自動捆鈔機結(jié)構(gòu)設(shè)計

河北工業(yè)大學(xué)2014屆本科畢業(yè)論文畢 業(yè) 論 文作 者： 學(xué) 號： 學(xué) 院： 機械工程學(xué)院 系(專業(yè))： 機械設(shè)計制造及其自動化 題 目： 自動捆鈔機結(jié)構(gòu)設(shè)計 指導(dǎo)者： 講師 (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要自動捆鈔機結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要： 本設(shè)計是在結(jié)合現(xiàn)有的捆鈔機基礎(chǔ)上進行的結(jié)構(gòu)設(shè)計。捆鈔機經(jīng)自己分析和查閱相關(guān)資料及指導(dǎo)老師的意見采取橫向送帶式捆扎紙幣。 在本設(shè)計中對捆鈔機的機械原理部分設(shè)計主要分為三部分考慮:捆鈔機壓幣機構(gòu)的設(shè)計，送帶、收帶機構(gòu)的設(shè)計，凸輪機構(gòu)的設(shè)計。進而進行整體的設(shè)計。在機構(gòu)設(shè)計方面主要為方案定型、電機選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計等。并在設(shè)計中介紹了此次設(shè)計時所使用的電機、零件，對相應(yīng)機構(gòu)和參數(shù)也做了計算和校核。在完成主要結(jié)構(gòu)設(shè)計后進行了三維軟件建模，分析結(jié)構(gòu)的合理性。最后對本設(shè)計的可行性進行了優(yōu)缺點分析。關(guān)鍵詞：全自動捆鈔機 結(jié)構(gòu)設(shè)計 功能原理 畢業(yè)設(shè)計（論文）外文摘要Title : Design of automatic banknote bundling machine structureAbstractThe design is the combination of structure design of banknote bundling machineon the basis of existing. Bundling machine own analysis and access to relevant information and the guidance of teachers take horizontal conveying belt bundlingbanknotes.In the design part of the design of mechanical principle of bundling machine is mainly divided into three parts: the design of coin pressing mechanism of banknote binding machine, conveying belt, the design of belt mechanism, the design of cam mechanism. Then the overall design. In mechanism design is mainly for shaping, motor selection and structure design etc. And introduces the mo ter .the design elements used in the design, the corresponding mechanism and parameters are also calculated and checked. The 3D software modeling in the completion of the main structure design, analysis the rationality of the structure. Finally the feasibility of this design through analysis of advantages and disadvantages.Keywords：automatic banknote bundling machine structure design fuction principle河北工業(yè)大學(xué)2014屆本科畢業(yè)論文目錄 1 引言 1.1捆鈔機發(fā)展背景1 1.2研究目的2 1.3設(shè)計中主要解決的問題32 驅(qū)動方式選定4 2.1液壓驅(qū)動4 2.2氣壓驅(qū)動5 2.3電動驅(qū)動53 方案選定5 3.1捆鈔機方案選擇6 3.2捆鈔機結(jié)構(gòu)設(shè)計7 3.2.1送帶機構(gòu)選擇7 3.2.2捆扎及收帶機構(gòu)實現(xiàn)7 3.2.3壓緊機構(gòu)方案設(shè)計83.2.4剪切凸輪機構(gòu)方案選擇93.2.5對應(yīng)凸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計10 3.2.6下壓帶頭方案設(shè)計12 3.2.7剪斷凸輪機構(gòu)方案12 3.2.8熱合片凸輪機構(gòu)13 3.2.9熱壓壓緊機構(gòu)14 3.3捆鈔機傳動設(shè)計14 3.3.1帶輪設(shè)計15 3.3.2上壓緊機構(gòu)設(shè)計17 3.3.3凸輪剪切機構(gòu)設(shè)計203.3.4送抽帶結(jié)構(gòu)設(shè)計224 電機選擇23 4.1 主電機選擇23 4.2 凸輪電機23 4.3送抽帶電機選擇245 零部件校核255.1絲杠校核26 5.2 軸承校核26結(jié)論26總結(jié)與體會27參考文獻28致謝291 引言1.1捆鈔機發(fā)展背景由于傳統(tǒng)習(xí)慣和經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國現(xiàn)鈔的流通量十分巨大，現(xiàn)鈔在流通過程中，要經(jīng)過收付、初點、整點、保管、調(diào)運等許多環(huán)節(jié)。目前，現(xiàn)鈔流通各個環(huán)節(jié)已基本實現(xiàn)機械化自動化，但對現(xiàn)鈔的捆扎，仍然大量依靠手工完成。因此，貨幣捆扎機械化、自動化是我國金融行業(yè)現(xiàn)代化進程中亟待解決的問題之一。目前國內(nèi)生產(chǎn)大把捆鈔機的廠家眾多,主要產(chǎn)品有以下幾大類：1）手動捆鈔機：如圖一，利用液壓或螺旋機構(gòu)壓緊錢幣,手工捆扎.操作人員勞動強度大,效率低；2）半自動大把捆鈔機：如圖二，送理幣工作由人工完成,壓幣、捆扎由機器完成,每次只能捆扎一道,自動化程度低；3）全自動大把捆鈔機：如圖三，送幣、理幣仍由人工完成，人工把錢幣送到位后，按下開關(guān)自動進行捆鈔作業(yè)，捆鈔完成后，再由人工取出錢幣，自動化程度仍較低。以上前兩種捆鈔機都沒有送理幣機構(gòu)，最后一種為全自動捆鈔機，現(xiàn)在最新型號已經(jīng)實現(xiàn)了送、理幣工作的自動化。避免一旦機器發(fā)生誤動作，造成嚴(yán)重后果。 圖1.1-1：手動捆鈔機 圖1.1-2：半自動捆鈔機圖1.1-3全自動捆鈔機 本課題設(shè)計的一種鈔票自動捆把機，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、功能完整，體積較小，能有效地應(yīng)用在銀行等金融機構(gòu)，實行鈔票的自動捆把，提高工作效率。1.2研究目的一般捆鈔機的工作對象是木箱、紙箱或包裹，不需要壓實和提走壓板等工藝過程。傳統(tǒng)自動捆扎機抽帶張緊過程其抽帶張緊過程為：送帶、抽帶、滾輪反轉(zhuǎn)作第一次抽帶，使塑料帶基本附著在了箱包上，但對箱包還沒有扎緊力，此時帶盤不轉(zhuǎn)，抽回的塑料帶就儲存在儲帶箱內(nèi)，然后由張緊機構(gòu)卡住，抽帶張緊結(jié)構(gòu)向右下方擺動，使塑料帶對箱包產(chǎn)生扎緊力，使壓頭上升壓緊帶尾。對于這樣的一套裝置，我們認(rèn)為由于設(shè)置了張緊機構(gòu)和儲帶箱，無形中造成整機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，而且最為嚴(yán)重的是在張緊機構(gòu)卡緊塑料帶并擺動時，對塑料帶造成了損傷。送帶軸、送抽帶滾輪對塑料帶造成的損傷,極易使第二次送帶發(fā)生堵帶現(xiàn)象，使整機的可靠性下降、生產(chǎn)率降低。而且損傷處在打好箱包后受力極容易斷裂，造成打包質(zhì)量降低。針對上述問題,經(jīng)過反復(fù)研究,我們采取了以下方法解決：不設(shè)專門的張緊機構(gòu)和儲帶箱，由帶盤軸帶動帶盤反向轉(zhuǎn)動，使抽回的塑料帶重新纏在帶盤上，而且繼續(xù)反轉(zhuǎn)使塑料帶抽緊,從而起到張緊作用。當(dāng)達到一定的張緊力后，機器才發(fā)出信號使左壓頭上升壓住帶尾。帶盤軸的轉(zhuǎn)動由送帶軸經(jīng)過皮帶輪傳動。采用此種設(shè)計方案有效解決了捆鈔機捆扎帶的穩(wěn)定性問題。1.3設(shè)計中主要解決的問題 在設(shè)計中，可能需要解決以下問題：1)帶盤在送帶過程中，沒有動力，隨塑料帶運動。而在抽帶張緊過程中，需要動力傳動使之作反向轉(zhuǎn)動。2)帶盤軸在抽帶張緊時，在張緊力范圍內(nèi)，保證帶盤與帶盤軸之間不出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。3)在帶盤張緊塑料帶的瞬間，防止電動機過載損壞。為解決第一個問題，我們把傳動帶盤軸的皮帶輪做成只作單向傳動的分輪形式，即把分輪鑲嵌在皮帶輪內(nèi)。這樣，在送帶過程中，分輪的外殼轉(zhuǎn)動，但并不會把運動傳動給內(nèi)圈，帶盤軸不主動轉(zhuǎn)動，只是在送、抽帶滾輪送帶，塑料帶拉著帶盤隨動，抽帶張緊時，電機反轉(zhuǎn)，分輪起作用，帶盤軸反轉(zhuǎn)，起抽帶張緊作用。為解決第二個問題，我們利用兩個錐形輪支承帶盤，并用螺母充分?jǐn)Q緊，這樣就確保了帶盤與帶盤套之間同步運動，保證了帶盤套在隨帶盤軸反轉(zhuǎn)進行抽帶與張緊過程中不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。為解決第三個問題，我們把帶盤軸做成分離的兩部分即帶盤軸部分和帶盤套部分，兩部分之間靠彈性摩擦力傳動，摩擦力的大小可以用彈簧和鎖緊螺母進行調(diào)節(jié)。在沒有達到張緊力時，帶盤軸部分利用摩擦力把運動傳給帶盤套部分，帶動帶盤反方向轉(zhuǎn)動抽帶并使之張緊，在達到所需的張緊力時（即張緊力所產(chǎn)生的力矩大于摩擦力所產(chǎn)生的力矩）帶盤套部分不動作，電動機可以繼續(xù)帶動帶盤軸部分轉(zhuǎn)動，這時電動機克服的仍是張緊力，從而防止了過載損壞。2.驅(qū)動方式選定2.1 液壓驅(qū)動 由于捆鈔機需要較大的壓力壓緊紙幣以實現(xiàn)捆鈔的順利進行，保證捆鈔緊密，而液壓驅(qū)動輸出功率大，可高達上百公斤，液壓力可達6Mpa。因此我們考慮在壓緊機構(gòu)中采用液壓驅(qū)動。液壓傳動平穩(wěn)可靠，響應(yīng)速度快，可實現(xiàn)伺服定位，易與單片機連接，便于控制。但液壓驅(qū)動需要配置液壓系統(tǒng)，難以小型化，液壓源和液壓油要求嚴(yán)格，容易產(chǎn)生泄漏而影響運動精度。2.2 氣壓驅(qū)動氣壓氣壓傳動的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，動作迅速，價格低廉，且氣壓驅(qū)動氣源方便，容易達到高速傳動，系統(tǒng)簡單、清潔無污染。但氣動系統(tǒng)體積大，功率小，而且由于空氣可壓縮，因而運動平穩(wěn)性差，位置精度底，易產(chǎn)生噪音，難于伺服。2.3 電動驅(qū)動電動驅(qū)動是目前在辦公機械應(yīng)用最多的一種驅(qū)動方式。電動驅(qū)動的位置精度高，控制簡單，編程容易，動作響應(yīng)快，停止性好，能實現(xiàn)定位伺服，體積小，動力大，易與單片機連接。缺點主要是在傳輸功率較大時過載能力差。通過上面敘述，不難發(fā)現(xiàn)，電動驅(qū)動方式應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，并且具有較高的位置精度，控制簡單，動作響應(yīng)快，停止性好等優(yōu)點，而在捆鈔機中主要由于機械較小，動力要求不大，故經(jīng)過綜合考慮，在設(shè)計中采用電動驅(qū)動的方式。壓緊機構(gòu)對壓緊力有較高要求，對可控制性要求較低，同時要求能正反轉(zhuǎn)，因此我們在壓緊機構(gòu)中使用異步電機。 凸輪機構(gòu)以及送帶、抽帶機構(gòu)對功率要求較低，對精度即可控制性要求較高，因此我們在上述兩機構(gòu)選用步進電機。 3. 方案選擇3.1捆鈔機方案選擇捆鈔機主要由三部分組成：抽送帶機構(gòu)、壓緊機構(gòu)、剪切機構(gòu)。首先進行第一部分即抽送帶機構(gòu)方案選擇，由于要求紙帶機構(gòu)能完成頻繁抽送紙帶的要求，我們認(rèn)為帶傳動或齒輪傳動均滿足銀行辦公中捆鈔機工作要求，但經(jīng)過實地調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)帶傳動機構(gòu)尺寸較大，且在頻繁正反轉(zhuǎn)時由于彈性滑動會導(dǎo)致送帶過長或抽帶時過緊而導(dǎo)致紙帶崩斷因此并不適用辦公機械的要求，因此我們選用齒輪傳動。其次進行紙鈔壓緊機構(gòu)的方案選擇。此部分主要技術(shù)要求為：由于工作效率的要求，需要實現(xiàn)壓緊的快速完成，而且必須壓緊緊實、平整，同時需設(shè)計保護裝置，防止誤動作時過度壓緊損害機器。為此我們提出兩種方案進行選擇。 圖3.1-1 方案一圖3.1-2 方案二對分析出的兩種方案進行比較，兩種方案主要區(qū)別在于壓緊機構(gòu)和凸輪機構(gòu)設(shè)計上。如圖3.1-1方案一中壓緊機構(gòu)有利于設(shè)備整體體積的減小，但是對于反向同軸絲桿轉(zhuǎn)動時可能發(fā)生兩移動塊移動不一致，從而可能導(dǎo)致連桿上升不一致，進而不能良好的壓幣，致使紙幣的捆扎效果變差或失敗。且方案一中凸輪一級傳動采用帶傳動，在凸輪動作時如果出現(xiàn)打滑現(xiàn)象會造成紙幣捆扎時故障或失敗。而如圖3.1-2方案二由于壓緊傳動機構(gòu)的設(shè)計增加了整體結(jié)構(gòu)體積，凸輪傳動機構(gòu)采用了齒輪作為一級傳動，進而傳動較為準(zhǔn)確，避免了方案一中的打滑現(xiàn)象，但是由于齒輪齒隙的存在會產(chǎn)生定位誤差導(dǎo)致凸輪動作不到位而影響捆鈔效果，所以方案二可能需要較好的定位方案從而減小這種誤。最終分析比較方案二作為捆鈔機整體的初步設(shè)計方案，在后續(xù)各部分機械機構(gòu)詳細設(shè)計中繼續(xù)解決存在的一系列問題。3.2捆鈔機構(gòu)設(shè)計3.2.1送帶機構(gòu)選擇送帶機構(gòu)由驅(qū)動電機、送帶輪、壓帶輪和帶槽構(gòu)成。捆鈔帶由送帶機構(gòu)送入導(dǎo)帶機構(gòu)，送帶完成后，再由送帶機構(gòu)將捆鈔帶抽緊。驅(qū)動電機使送帶輪轉(zhuǎn)動。 送帶輪表面附有橡膠，有較強的附著力和耐磨性，壓帶輪在彈簧力作用下與送帶輪輪接觸，送帶輪是主動輪，壓帶輪是從動輪，壓帶輪隨捆鈔帶一起，捆鈔帶前進或后退，壓帶輪也隨之正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，捆鈔帶不動壓帶輪也不動。所以捆鈔帶的走帶情況可以通過壓帶輪的轉(zhuǎn)動或壓帶輪上總成的遮光盤表現(xiàn)出來，設(shè)備中的單片機就是通過遮光盤的變化來控制送帶的。3.2.2捆扎及收帶機構(gòu)實現(xiàn)為實現(xiàn)對紙幣的捆扎，必須使捆鈔帶形成對紙幣的包圍，因此必須形成首尾相連的進帶通道，保證捆鈔帶按要求方向前進，到退帶時，捆鈔帶又能順利脫出。由于送帶力不大而捆鈔帶又比較軟，遇到阻力就難以前進，所以要求整個帶槽內(nèi)平滑暢通，不能有阻擋。為保證帶不會在拐彎處跑出帶槽，可以在易跑帶部位添加彈性蓋片。帶條通過順序為：帶頭通過帶槽與機架之間的入口，由嵌條的引導(dǎo)，從捆鈔架引帶刀口出來，經(jīng)過捆鈔架內(nèi)切刀，壓帶刀表面繼續(xù)緊貼滑道前進，至左滑道末端由導(dǎo)板轉(zhuǎn)向，進入下滑道，至末端再轉(zhuǎn)向進入右滑道，之后轉(zhuǎn)向進入上滑道，之后經(jīng)過捆鈔架引帶刀下部，引帶過程完成。分析送帶機構(gòu)的任務(wù)和目的為當(dāng)紙幣壓緊后由該機構(gòu)將捆扎帶送入帶道中，將捆扎帶送到位后，等凸輪壓帶壓緊信號反饋后在進行收帶動作，將紙幣捆緊。在送收帶中可能出現(xiàn)的問題有：堵帶、送帶不到位，帶頭未壓緊而收帶，捆扎帶完等系列問題。對于堵帶現(xiàn)象可通過對帶道的設(shè)計來減小這一現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率；帶到位和捆扎帶收緊檢測科由測壓緊輪轉(zhuǎn)速來監(jiān)測；捆扎帶帶完檢測可由關(guān)電開關(guān)來檢測，但對于其安裝位置的的選擇要進行分析。經(jīng)過考慮和研究確定縱向送、收帶機構(gòu)如下圖所示。圖3.2-1 送、收帶機構(gòu)上圖中帶輪為捆扎帶存放帶輪，捆扎帶經(jīng)壓緊輪和帶輪從動輪間進入帶道。調(diào)整壓緊輪和帶輪從動輪使之能帶動捆扎帶送收。捆扎帶的送入和收回長度和壓緊輪的正反轉(zhuǎn)的周長應(yīng)該是一致的，當(dāng)堵帶或捆扎帶送到位時，捆扎帶不能再前進，壓緊輪由于相對移動而也近似停轉(zhuǎn)，捆扎帶收緊后的情況也和這一樣，因而可測壓緊輪的轉(zhuǎn)速來檢測，但絕對不能測從動輪或電機的轉(zhuǎn)速。帶完檢測開關(guān)位置安排在帶輪和壓緊輪之間，因為如果安排在壓緊輪之后即使檢測到帶完信號，但是捆扎帶的斷代取出比較麻煩，在帶輪之前檢測到帶完信號，由于帶尾還在外面很容易取出并更換新的捆扎帶。3.2.3壓緊機構(gòu)方案設(shè)計首先明白壓幣機構(gòu)的目的為對紙幣壓緊。在壓幣過程中可能出現(xiàn)的問題，及如何解決這些問題。由于紙幣分不同版本，不同面額，而且還有新舊只分，因而不可能出現(xiàn)壓板下壓到同一位置時達到紙幣壓緊。進而排除了運用限位開關(guān)來檢測紙幣壓緊與否的方案。進一步分析到當(dāng)紙幣壓緊后由于都會出現(xiàn)下壓板不在下移，絲桿也會不在轉(zhuǎn)動，即帶輪的從動輪出現(xiàn)打滑。此時從動輪的轉(zhuǎn)速理想情況下應(yīng)為零，但由于實際的各種原因只能在一很小速度附近震動。分析后可采用編碼盤測帶輪從動輪轉(zhuǎn)速來檢測紙幣的壓緊與否。在壓幣過程中會出現(xiàn)人為的誤操作如在無紙幣放入時啟動了捆鈔機時，壓板下壓由于無紙幣的原因，不能使帶輪被動輪轉(zhuǎn)速變小，只有在壓到工作區(qū)紙幣底板時才會檢測到信號，這樣會可能會造成整體設(shè)備損壞。并且在紙幣捆扎完畢后壓板上升高度也需要限位，就需要在絲桿道中加入上限位和下限位開關(guān)來解決這一問題。詳細分析壓緊機構(gòu)的設(shè)計及各種問題解決辦法后，得出其比較系統(tǒng)的機械和各種檢測設(shè)計。其方案如下圖所示。 圖3.2-2 壓緊機構(gòu) 3.2.4剪切凸輪機構(gòu)方案選擇縱向的凸輪機構(gòu)主要用于完成紙幣縱向的捆扎帶的相關(guān)處理，如在捆扎帶送到位后對捆扎帶帶頭壓緊，捆扎帶收緊后完成捆扎帶熱合，壓緊，剪斷等一系列的動作。對于凸輪的具體結(jié)構(gòu)后面會給出方案，現(xiàn)在設(shè)計其機械傳動機構(gòu)的方案?？v向凸輪機械機構(gòu)如圖六所示。 圖3.2-3 縱向凸輪機械機構(gòu) 對于分解動作完成主要的凸輪安排在圖中凸輪軸上，一級傳動采取齒輪傳動，放棄帶傳動的設(shè)計方案，帶傳動可能出現(xiàn)帶輪打滑現(xiàn)象從而致使凸輪定位不準(zhǔn)確造成凸輪動作不到位，影響捆扎質(zhì)量。用齒輪傳動前面也分析到由于齒輪間隙的問題出現(xiàn)定位誤差，但是可也通過在齒輪從動輪上安裝光電編碼盤來對凸輪軸進行定位檢測，來減小或避免定位誤差。3.2.5對應(yīng)凸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計在前面已經(jīng)分析到凸輪軸上主都有4個動作的完成，因而對應(yīng)一般需要4個凸輪的相關(guān)設(shè)計。第一步為壓帶頭凸輪到位對到位的捆扎帶壓緊，便于收帶的進行將捆扎帶收緊；第二步為當(dāng)捆扎帶收緊后使送加熱片凸輪到位，將加熱片伸入兩帶間對捆扎帶進行加熱；第三步為當(dāng)加熱完畢夠加熱片收回，熱合壓緊凸輪到位對捆扎帶進行熱合；第四步熱合完畢，剪帶凸輪到位，剪斷捆扎帶。紙幣捆扎完畢。對于具體的各凸輪布局經(jīng)分析得出兩種方案。方案一如圖3.2-4所示。圖3.2-4 凸輪布局方案一方案二如圖3.2-5所示 圖3.2-5 凸輪布局方案二在給出的兩種方案中都有各自的優(yōu)缺點。方案一中只有三個凸輪就能完成捆扎帶的壓帶頭，送熱合片、熱合壓帶、剪斷四個主要動作，簡化了凸輪的結(jié)構(gòu)。將剪斷和熱合壓帶用一個凸輪來實現(xiàn)，該凸輪的設(shè)計和結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一點，同時對于刀口的位置也要確定好。不然會出現(xiàn)還沒熱合好就將捆扎帶剪斷的現(xiàn)象，那么捆扎帶會因為紙幣的張力而使捆扎帶松散開，導(dǎo)致故障。方案二中按照分工就設(shè)置出4個凸輪的布局，雖然在凸輪機構(gòu)上復(fù)雜了一點點，但是凸輪獨立完成各自的動作，單輪處理對應(yīng)動作的性能得到加強，熱合和剪斷分開，先熱合后進而剪斷捆扎帶，減少了方案一中可能出現(xiàn)問題的幾率。 最后選定方案二，捆扎帶由送帶機構(gòu)經(jīng)過帶頭壓帶頂塊的帶道，在經(jīng)過剪斷頂塊的帶道，到熱合片和熱合壓頭之間，在由引導(dǎo)塊帶道進入繞幣道。帶頭到位后凸輪轉(zhuǎn)動首先壓帶頭凸輪到位使壓帶頭快上移壓緊帶頭，收帶收緊后熱合片凸輪到位熱合片到位加熱捆扎帶，延時后熱合片收回?zé)岷蠅簬馆喌轿?，帶動壓塊上移熱合捆扎帶。延時后剪斷凸輪到位，剪斷塊上移剪斷捆扎帶捆帶完畢。對于凸輪設(shè)計采用常用的滾子推桿，因為推桿和凸輪接觸為滾動摩擦，不易磨損，傳遞較大的動力。3.2.6下壓帶頭方案設(shè)計我們在總體方案中已經(jīng)確定使用凸輪結(jié)構(gòu)，為使壓緊帶頭快速可靠我們選用對于凸輪設(shè)計使用常用的滾子推桿，因為推桿和凸輪接觸為滾動摩擦，不易磨損，傳遞較大的動力。圖五為壓緊凸輪機構(gòu)的設(shè)計方案。凸輪轉(zhuǎn)動使?jié)L子推桿在豎直方向上升和下降，推桿和壓塊剛性連接從而使壓塊發(fā)生一致的動作。捆扎帶送帶到位后，帶頭位于壓帶塊的上方，凸輪轉(zhuǎn)動到最大離心距時即壓塊上升到最高點致使壓緊帶頭。當(dāng)然至于其具體準(zhǔn)確的尺寸應(yīng)考慮實際的機構(gòu)布局。壓塊中開有捆扎帶通道，捆扎帶入帶可穿過壓塊。在推桿下方附加彈簧后可使推桿和凸輪隨時緊密接觸保證定位準(zhǔn)確，也確保壓幣動作的完成。 圖3.2-63.2.7剪斷凸輪機構(gòu)如圖九所示圖九為剪斷凸輪機構(gòu)的設(shè)計方案。此機構(gòu)的任務(wù)是當(dāng)捆扎帶經(jīng)熱合壓緊后對捆扎帶進行剪斷，便于將捆扎完畢的紙幣取出，從而進行下一個工作的循環(huán)。其設(shè)計的主體部分和前面的帶頭壓緊凸輪差不多，只是在捆扎帶通道上有差別。由于要考慮到捆扎帶通過而且又要對捆扎帶進行剪斷，故在通道口上加了楔形開口放置切斷刀片。當(dāng)剪斷凸輪到位，剪斷塊整體上移由于相對運動而將捆扎帶切斷。 圖3.2-7 剪切凸輪機構(gòu)3.2.8熱合片凸輪機構(gòu)由于熱合片的伸入和收回和其他凸輪的運動方向并非在同一個平面上，因而其凸輪機構(gòu)方案要加入變向的相應(yīng)機構(gòu)來處理這一問題。熱合片凸輪機構(gòu)主要任務(wù)為當(dāng)捆扎帶完成收帶收緊步驟后，通過凸輪的轉(zhuǎn)動帶動水平滑塊在另一個平面上移動，從而使熱合片伸入到熱合的捆扎帶間，完成對捆扎帶的加熱工作。當(dāng)延時間到即自動將熱合片從捆扎帶間收回，以便于后面的熱合壓緊動作的完成，避免將熱合片也壓在捆扎帶之間，造成對紙幣的過加熱而引起的損壞。 圖3.2-8 熱合片凸輪機構(gòu)3.2.9熱合壓緊機構(gòu)熱合壓緊凸輪主要任務(wù)在熱合片完成對捆扎帶的熱化達到粘合的溫度后，在熱合片收回后馬上凸輪轉(zhuǎn)到位是熱合壓頭壓緊捆扎帶使捆扎帶的粘合面緊密的接觸在一起而熱合。此凸輪機構(gòu)處不能設(shè)置捆扎帶的帶道。因為此機構(gòu)的布局在剪斷凸輪機構(gòu)的后面，如果設(shè)置帶道，當(dāng)紙幣完成收帶收緊工序，熱合片進入后，會由于熱合片和下面捆扎帶間有阻隔無法對下面的捆扎帶加熱，而使熱合無法達到理想效果，或無法完成對捆扎帶的熱合處理。 圖3.2-9 熱合壓緊凸輪機構(gòu)3.3捆鈔機傳動設(shè)計3.3.1帶輪設(shè)計 確定帶輪傳動比計算功率選擇V帶類型查表選擇Z型V帶確定帶輪基準(zhǔn)直徑計算大帶輪基準(zhǔn)直徑初步確定中心距并選擇基準(zhǔn)長度 取計算帶長實際中心距驗算包角 確定帶的根數(shù)取z=1確定帶的初拉力校核帶的初拉力滿足壓緊紙幣的要求計算壓軸力接下來進行帶輪的詳細設(shè)計，由于大帶輪直徑為100mm，單根A型v帶傳動,故選用腹板式結(jié)構(gòu)。具體參數(shù)如下表所示。大帶輪具體參數(shù)參數(shù)計算及結(jié)果11mm2.75mm8.7mm15mm9mmBdL大帶輪建模情況如下圖：圖3.3-1 大帶輪然后進行小帶輪的計算，由于小帶輪直徑50mm，故采用實心式結(jié)構(gòu)。具體參數(shù)如下表所示。小帶輪具體參數(shù)參數(shù)計算及結(jié)果11mm2.75mm8.7mm15mm9mmBdL小帶輪建模情況如下圖所示圖3.3-2 小帶輪帶輪設(shè)計完成后為便于安裝需設(shè)計一張緊輪，使得帶輪安裝完成后能使v型帶達到預(yù)定的張緊力以滿足使用需要，張緊輪三維視圖如圖所示，安裝時可通過調(diào)節(jié)張緊輪相對支架位置調(diào)整初拉力，之后有緊定螺釘與支架固定，保證使用中安全穩(wěn)定。圖3.3-3 帶輪裝配圖3.3.2上壓緊機構(gòu)對于上壓緊機構(gòu)我們要求壓塊行程60mm，移動速度20mm/s,壓緊力>500N1.首先選擇絲杠由于絲桿長期承受較大的軸向力，因此選用梯形絲杠初算導(dǎo)程 由于對絲杠要求能夠自鎖，查數(shù)據(jù)易算得絲杠自鎖角，驗算絲杠螺旋升角代入數(shù)據(jù)得當(dāng)量載靜荷計算當(dāng)量轉(zhuǎn)速估計絲杠最大允許軸向變形 估算底徑 絲杠有效工作長度80mm，三維建模如圖圖3.3-4 絲杠絲杠螺母如圖所示圖3.3-5 絲杠螺母接下來進行壓塊的設(shè)計，通過對人民幣的測量，我們知道百元紙幣的大小是15577，因此考慮到在壓緊紙幣時必須保證壓緊的可靠以及不能影響紙帶的捆扎，我們確定壓塊長80mm，寬為70mm。三維建模如圖圖3.3-6 壓塊上壓緊機構(gòu)工作時工況為:主電機正轉(zhuǎn)帶動小帶輪大帶輪動作絲杠旋轉(zhuǎn)壓塊下移達到指定壓緊力大帶輪打滑主電機停轉(zhuǎn)主電機反轉(zhuǎn)絲杠反轉(zhuǎn)壓塊返回指定位置電機停轉(zhuǎn)。在上壓緊機構(gòu)中，絲杠轉(zhuǎn)動帶動壓塊下移到達工作位置時，導(dǎo)軌必不可少，考慮到空間結(jié)構(gòu)緊湊與導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，我們采用光杠作為導(dǎo)軌保障壓塊的準(zhǔn)確性，光杠結(jié)構(gòu)如圖所示，兩端采用螺紋連接圖3.3-7 光杠各部件設(shè)計完成后進行虛擬裝配部分如圖 圖3.3-8上壓緊機構(gòu)裝配圖3.3.3凸輪剪切機構(gòu)首先進行凸輪的設(shè)計，由于凸輪機構(gòu)驅(qū)動壓帶頭塊壓緊紙帶帶頭，然后電機驅(qū)動熱合壓塊和剪切壓塊進行紙帶的剪切，因此壓塊必須能保證在工作工位保證一定時間，且為了結(jié)構(gòu)上的簡單以及驅(qū)動方便，我們采用單電機驅(qū)動，通過安裝位置的不同來達到工作要求，從而實現(xiàn)控制簡單，降低成本，簡化機構(gòu)的目的。圖3.3-9 凸輪參數(shù)圖如圖所示，我們考慮到壓塊的行程為10mm，且凸輪需保持壓緊，因此我們延長凸輪遠休時間，所設(shè)計凸輪滿足了機構(gòu)工作要求，剪切凸輪與熱和凸輪對遠休程并無過高要求，但本著降低成本和工作量的要求，剪切機構(gòu)與熱和機構(gòu)凸輪采用壓緊凸輪即可，凸輪總裝結(jié)構(gòu)三維建模如圖圖3.3-11 凸輪裝配圖 凸輪動作時驅(qū)動滑塊上移壓住帶頭，然后剪切熱合滑塊到位，將紙帶粘合，之后滑塊將切斷紙帶，完成工作行程，這一過程中熱合滑塊上移時需同時使加熱片后移，以避免損壞加熱片和防止紙帶因過度加熱而損壞。此結(jié)構(gòu)需另行設(shè)計以滿足工作要求。經(jīng)過考慮我們認(rèn)為在滑塊上加裝連桿，在滑塊上移時同時使加熱片后退的想法較為合理，同時進行設(shè)計，結(jié)構(gòu)經(jīng)過三維建模如圖 圖3.3-12熱合壓塊裝配圖承幣板同時具有兩部分作用：壓塊壓緊紙幣是承受壓力與嵌入加熱塊。因此承幣板需單獨設(shè)計，為保障強度足夠，厚度取8mm，具體尺寸取決于工作腔的大小，由于不承受較大的拉伸應(yīng)力，同時不需要頻繁拆卸，因此同機架的連接采用四個螺釘連接即可，需要注意的是承幣板所開螺釘孔需避開帶道，以免影響紙帶的傳送，影響紙幣捆扎效果。如圖所示：圖3.3-13承幣板結(jié)構(gòu)3.3.4送、抽帶結(jié)構(gòu)設(shè)計對于抽送帶機構(gòu)，現(xiàn)有產(chǎn)品的設(shè)計中一般均設(shè)置儲帶箱，無形中造成了空間上的浪費，因此我們在設(shè)計中決定不采用儲帶箱，送帶結(jié)束后由帶盤軸帶動送帶軸反向轉(zhuǎn)動，使抽回的塑料帶重新纏在帶盤上，而且繼續(xù)反轉(zhuǎn)使塑料帶抽緊,從而起到張緊作用。當(dāng)達到一定的張緊力后，機器才發(fā)出信號使熱合壓塊上升粘合帶尾，進而剪切滑塊動作剪斷紙帶完成捆鈔工作。這不僅減少了空間上的浪費還節(jié)省了人力物力降低了成本。紙帶輪固定在紙帶輪軸上，通過橡膠塞定位，以便于更換紙帶，紙帶輪軸通過螺紋與機架連接，為避免送紙帶時紙帶輪旋轉(zhuǎn)造成螺紋連接的不穩(wěn)定，因此螺紋應(yīng)為左旋。其三維視圖如下：圖3.3-14 紙帶輪軸紙帶被送往帶槽時需經(jīng)過轉(zhuǎn)向、穩(wěn)定才能送入帶槽，紙帶質(zhì)地較軟、強度較低，因此需使用小型滾輪支架維持帶的運動，支架如圖所示： 圖3.3-15 小支架相關(guān)部件與機架虛擬裝配后如圖圖3.3-16抽、送帶機構(gòu)至此，自動捆鈔機所有結(jié)構(gòu)設(shè)計均已順利完成。在設(shè)計過程中，共繪制、裝配了70余個部件及轉(zhuǎn)配體，對零部件的修改次數(shù)更是難以統(tǒng)計。本著二維三維二維的設(shè)計理念，最終完成了自動捆鈔機的結(jié)構(gòu)設(shè)計。圖3.3-17 總裝圖4. 電機選擇4.1主電機選擇初估算電動機功率綜合上述數(shù)據(jù)選用江蘇臥龍電機制造公司生產(chǎn)的 YS561-4型電機如圖十二 圖4-1型號轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)矩相數(shù)級數(shù)YS561-41440r/min2.4N.M344.2凸輪機構(gòu)電機選擇由于對凸輪機構(gòu)無過大的扭矩要求，我們按經(jīng)驗給出估計值，且要求電機能準(zhǔn)確停止，對電機響應(yīng)性要求較高，因此選擇步進電機，查機械設(shè)計手冊并選擇電機型號，如圖十三 圖4-2型號額定電壓（v）步距角（度）保持轉(zhuǎn)矩（N.M）啟動頻率（HZ）相數(shù)LC42HS8403271.5/30.240034.3抽送帶機構(gòu)電機選擇對于抽送帶及機構(gòu)電機并無很大功率要求，但是對抽送帶速度及行程有較高要求，即帶到達位置時能準(zhǔn)確停止，防止紙帶送過位或抽緊力過大影響捆扎效果。因此我們選擇使用步進電機，查標(biāo)準(zhǔn)電機選用型號步距角(度)保持轉(zhuǎn)矩(N.M)啟動頻率相數(shù)安裝尺寸（mm）42BYG250C1.5/30.1400 342x42x485. 零部件的校核5.1絲杠校核由于上壓緊機構(gòu)為本設(shè)計主要受力部位，因此主要對上壓緊機構(gòu)進行受力校核。首次分析絲杠的受力，絲杠主要受壓塊帶來的軸向力。絲杠直徑，軸向力，所受壓強5.2軸承校核解得 對于70000C系列軸承派生軸向力，其中e為判斷系數(shù)，其值由大小來確定，但現(xiàn)在軸向力未知，故先取0.4，因此可估算 進行插值計算，得再進行計算得兩次計算所得的值相差不大，因此確定第二次計算結(jié)果所得的值繼續(xù)進行后續(xù)計算。因為，所以軸承當(dāng)量動載荷驗算軸承壽命，因為，所以僅需計算軸承1的大小驗算所選軸承經(jīng)過計算校核滿足使用要求。結(jié)論 自動捆鈔機，又稱全自動捆鈔機，在實際銀行業(yè)辦公中得到了長足的應(yīng)用，在本次設(shè)計中，本人對當(dāng)今金融行業(yè)所使用的捆鈔設(shè)備進行了了解，總結(jié)分析了各自機械機構(gòu)和控制方案上的優(yōu)缺點。結(jié)合金融行業(yè)對捆鈔機的要求和意見進行了本次關(guān)于三點式全自動捆鈔機的系統(tǒng)設(shè)計。對捆鈔機的機械方案進行選擇比較，根據(jù)自己的分析，查閱相關(guān)資料和指導(dǎo)老師的系統(tǒng)指導(dǎo)確定出了可行的方案。在捆鈔機的機械設(shè)計方面，對捆鈔機的壓幣機構(gòu)，送收帶機構(gòu)、凸輪機構(gòu)分別作了系統(tǒng)的分析和設(shè)計。并在機械設(shè)計過程中所遇到的問題通過從軟硬件方面給予方案進行解決。結(jié)合捆鈔機的工作過程和機械機構(gòu)設(shè)計出了總體方案。 自動捆鈔機的傳動順序為：1.將紙幣放入承幣板，感應(yīng)元件工作控制主電機正轉(zhuǎn)，帶輪正傳帶動絲杠轉(zhuǎn)動，壓塊下壓壓住紙幣，壓緊力足夠時帶輪打滑，電機停轉(zhuǎn)，壓塊停止繼續(xù)下壓，同時梯形絲杠自鎖，保證壓緊可靠。2.紙帶電機反轉(zhuǎn)帶動摩擦輪使紙帶抽緊。3.凸輪電機啟動，熱和壓塊上升開始對紙帶進行熱合，紙帶粘合后由繼續(xù)上升的剪切滑塊切斷，此時捆扎動作已經(jīng)完成。4.主電機反轉(zhuǎn)使壓塊上升，紙幣松開，將捆扎好的紙幣取出，此過程完成后紙帶電機正轉(zhuǎn)繼續(xù)送帶，送帶帶頭至指定位置時，傳感器將信號傳遞至控制系統(tǒng)，此時凸輪電機轉(zhuǎn)動，壓帶頭壓塊上升壓住帶頭。這樣安排工序的原因是捆鈔機由于是辦公機械，因此對于效率的要求較高，故而將送帶過程安排在取幣和送幣之間進行，這不僅有效減少了時間的浪費，提高了效率，還避免了紙帶送帶不到位時造成的捆扎不緊，再次返工的可能。自動捆鈔機組件及零部件的詳細設(shè)計，全部均基于Auto CAD2004軟件的二維草圖繪制和UG6.0軟件的三維造型和虛擬裝配。設(shè)計的總體思路為：首先運用Auto CAD軟件草擬二維草圖，確定各傳動系統(tǒng)、各子部件之間相互關(guān)系及大致尺寸；然后使用UG軟件對各個零、部件進行三維建模，并通過虛擬裝配檢驗各個零、部件及裝配體之間的相互關(guān)系，運用干涉檢查對零、部件進行修改及優(yōu)化；最后，在捆鈔機三維模型已經(jīng)建立完畢的情況下運用逆向工程技術(shù)生成二維零件圖及裝配圖，使用Auto CAD軟件進行修改，并最終完成符合國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的工程視圖。該方案在機械方案上具有可行性，簡化了傳動機構(gòu)，并通過設(shè)計減少了驅(qū)動電機數(shù)量。但方案也存在不足之處，紙幣捆扎采用單條紙帶捆扎不及五點式捆扎的捆扎效果好；。設(shè)計過程中學(xué)到很多，也認(rèn)識到自己知識的欠缺，還需不斷加強和提高自己的綜合能力?？偨Y(jié)與體會對于本次的全自動捆鈔機的系統(tǒng)設(shè)計，個人感觸很多，無論是知識，個人毅力，分析處事情的方法和能力都有了較大收獲。大學(xué)四年所學(xué)的知識，在本次設(shè)計中得到實際的運用，很好的鞏固了自己也前所學(xué)的知識。同時豐富了自己的知識面，無論在深度和廣度上都得到了拓展。對于現(xiàn)今的一些前沿的思想和知識也做了認(rèn)識。要將知識真正做到學(xué)以致用還需要一個階段和過程。在2個月的畢業(yè)設(shè)計中鍛煉了自己獨立處事的能力但同時也認(rèn)識到自己做事上認(rèn)真度不夠，還缺乏持之以恒的毅力。在對事情的分析和處理上還要加強。在一些小的事情上也不能疏忽，要在點滴中鍛煉自己。參考文獻1張建民，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 第2版北京：北京理工大學(xué)出版社，20012雷凱. 步進電機細分驅(qū)動技術(shù)的研究D. 蘇州, 蘇州大學(xué), 20033楊可禎, 程光蘊. 機械設(shè)計基礎(chǔ)M. 北京, 高等教育出版社, 2004，4濮良貴, 紀(jì)名剛. 機械設(shè)計M. 北京, 高等教育出版社, 2011-5-15高金蓮. 工程圖學(xué)M. 北京, 機械工業(yè)出版社, 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