉底板上后，由于传动机构的作用，分检机工作时槽体作定向摆动，硬币在底板上不断向前滑抛，小于孔径的硬币，通过板孔落人平板下的槽体中向前滑动；而大于板孔的硬币，则留在平板上，不断向前滑动；最后两种硬币通过不同的槽口滑出。

2、定向振动式分检机

这种分检机，也由一个槽体，内带具有规定孔径的多个抽屉，和一个旋转的振动装置组成，槽体和振动装置，用弹簧加以支撑，当振动装置旋转时，会产生振动力，这是一种定向往复的振动力，这种力使槽体作定向振动(图4)，当混合的硬币给人槽体平板上时，硬币即沿平板向前移动，并带一定的抛射动作，小于孔径的硬币，透过孔落人底板之下，大于孔径的硬币，则留在平底板上。

以上两种分检机的工作原理很类似，只是使带孔平板获得运动轨迹的传动方式略有不同，运动轨迹接近直线，并和水平面有一个夹角α，α可以在30到45度之间，这样使硬币有一个向前上方抛射的作用，使硬币相互分开，落下，并向前移动，同时小于孔的硬币透孔下落，完成分检工作。

3、人工操作

将机体l的底部固定在两根轴8上，每根轴8的两端均装有一个能绕轴8转动的轮子7；机体l的侧上部装有把手3。机体l内装有多个抽屉，分检好的硬币可以通过抽屉拿出。

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为使硬币和抽屉的底板之间产生相对运动，使小于规定孔径的硬币有透过圆孔下落的机会，通过把手3使机体l的左侧抬起，并靠右边的两个轮子7作倾斜移动，倾斜的程度可以改变，使较小的硬币不断的依次通过各抽屉底版上相应的圆孔，各种硬币由于直径不同而被分开。

方案二：

硬币自动分选机的设计依据是：利用偏心轮电机产生振动，使硬币定向移动进入多路分选装置；再利用丝杠旋转力传送硬币，当不同规格的硬币通过相应的检测分离孔时，被检出进入分类收集装置；利用单片机编程、光电计数控制电路等多种知识和技术，使其分选效率好，计数准确。输入传输装置的主要作用是将不同种类的硬币自动进入多路分选装置。输入传输装置位于多路分选装置的上部。输入传输装置包括硬币输送盒、输入导轨、控制挡板和振动等部分组成。输送盒固定在具有一定位移的丝杠片上。输送盒的里面的进口端略高于出口端，输送盒出口端装有3组输入导轨，引导硬币进入分选装置；输送盒的上部安装控制挡板，防止硬币叠加进入输入导轨；输送盒的底部安装一个装有偏心轮的微型电机，当接通电源时产生振动。

多路分选装置设计为3路，主要作用是将规格不同的硬币进行分类筛选，规格相同的硬币从各路中汇集到同一收集装置。多路分选装置包括输送部分和检测分离部分组成。输送部分为3路，由4个螺旋丝杠组成。4个螺旋丝杠水平并列在一起，两个丝杠为一组，共构成3组，一组两个丝杠分别加工为左旋和右旋，传动时相向旋转，使硬币在两个丝杠之间向前移动。每个丝杠固定在传动轴上，其中一端安装传动齿轮，相互啮合，由一微型电机棗减速器机组带动。分离检测部分位于每对丝杠下面，根据硬币直径大小设有检测分离孔。

目前市场上主要流通四种面值的硬币，1元、0.5元和两种0.1元，直径分别为25mm、20mm、22mm和19mm（两种0.1元直径大小不同）。检测分离孔按照硬币移动方向进行分布，先小孔后大孔，共有4种，根据硬币直径设计为矩形口，4种检测分离孔线性连接在一起，使硬币在其上面能够连续移动,在检测分离孔前有一过渡孔，使硬币落入时起到定位和过渡作用。因此，每路硬币分选顺序是：0.1元（小）、0.5元、0.1元（大）、1元。由于硬币直径差别很小，检测分离孔加工精度要求很高，硬币立面必须垂直位移方向，因此每组丝杠对称性要好。

分类收集装置位于多路分选装置下面。主要作用是将分选出的硬币进行分类收集。分类收集装置由4个导轨和收集盒组成。导轨带有一定倾斜角度，能够使落入的硬币快

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速滑落到收集盒中。4个导轨分别接受不同规格的硬币，导轨位置与分选装置的检测分离孔相对应。

计数显示装置的光电计数器安装在分类收集装置上，主要作用是将每路分选出的不同规格的硬币进行分类统计。计数显示装置由数码显示屏（LCD）、单片机（51系列）、光电计数器、光电计数控制电路组成。数码显示屏安装在硬币分选机面板上，可以显示四种硬币的统计结果，以及总的金额数。面板上还设置5个功能键，分别为合计、1元、0.5元、0.1元、复位键。单片机用于控制显示参数以及各种功能设置编程。光电控制电路用于硬币计数。计数显示装置的工作原理是，从多路分选装置分选出同一规格的硬币，进入分类装置时，由光电计数器将落入的硬币进行计数，计数结果不断输入单片机，进行统计和显示。当硬币分选工作完成时，可以按下面板按键，通过显示屏查阅硬币总钱数，以及不同面值硬币的总数。重新工作时按下复位键，计数器清零，可以继续进行。

硬币自动分选机，配置3路直流稳压电源，给显示屏、单片机、传输电机和振动装置等供电，并且电压可调整。图如下

经过以上对两种方案比较分析，仔细对比两种方案，都有各自的优缺点。两种方案都只局限于硬币的分选清点，而没有硬币的包装，这对于银行或超市等企业将是十分头疼的问题，并且方案一存在自动化的缺陷，方案二的分选数量较小，故在此提出一种新的方案，以电磁振动送料机、包装机和工业机械手组合成一个带有包装功能的硬币分选清点机构。

2.3 驱动系统性能分析与方案设计

一般机械系统的驱动系统，按动力源分为液压、气动和电动三大类。根据需要也可由这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。

液压驱动系统：由于液压技术是一种比较成熟的技术。它具有动力大、力（或力矩）与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点。适于在承载能力大，惯量大以及

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在防爆环境中工作的这些机器中应用。但液压系统需进行能量转换（电能转换成液压能），速度控制多数情况下采用节流调速，效率比电动驱动系统低，液压系统的液体泄漏会对环境产生污染，工作噪声也较高。

气动驱动系统：具有速度快、系统结构简单、维修方便、价格低等特点。适于在中、小负荷的机器中采用。但因难于实现伺服控制，多用于程序控制的机器中。

电动驱动系统：由于低惯量、大转矩交、直流伺服电机及其配套的伺服驱动器（交流变频器、直流脉冲宽度调制器）的广泛采用，这类驱动系统在一般医疗或其它领域的机械系统中被大量的应用。这类系统不需要能量转换，使用方便，噪声较低，控制灵活。大多数电机后面需装精密的传动机构。直流有刷电机不能直接用于要求防爆的环境中，成本也较上两种驱动系统的高。但因这类驱动系统优点比较突出，因此在各种机器中被广泛的选用。

因此，综合以上各种驱动系统的优缺点，选用电动驱动方式。

2.4控制系统的方案设计

2.4.1 控制顺序

首先，由推杆带动塑料薄膜到机械手位置，然后由热封机械手将薄膜底部进行热封，纵封包装机进行纵封。接着螺旋料槽扭动式送料机开始工作，将倒入料斗中的硬币进行排列，并通过滑道输送到直线料槽式送料机中进行硬币的分选，再由直线料槽式送料机将硬币送入钢筒中，这时连接钢筒和直线料槽式送料机的滑道上的光电计数器开始计数，当硬币满100个以后，电磁振动送料机停止工作，这时推杆包装机开始将装在钢筒中的100个 向下推，同时纵封包装机进行纵封包装，当推到机械手位置，推杆包装返回，这时由热封机械手进行封口，然后电磁振动送料机再次开始运转重复以前的动作，进行下一次的硬币分选清点包装。 2.4.2 控制方案

纵封包装机第一次热封直线料槽式送料机计数100个螺旋料槽扭动式送料机8

第一次热封推杆包装机推杆到机械手沈阳工学院毕业论文

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第三章 各部件技术设计及参数选择

3.1 电磁振动给料机的设计

3.1.1 概述

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弹簧就恢复变形，带着槽体向前运动，在达到振幅位置之后又返回向后运动。由于电磁力是一个周期变化的强迫作用力，因此电振机是一个以电磁力为周期干扰力的强迫振动系统[1]。

当电振机采用不同的运动参数时，物料就在槽体工作面上出现不同形式的运动。物料的基本运动形式有以下4种：

1) 相对静止 物料随工作面一起运动。

2) 正向滑动 物料与工作面保持接触，同时沿输送方向对工作面有相对运 动。 3) 反向滑动 物料与工作面保持接触，同时逆输送方向对工作面有相对运动。 4) 抛掷运动 物料在工作面上被轻微抛起，腾空沿工作面向前作抛物线运动。 上述4种形式中，相对静止不能供送物料，反向滑动对供物料没有直接意义。从理论上来说，只有正向滑行和抛掷运动才有使用意义。但由于运动参数的某些限制，在实际工作中上述几种运动形式可能有各种不同的组合形式。轻工业机械中的电振机一般都是采用抛掷运动形式来工作的。 3.1.2.2 物料输送原理

物料在槽体中的输送如图3-3所示。

图3-3

图中α为料槽倾角，φ为振动方向角，槽体在电磁力作用下沿S方向作简谐振动，则槽体沿S方向的位移可表示为

S1A1sint （3-1）

式中 A1——槽体沿S方向的但振幅； ——振动圆频率。

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将槽体振动位移S1分解到x方向和y 方向，便得到槽体在x和y方向的分位移：

S1xA1coscost （3-2） S1yA1sincost （3-3）

依次求上式对

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样可推导出反向滑始角在180~360范围内，如图3-6所示。

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图3-6

当槽体向前向上加速运动时，物料由于惯性对底板的正压力较大，故摩擦力较大，物料不能发生相对运动。当槽体作减速运动时，物料由于惯性减小了对槽体的正压力，致使摩擦力减小，物料就有可能发生正向相对滑动。

当处于滑行运动状态时，为了使物料出现比较良好的滑行运动和获得较大的输送速度，选取的正向滑行指数DK远大于1，通常DK2~3。

抛掷运动

物料在槽体内出现抛掷运动时，槽体受到的无聊的正压力N0，并且在开 始出现抛掷的瞬时相对加速度y0，因此由式（3-13）及式（3-7）可得：

Nm(2A1sinsint)mgcos （3-18）

则

sintgcos 2A1sin令机械指数K2A1g，抛掷指数DKsin cos则 sint1 （3-19） D当抛掷指数D1时，t有解，因此出现抛掷运动的条件是D1，满足此条件的t称为抛始角。由于电振机的和均在0~90范围内，因此抛始角必在0~180范围内，此范围称为抛始区，如图3-7所示。

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图3-7

因为振动圆频率2n，并将式（3-19）代入（3-18）整理可得： 60A1900Dgcos （3-20） 22nsin

式中 n——电振机振动次数，。

当激振频率，抛掷指

n30(次/min)

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当i=1时，D=3.3，可知

2=，说明物料抛离时间恰与振动周期相等，也即物料

刚落到工作面上同时又被重新抛起。 当i=2时，D=6.36，可知=4，物料抛起后腾空飞越了2个振动周期后才落到工作面上，同时又被重新抛起。

绝大多数电振机给料机通常选取1D3.3，这时工作面每振动一次，物料就出现一次抛掷运动。假设物料落下时与工作面碰撞属非弹性碰撞，则物料落到工作面后有一

2时物料又被重新抛起，物料就随着振动频率而实现周

段随槽运动，然后当t期性的抛掷运动。这种运动状态对提高电振机的工作效率和减少不必要的能量消耗都是有益的。

(~)假如物料落下时刻正处于起抛区内，由式（3-13）可知此时1ygcos，所以物料落下后马上又开始第二次抛掷运动，但其抛掷运动的速度与前

一次抛掷运动的初速度不同，所以后一次的抛掷周期与前一次的周期不同，故称为非周期性抛掷运动[1]。

3.1.3 运动学参数的选择和计算

3.1.3.1 机械指数K及振动次数n和振幅A1的选择

机械指数K的选择主要受机体材料强度及物体刚度限制，通常取K4~6 所以此处取

K=4 选用半波整流电振机 n3000次/min

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图3-9

取 5，故查图3-9

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SSS131.147.278.3mm

1、理论平均输送速度vp T2

vpSS78.3565.25mm/s T222、实际平均速度vQp

vQpCCmChvp

C——安装倾角系数，当105时，取1.2~1.3，当515，取1； Cm——物料对输送速度的影响系数，对颗粒状物料取 0.9~1，对块状物料取

0.8~0.9，对粒末状物料取0.6~0.7；

Ch——粒层厚度对输送速度的影响系数，取0.5~0.6。

根据硬币为块状物料取

C=1，Cm=0.8，Ch=0.5

则 vQpCCmChvp10.80.565.2526.1mm/s 3.1.4 动力学参数选择及计算

3.1.4.1 减振弹簧刚度

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Km1——物料结合系数。

故质体1和质体2的完整的计算质量为： 空载时：

K10.89m1mp1Kk1mk216.170.216.33kg

25K20.95m2mp2Kk2mk217.40.2217.58kg

2518

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m1m216.3317.58Mm8.46kg

16.3317.58m1m2负载时

K1170.89m1mmp1Km1msKkmk216.173.5522.70.8797.14kg

3525m217.58kg

m1mm297.1417.58Mm14.89kg

97.1417.58m1mm23.1.4.3 负载频率比Z0和空载频率比Z0

Z00.9。

一般按照系统阻尼的大小，在下列范围内选取负载频率Z00.85~0.95，故取

mKm1ms3.5522.74.93kg 16.33m1m——物料结合质量与质体1的空载计算质量之比 m217.58u1.08

16.33m1u——空载下二质体计算质量

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选用半波整流激磁：振动频率为3000次/min，机体双振幅一般为1~1.75mm。如图3-12（b）。

图3-12

3.1.5.3 铁心型式的选择

选用“Ⅲ”型铁心：结构较紧凑，便于安装，但漏磁较大，用于小型电振机。

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3.1.5.4 铁心截面积ST（磁极总面积的一半）

表3-2

查表3-2取C12、A01，取C20.9、C31.02、[Bm]1.5T

F(1A0)2826.65(11)2ST15.31mm2

78.4C1C2C3[Bm]78.420.91.021.5C1——电磁激振力幅值与基本电磁力比值； A0——电振机特征数；

C2——电路内电阻对电磁力影响系数； C3——磁力线扩张系数； [Bm]——最大许用磁通密度。

3.1.6 振动料斗参数选择及设计要点

3.1.6.1 振动料斗设计要点

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，生产数量有限。为便于制造和维修，减少设备投资，在各种包装机的设计中应注意标准化、通用性及多功能性。 3.2.2 纵封器的设计

带装机上配置的纵封器，主要用来完成袋筒成型后的纵边封合。根据热封器运动的不同方式，将纵封器分为连续式和间歇式两种[4]。

连续式纵封器的热封结构是作等速相向回转的一对辊筒，它对袋筒兼有施压、牵引及加热封边的作用，又称辊式纵封器。在加热期间，热量由辊筒内的电热丝通电后供给，常热式辐射加热，使热熔性塑料进入两辊筒的热合接触面，相互黏合而形成一道密合的纵缝。

间歇式纵封器呈板条状结构，大都用气（油）缸作往复直线运动，又称板式纵封器。当袋筒停歇时，纵封器可对其叠合的侧边压紧并进行脉冲式热封，使其形成一道密合的纵缝。释放后，再借其他装置完成牵引动作。

本设计中，由于有数量规定，每一百个硬币后纵封一次，所以应选用间歇式纵封器，但由于整个机构的动力源均是电力的，所以将纵封器的动力源气（油）缸改为电磁铁驱

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动。

图1

板式纵封器的结构及其应实现的运动一般比较简单，图1所示是几种常见的机构型式。其中（a）图为直推式：气缸固定，活塞推动纵封板往复移动并压紧，具有结构紧凑、压力较均匀等优点。（b）图为拉动式：气缸可以在机体内设置，整机外形较平整，拉动时采用杠杆原理，以增大作用力的倍数，但增加了气缸的行程，且热封板横向受压不均匀。（c）图为杠杆式：将气缸推力通过杠杆转换成热封板对纵缝处的压力，具有上述两者的某些优点，克服了一些不足；但结构复杂，增加了传动杆件，传动效果受到一定影响。（d）图为杠杆夹合式：气缸摆动，适用于对接式纵缝的封合。上述前三种主要用于搭接式纵缝封口，若对成型器及料管稍加改装，同样可用来对接纵缝封合。在本设计中，选用直推式纵封器进行纵封，直推式纵封器如图1（a）所示。

板式纵封器主要由热封板、调压弹簧及驱动气缸组成，此处驱动气缸换成电磁铁驱动。工作压力一般为0.1~0.6MPa。 故取压强 P0.1MPa 衔铁直径 d5mm

d25219.625mm2 则，衔铁面积 S44则，电磁铁吸力为 FPS0.1MPa19.625mm22N 取 Bm1.8T

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则，气隙的截面积 S016F1623.1mm2 727210Bm101.83.2.3 塑料材料及热封温度的选择 （一）热封原理

将两层以上的塑料薄膜热熔到一起，这除了与塑料材料本身的性能有关，如熔融温度、热稳定性等，还与温度、压力、时间和加热方式、封头形式有关。它们都是在加热条件下，使薄膜的热合部位局部地达到熔融状态，并施加压力，经过一段时间后，分子互相渗透，经过冷却、定型后而起热封合作用。一般来说，温度低些、压力小些，时间长点，热封质量较好。温度太高，薄膜容易出现软化，产生较大的热收缩变形，影响封口质量，甚至烧穿；如果时间太长，由得塑料会受热分解，压力过大，使封口变形增大，封接强度下降。这三个参数的关系可用图2来表示，图中的上限是收缩超过3%，下限是封接强度等于98kPa，它们上下限间的范围越宽，塑料薄膜的热封性能越好。

图2 （二）热封装置

无论采用扁形电阻丝的脉冲封接、圆形电阻丝的熔断封接还是板式的恒温封接，在设计中都应该考虑以下因素。本设计采用板式的恒温封接。

对于单膜的热封来说，热封头表面大多采用光面，上板或下板加热，用不锈钢制成，另一板为耐热的硅橡胶，不加热，为了阻止热封合时塑料与加热板粘连，在加热板上与塑料接触的地方应涂上一层聚四氟乙烯；为了使封口美观，封口宽度一般为2~3mm。对于复合膜，为了提高封接强度和增加美观，封头表面常有纵横花纹，封口宽度为10mm左右。在本设计中选用单膜热封。

对于薄膜厚度大、加热时间短的热封接，容易形成薄膜上下层温度不均匀，上热下

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冷或下热上冷温差较大的现象。过大的温差容易引起与加热板接触的塑料薄膜表面过热，产生热变形和热分解，影响封接质量。这时宜采用双面加热的方式，如0.5mm厚的聚乙烯膜，采用204C的封头温度，在室温为27C的情况下，用双面加热方式，封接时间需要5103s，若单面为硅橡胶的时间为12.9103s，如果采用单面加热的方法，就需要15.2103s，这时封接表面的温度为104C。则在本设计中，选用单面加热方法。

3.3 热封切断机械手的设计

3.3.1 概述

随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已越来越引起人们的重视。

机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。

机械手的结构型式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，使用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快地改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。

机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。 （一）执行机构

包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构[5]。

1、手部 即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。夹持式手部由手指和传力机构所构成，手指是与物件直接接触，而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务；吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠

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吸附力吸附物件。

2、手腕 是联接手部和手臂的部件，起调整或改变工件方位的作用。 3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。

4、立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降运动均与立柱密切的联系。机械手的立柱通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可以作横向移动，即称为可移式立柱。

5、行走机构 机械手为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。滚轮式行走机构可分为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。

6、机座 它是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支承和联接的作用。 （二）驱动系统

机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。 （三）控制系统

有电气控制和射流控制两种，一般常见的为电气控制。它是机械手的重要组成部分，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当工作有错误或发生故障时即发出报警信号。 （四）位置检测装置

控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。

3.3.2 机械手设计及参数计算 3.3.2.1 物料馈送器或储存装置

与机器人配合工作的零件馈送器或储存装置对手爪必须的最小和最大爪钳之间的距离以及必须的夹紧力都有要求，同时，还应了解其他可能的不确定的因素对手爪工作的影响。

3.3.2.2 机器人作业顺序

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表9-8

取 d150mm

B130mm d2120mm

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B230mm

则 z1d15020zmin17 m2.5zmin——不发生根切的最小齿数

z2 ud212048 m2.5z2482.4 z120*m2.5mm ha1ha2ha hf1hf2(hac)m1.25m3.125mm

3.4.2 电动机的选择

查《简明机械零件设计手册》第二版 P793 表22-4，选用Y100L-6型电动机。转速为n940r/min，功率P1.5kW，效率77.5%。 3.4.3 齿轮的设计准则

所设计的齿轮传动在具体的工作情况下，必须具有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效。因此，针对上述各种工作情况及失效形式，都应分别确立相应的设计准则。但是对于齿面磨损、塑性变形等，由于尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的计算方法及设计数据，所以目前设计一般使用的齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。对于高速大功率的齿轮传动，还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算。至于抵抗其他失效的能力，目前虽然一般不进行计算，但应采取相应的措施，以增强轮齿抵抗这些失效的能力[7]。

由实践得知，在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。但对于齿面硬度很高、齿芯强度又低的齿轮或材质较脆的齿轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。如果两齿轮均为硬齿面且齿面硬度一样高时，则视具体情况而定。

功率较大的传动，例如输入功率超过75kW的闭式齿轮传动，发热量大，易于导致润滑不良及轮齿胶合损伤等，为了控制温升，还应作散热能力计算。

开式齿轮传动，按理应根据保证齿面抗磨损及齿根抗折断能力两准则进行计算，但

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如前所述，对齿面抗磨损能力的计算方法迄今不够完善，故对开式齿轮传动，目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。为了延长开式齿轮传动的寿命，可视具体需要而将所求得的模数适当增大。 3.4.4 齿轮传动的强度计算 （一）轮齿的受力分析

根据电动机的转速为n940r/min，功率P1.5kW，可得

P1.5T19550955015.24N

n940则 Ft2T1215.24609.6N d10.05 FrFttan20609.6tan20221.88N FnFt609.6648.72N

cos20cos20（二）齿根弯曲疲劳强度计算

假设轮齿为一悬臂梁，则单位齿宽（b=1）时齿根危险截面的弯曲应力为 F0Mpcacosh6pcacosh 221SWS6取 hKhm

SKsm KKAKvKK

KA——使用系数，查《机械设计》第八版，P192,表10-2，取KA1； Kv——动载系数，查《机械设计》第八版，P194，图10-8，取Kv1.1； K——齿间载荷分配系数，查《机械设计》第八版，P195，表10-3，取K1.2； K——齿向载荷分布系数，查《机械设计》第八版，P196，表10-4，取K1.1。

则 KKAKvKK11.11.21.11.452

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所以 F06KFtcosKhmKFt6Khcos

bcos(Ksm)2bmKs2cos6Khcos

Ks2cos令 YFa齿根危险截面的弯曲应力为

KFt F0YFa

bm上式中的F0仅为齿根危险截面处的理论弯曲应力，实际计算时，还应计齿 根危险截面处的过渡圆角所引起的应力集中作用以及弯曲应力以外的其他应力对齿根应力的影响，因而得齿根危险截面的弯曲强度条件为

KFtYFaYSa FF0YSa[F]

bm查《机械设计》第八版，P200，表10-5，取YFa2.8，YSa1.55

KFt1.452609.62.8YFa33MPa 3bm0.032.510KFtYFaYSa1.452609.62.81.55 FF0YSa51.22MPa

bm0.032.5103 F0查《机械设计》第八版，P208，图10-20（c），取[F]300MPa F[F] 所以齿轮符合弯曲强度要求

（三）齿面接触疲劳强度计算

Fca(1 H112)22[(11)()]LE1E221[H]

为计算方便，取接触线单位长度上的计算载荷

FPcaca

L111

12

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结 论

本设计来源于流通市场实际需要。针对自动售货机、公交车收款机等硬币流通的现状，开发设计适合实际、高效可靠的硬币自动清点包装机械，以适应市场的需求。并综合现在市场上已有的各种硬币分选机构，结合国内外最新自动机械的结构以及运行方式进行了设计和基本的分析，本论文的研究主要取得了以下的成果：

（1）对电磁振动送料机构的结构形式、驱动方式、传动方式进行了整体的设计与分析。结构形式采用了两种的结构方式，驱动装置采用了电磁铁驱动，传动方式利用电磁铁吸力产生的振动传送物料。基本上可以实现硬币的定向排列以及分选。

（2）对纵封包装机的结构形式、驱动方式、传动方式进行了整体的设计与分析。

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结构形式采用了连杆运动的结构方式，驱动装置采用了电磁铁，利用电热管和电热丝高温进行纵封包装，工作平稳，噪音小，气缸固定，活塞推动纵封板往复移动并压紧，具有结构紧凑、压力较均匀等优点。

（3）对工业机械手的结构形式、驱动方式、传动方式进行了整体的设计与分析。手爪结构形式采用了齿轮齿条带动的结构方式，驱动装置采用了电磁铁驱动，传动方式利用齿轮齿条啮合传动并使手爪作夹紧运动。

最后，将这几个机构结合起来，并通过控制系统的控制来实现硬币的分选清点以及包装的功能。弥补了现有的硬币分选机构不具备包装功能的缺陷，具有较强的实用性，以及良好的开发前景。

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致 谢

此次设计使我掌握了机械设计的方法、技巧和具体要求，对CAD绘图软件的操作更加熟练。

本学士论文是在XXX教授的精心制导下完成的，从论文的选题、方案的论证、理论和实验研究到论文的最后定稿，自始至终都得到了导师的亲切关怀和悉心指点，每一步都倾注着导师的心血与汗水。XXX老师对我毕业设计的严格要求使我端正了学习态度，明确了毕业设计的目的，在他身上我学到的不仅仅是我毕业设计中所涉及到的知识，更重要的是我学到了分析问题、解决问题的方法。另外，XXX老师严谨的治学态度和求实精神、高尚的品德及忘我的工作作风给我留下了深刻的印象，并从中获得很多人生启迪。在此，

我谨向XXX老师致以最诚挚的谢意。

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参考文献

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