硬币清分机设计

1福建农林大学金山学院创新设计报告课题名称年级专业姓名学号指导老师陈金兰、林秀芳成绩2016年6月1日21绪论1.1硬币清分机的课题背景银行等一些特殊部门要对大量的硬币进行高效的处理，如计数、分类、包装等以使其再流通，无人售票车、投币电话等需要对硬币进行实时识别，自动售货机除了识别之外，还要提供找零功能等。而且在目前在世界范围内，硬币以其成本低，流通次数多、耐磨损、易回收等无可替代的优势将占领小面额货币市场是大势所趋。市场需要一种成熟可靠的硬币自动处理机具。鉴于此需要，我们研制用于处理上述问题的机具。硬币清分机是金融行业设备中的用于清点硬币的技术产品，它的主要功能是硬币的计数和硬币币种的清分。目前主要适用于超市、公交、自动售货行业，零售业等行业。硬币清分机外型简单大方，设备原理清晰。操作简单易懂，价格适中，在超市，零售等行业颇受欢迎。硬币清分机的最大优点在于它不仅可以清点硬币的数目，更能将各币种清分开来，并且面对不同的国家的硬币不需要调整软件，只需要调整机器的硬件设备就可以满足不同的国家的硬币清点需求。因此不仅占据了很大的市场份额，而且对于生产成本也有所降低。1.2国内外硬币清分机发展现状1.2.1国外硬币清分发展现状硬币清分机至今已有30年的历史，发展到今天，硬币清分机已具有可靠的传动系统和先进的计数清分功能，其智能化的设计为解决硬币清点的困难提供了完美的选择。国外著名厂家有日本的荣光瑞典的SCANCOINAB。由于国外硬币清分机发展比较早，其技术也较为成熟。硬币清分机的传动系统技术具有低噪声、传动平稳、、性能可靠等优点；计数功能采用光敏传感器，有功能齐全，操作更简便等优点；采用数字显示屏，进行可视化设计，全面显示硬币的数量等信息。1.2.2国内硬币清分机发展现状1、硬币清分机在我国的市场前景：随着我国国民经济持续稳定地增长，2008年北京申奥成功和WTO的加入。从本世纪开始，我国进入了全面建设小康社会的3新阶段，创造美好生活环境是金融行业发展的巨大推动力。我国第五版人民币的发行，辅币(10元以下)硬币化已经成为一种趋势，硬币的投放量还将大幅度增加[1]。由于硬币手工清分成本大，利润小，一般不复点且误差多，因此硬币流通自动化成为迫切的社会需求，所以硬币清分机将会成为国内金融市场的一个主流机器。2、硬币清分机国内生产：在国内，清华大学、北京科技大学、上海交通大学、杭州电子科技大学、苏州大学、福州大学等多家单位均对如何进行正确的硬币识别做过深入研究，在机理上普遍采用电涡流法。这些单位的研究在可能涉及的硬币范围内取得了较好的效果，但对硬币的鉴别都局限于项目本身，存在不系统、不完整，对伪币效果识别不好等问题。3、硬币清分机是对高速通过的硬币进行识别、计数，同时对伪币、残币进行剔除的系统。它是分类机、计数机、包装机、销毁机等众多硬币处理器具的基础。由于国情和货币体系不同，研制各国统一的硬币清分系统不现实，因此，需要针对不同的货币体系研制相应的清分系统。在这个领域里，国外较早的开展了研究，并且做了大量的工作。开发的产品大致也分为三个档次，低档、中档和高档。低档清分速度在1000枚/min以下，中档为1000～1500枚/min左右，高档则在1500枚/min以上。所使用的清分方法上主要有两大类，一类是根据物理技术进行清分，另一类是根据性能指标进行清分。高速清分基本上都是采用性能指标来进行清分。综观来看，当今国内外硬币清分装置，或者设计原理简单，抗振动、抗电磁干扰能力差，识别伪币能力差；要么制造复杂、价格昂贵、缺少实用价值。苏州职业大学42确定方案硬币清分机主要设计是从硬币的分离，计数等几个方面进行考虑。分离步骤：具体的分离步骤是这样的，首先混币通过传输装置，定时定量的（定时定量的目的在于防止一次送进过多的硬币而导致分离盘负担过大，引起堵塞和分离不流畅）传输一部分混币到图中所示的分离盘，起先我们分离的是币值为1分的硬币，所以第一个传感器挡币块与导轨的距离设计的要比1分的硬币略大，比其它币值的硬币直径都要小，以此为标准再经过实验产生的分离效果，我们确定一个合适的直径，这样一来，1分的硬币和其它币值的硬币就区分了出来。其工作原理如下：启动电动机，电动机带动分离盘，使得分离盘转动，则分离盘中的硬币作离心运动，硬币被拨到导轨中（导轨上端对应6个传感器挡币块,挡币块与导轨的距离大小循序从上到下依次变大），然后根据硬币的尺寸由小到大的循序对挡币块与导轨之间的距离进行调整，从而对不同直径的硬币进行分离。其装置简图如图1所示图1苏州职业大学5计数步骤：本系统采取的是利用光敏传感器作为基本传感器进行硬币的计数。计数装置是用光电三极管作为检测元件。当硬币陆续通过导轨所指位置时，接收端会收到光信号，通过一个就会收到一个光信号，通过N个就会收到N个光信号，同时在其输出端输出N个电脉冲信号。采用一单片机对输出的电脉冲信号的下降沿进行计数，并且通过LED数码显示管将计数结果显示出来(（图2)苏州职业大学6电路设计：为了满足上述系统的正常工作，我们可以采用可编程控制器进行设计，也可以采用单片机自行开发印制电路板。前者开发周期短，抗干扰能力强，但作为批量生产，其价格昂贵，保密性不好，他人易于模仿。后者开发时须投入一些人力物力，对于只有开关量输入、输出的控制系统，干扰比较容易解决，只要电路板布线合理一些、整线布线注意一下就可以了。所以，本机的采用的硬件电路设计如图（图3苏州职业大学73传动设计§3-1电动机的选型考虑到设计的硬币清分机机适用对象为零售业、银行和个体商户户,故电动机电压应选用220V.再考虑到所受的载荷不大,所需动力不是很大,选用小功率的电动机.综合各方面因素,选用YL系列电动机.YL系列电动机是新型高效节能产品,具有体积小、容量大,起动及运转性能优越等特点,符合国际标准IEC的有关规定,并实现同一机座号单、三相异步电动机等级相同,提高了单、三相电动机的互换性和通用性,被广泛应用于冷冻机、泵、风机、,小型机床以及农副业和家用电器等方面.电动机的主要参数：型号:YL801-4电压:220V功率:0.55KW同步转速:1500r/min频率:50HZ效率:68%功率因数:0.92外形尺寸:295165200电动机的安装方式：选择IBM3型苏州职业大学8§3-2V带传动的设计①电动机V带轮的设计②主轴V带轮的设计一、V带轮的设计要求设计V带轮时应满足的要求有：质量小；结构工艺性好，无过大的铸造内应力，质量分布均匀，转速高时要经过动平衡，轮槽工作面要经过精细加工（表面粗糙度一般应为3.2）以减带的磨损，各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。二、带轮的材料此处带轮的材料，采用铸铁，材料牌号为HT200。三、V带轮的结构铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式：①实心式②腹板式③孔板式④椭圆轮辐式.当带轮的基准直径dd2.5d(d为轴的直径，单位为mm)时，可采用实心式；dd300mm时，可采用腹板式（当21dD100mm时，可采用孔板式）；dd300mm时，可采用轮辐式。四、相关计算已知电动机的额定功率为0.55KW,转速n1=1500r/min,选取传动比为i=3.9,采用普通V带传动.1.确定计算功率Pca由参考资料[1]表8-6查得工作情况系数KA=1.1,故Pca=KAP=1.10.55=0.605KW2.选取带型根据Pca，n由参考资料[1]图8-9确定选用Z型3.确定带轮基准直径由[1]表8-3和表8-7取主动轮基准直径d1d=71mm则从动轮基准直径d2d=id1d=3.971=276.9mm根据参考资料[1]表8-7取d2d=280mm按参考资料[1]式(8-13)验算带的速度苏州职业大学9V=10006011ndd=100060150071m/s=5.5735m/s带的速度合适4.确定V带的基准长度和传动中心距根据0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2),即245.7a0702初步确定中心距a0=400mm根据参考资料[1]式(8-20)计算所需的基准长度Ldˊ=2a0+2(280+71)[phone](2=1378.37mm根据参考资料[1]表8-2选取带的基准长度Ld=1400mm由参考资料[1]式(8-21)计算实际中心距a=a0+(dL+dLˊ)/2=400+(1400-1378.37)/2=410.815mm5.验算主动轮上的包角a1由参考资料[1]式(8-6),得a1=180°-5.5721adddd=180°-(280-71)57.5°/410.85=150.747°120°主轮上的包角合适6.计算V带的根数Z由参考资料[1]式(8-22)知ldcaKKPPPz)(00由n1=1500r/min,dd1=71mm,i=3.9查由参考文献[1]表8-5a和参考文献[1]表8-5b,得P0=0.31kw,△P0=0.03kw查参考资料[1]表8-8,得K=0.92查参考资料[1]表8-2,得Kl=1.14则14.192.0)03.031.0(605.00z=1.697苏州职业大学10取z=2式(8-22)中K—————包角系数Kl——————长度系数P0——————单根V带的基本额定功率△P0—————计入传动比的影响时,单根V带额定功率的增量7.计算预紧力F0由参考资料[1]式(8-23)知F0=2)15.2(500qvKzvPca查参考资料[1]表8-4,得q=0.06kg/m,故F0=25735.506.0)192.05.2(5735.52605.0500=49.687584N8.计算作用在轴上的压轴力Fp由参考资料[1]式(8-24),得Fp=2sinF210dz=2747.155sin49.6922=192.3N五、带轮的结构设计带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径选择结构形式，根据带的截型确定轮槽尺寸，参考文献[1]表（8-10），带轮的其它结构尺寸可参照参考文献[1]图（8-12）所列经验公式计算，确定了带轮的各部分尺寸后，即可绘制出零件图，并按工艺要求注出相应的技术条件等。由以上的计算可知：电动机的V带轮选实心式；主轴V带轮选腹板式。六、V带轮的结构参数苏州职业大学11图3-1V带轮的轮槽尺寸V带轮的结构参数如表3-1表3-1苏州职业大学12注：电动机V带轮L=(1.5~2)d,B1.5d时，L=B，此处L=28d1=(1.8~2)d,d为轴的直径，此处d1=2d主轴V带轮L=（1.5~2）d,当B1.5d时，L=B,此处L=28C'=)4171(B此处C'=41B=7§3-3锥齿轮的设计选用直齿锥形齿轮,取锥齿轮传动效率=0.95,小锥齿轮传动功率为P=0.5225,转速n=384.6r/min.传动比i=2.一、选择齿轮材料小齿轮用45调质,齿面硬度200-230HBS大齿轮用45调质,齿面硬度170-200HBS根据齿面硬度中值,按参考资料[2]图17-1中MQ线查得小齿轮1limH=565MPa大齿轮2limH=545MPa二、选定齿轮精度等级根据工作情况,选用8级精度三、按接触疲劳强度设计小齿轮分度直径32221)1(11575HpmuKTuCd(1)小齿轮传递的转矩TT=9550P/n=95500.5225/384.6=12.97N·m(2)齿数比u=i=2(3)配对材料系数Cm查参考资料[2]表17-18,得Cm=1(4)载荷系数根据载荷情况,齿轮精度和齿轮结构位置取K=1.5(5)许用应力Hp1Hp=0.91limH=0.9565=509MPa苏州职业大学132Hp=0.92limH=0.9545=491MPaHp取小值,所以Hp=2Hp=491MPa（6）计算小齿轮分度圆直径d132221491)12(97.125.11200.11575d=52mm四、计算主要尺寸与参数(1)选定小齿轮齿数z1由参考