硬幣分揀裝置的設(shè)計

1、廣髙工営誌鹿山樣旋畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目：硬幣分揀裝置的設(shè)計 系 別: 專業(yè)班級: 姓 名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 職 稱:-O硬幣分揀裝置是一種自動分揀各類幣種硬幣的裝置,該裝置利用三種直徑的分揀孔進(jìn) 行分揀，該裝置主要包含動力驅(qū)動單元，硬幣分離單元,硬幣處理單元，硬幣輸送單元 和硬幣計數(shù)單元。在所述硬幣輸送單元端分別對應(yīng)著各種的硬幣儲幣單元。這種硬幣分 揀裝置是一種可以人為控制的關(guān)于金融的裝備，其包含了硬幣幣種分揀、排放、計數(shù)等 功能，這種裝置每分鐘可以處理150枚硬幣，而人工處理能力只能處理3枚硬幣，是人 工處理的50倍，可以有效、便捷地解決目前銀行、公交汽車公司、商場等部門清點(diǎn)硬 幣花

2、費(fèi)大量人工時間及成本的難題。適用于大量硬幣需要分揀計數(shù)的場合，該裝置性能 價格比高，滿足經(jīng)濟(jì)性要求。關(guān)鍵詞；硬幣;分揀;計數(shù)AbstractThe Com Sortmg Device is a kmd of automatic sortmg all kinds of com of the device .The pnnciple of the device is using thiee diametei soiling hole for sortmg coms wlucli is consisted of the driving unit 5 vibrating scieen unit .co

3、ins separation umt, the coms processing umt .the coins conveymg unit and the coms counting unit .This device is an mtelligent financial equipment .which sets coin currency sorting, eniission,countmg fimctions in one body .This device can sort 150 coins evexy minute, which efficiency is 50 times of h

4、uman's work. So it can solve the aitificial pioblems of spendmg a lot of time aud the cost to couut coins in the cuiient bank, the bus automobile company aiid the shopping malls depaitment effectively , conveniently. The device can be used fbr large numbers of coms which aie need of sonmg packag

5、ing occasion . This device is cheap but also usefill, it meets the economy lequuenients .Keywords： Com Soitiiig Countmg摘要I目錄II 1緒論11.1設(shè)計背景11.2硬幣隊列化輸送裝置的原理12整體方案設(shè)計22.1設(shè)計思路錯誤!未定義書簽。2.2方案設(shè)計錯誤!未定義書簽.3傳動方案的選擇54電動機(jī)的選擇計算74.1電動機(jī)選擇步驟74.1.1型號的選擇74.1.2功率的選擇84.13轉(zhuǎn)速的選擇84.2電動機(jī)型號的確定95軸的設(shè)計175.1軸的分類175.2軸的材料錯誤!未定義書簽

6、。5.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計185.4軸的設(shè)計計算225.4.1按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算225.4.2按彎扭合成強(qiáng)度計算225.4.3軸的剛度計算概念235.4.4軸的設(shè)計步驟235.5各軸的計算245.5.1高速軸計算245.5.2 中間軸計算265.5.3低速軸計算305.6軸的設(shè)計與校核325.6.1高速軸設(shè)計325.6.2中間軸設(shè)計335.6.3低速軸設(shè)計335.6.4髙速軸的校核346聯(lián)軸器的選擇356.1聯(lián)軸器的功用356.2聯(lián)軸器的類型特點(diǎn)356.3聯(lián)軸器的選用356.4聯(lián)軸器材料367圓柱齒輪傳動設(shè)計377.1齒輪傳動特點(diǎn)與分類377.2齒輪傳動的主要參數(shù)與基本要求387.2.1主要參數(shù)387

7、.2.2精度等級的選擇397.2.3齒輪傳動的失效形式397.3 齒輪參數(shù)計算408軸承的設(shè)計及校核488.1軸承種類的選擇488.2 深溝球軸承結(jié)構(gòu)488.3軸承計算499箱體設(shè)計5110硬件電路設(shè)計5310.1硬件電路設(shè)計5310.1.1數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)5310.1.2數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能5410.2關(guān)于各線路元件之間線路連接54in103 關(guān)于電路原理圖的一些說明55參考文獻(xiàn)58總結(jié)59致謝60IV1緒論1.1設(shè)計背景貨幣的大面值的電子化，貨幣的小面值的硬幣化是各國商業(yè)經(jīng)濟(jì)社會貨幣發(fā)展的必 然趨勢。隨著硬幣在I常生活等場合的使用率逐漸增高，對硬幣高效率的自動化處理提 出了新的更高的要

8、求，硬幣計數(shù)機(jī)等一系列相關(guān)機(jī)器由此而應(yīng)運(yùn)而生。硬幣計數(shù)機(jī)等一 系列相關(guān)機(jī)器的前提必須使硬幣隊列化排列，以方便機(jī)器對其進(jìn)行計數(shù)，因此硬幣隊列 化輸送裝置是該類設(shè)備的關(guān)鍵部件。硬幣隊列化裝置的首要功能是實(shí)現(xiàn)對硬幣的隊列化 排列；隊列化排列后的硬幣在相關(guān)驅(qū)動下沿幣道輸出，通過幣道上的計數(shù)器實(shí)現(xiàn)計數(shù)。 為了保證各種各樣的硬幣的計數(shù)，輸幣道的寬度應(yīng)有所調(diào)整，同時，厚度不同的硬幣可 以根據(jù)壓幣壓緊產(chǎn)生的摩擦力的大小而可靠輸出。1.2硬幣隊列化輸送的原理其工作過程為：輸送將儲幣斗中的硬幣輸送到幣盤上，幣盤轉(zhuǎn)動時靠離心力的作用, 將硬幣連續(xù)加速并使硬幣連續(xù)排列在幣盤邊緣，與圍擋面緊貼著，圍擋缺口與幣道入口 之

9、間有一個過度部分，由引導(dǎo)弧板和連接底板組成，引導(dǎo)弧板對硬幣的運(yùn)動起引導(dǎo)作用, 幣盤中的硬幣在引導(dǎo)弧處滑出幣盤，進(jìn)入輸幣道，硬幣在幣道壓幣的動作下在幣道中滑 行并輸出。1.3,幣分揀裝置的特點(diǎn)硬幣枚數(shù)和總金額顯示，可查詢每一種硬幣的個數(shù)和金額。預(yù)置分揀儲幣筒，設(shè)定清分個數(shù)，達(dá)到預(yù)置個數(shù)后機(jī)器自動停止，顯示達(dá)到枚數(shù)和金額?？赏ㄟ^觸摸控制面板的相關(guān)操作來實(shí)現(xiàn)對機(jī)器的啟動、停止，便于人工操作。主要使用范圍：人民幣硬幣1元、5角、1角。裝置具備硬幣包裝單元，能對分揀過的硬幣進(jìn)行后期的包裝。裝置可實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)，根據(jù)幣種的直徑跟換不同的分揀盤，能實(shí)現(xiàn)對多類硬幣的分作。2整體方案設(shè)計硬幣分揀裝置的總體方案設(shè)計主

10、要是從硬幣的分離、計數(shù)等方面進(jìn)行全面綜合考慮。2.1硬幣分離方案：方案一：每次處理單個硬幣具體的分離步驟如下：驅(qū)動電機(jī)啟動后，電機(jī)帶動離心盤做髙速旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動，離心盤上的雜亂無章的硬幣在 離心盤上做離心運(yùn)動，需要分揀的硬幣會向離心盤邊緣運(yùn)動，落入四個儲幣筒中，因此, 需要分揀的大量硬幣會在儲幣筒中自動堆立成有序的四堆硬幣堆（包含一元，五角，一 角）。再利用儲幣筒下部的擾臂裝置的旋轉(zhuǎn)，每次帶出一枚硬幣，硬幣隨著擾臂裝置的旋轉(zhuǎn), 每次將各個儲幣筒中帶出一枚硬幣，再落入預(yù)先設(shè)置的對應(yīng)幣種的分揀筒中，并實(shí)現(xiàn)各 個硬幣筒的計數(shù)功能以及顯示總硬幣金額數(shù)。其裝置簡圖如下：2方案二：多個硬幣同時分揀具體的分離步

11、驟如下：首先混幣通過入幣口，進(jìn)入到硬幣分揀系統(tǒng)裝置的分揀系統(tǒng)中，再通過入幣口后，硬 幣主要落在分揀盤中心附近處（目的在于防止5角，1角硬幣在初進(jìn)入分離盤便經(jīng)過分揀 盤邊緣的一元硬幣分揀孔流出）?；鞄胚M(jìn)入到圖中所示的分離盤，在第I層分揀盤上有若干直徑為22mm的分揀孔，因 此在裝置啟動后，5角、1角的硬幣便會經(jīng)過分揀孔落入到II層分揀盤。因此，1元的硬 幣和其它幣值的硬幣就區(qū)分了出來。同理，在II層分揀盤上也有若干直徑為19mm的分 揀孔，1角硬幣會經(jīng)過這些分揀孔進(jìn)入II【層分揀盤，因而，5角和1角的分揀盤便自動區(qū) 分開了。其工作原理如下：啟動電動機(jī)，電動機(jī)帶動擾動裝置轉(zhuǎn)動，則I層分離盤中的硬幣

12、由 于擾動裝置的作用作離心運(yùn)動，5角硬幣和1角硬幣開始被撥到II層，III層分揀盤中，從 而對不同直徑的硬幣進(jìn)行分離，依次分離1元，5角，1角的三種硬幣。其裝置簡圖如圖 所示：方案對比：方案一基本原理主要是利用高速旋轉(zhuǎn)的離心盤將雜亂無章的硬幣通過在離心盤上 的離心運(yùn)動將需要分揀的硬幣堆立成有序的四堆硬幣堆（包含一元，五角，一角）到儲 幣筒中，再利用儲幣筒下部的帶分揀孔的分揀盤的旋轉(zhuǎn)，每次將各個儲幣筒中帶出一枚 硬幣，再落入預(yù)先設(shè)置的對應(yīng)幣種的分揀筒中。方案二基本原理主要是利用三種硬幣的不同直徑進(jìn)行分揀，通過三層分揀盤上不同 的結(jié)構(gòu)，將雜亂無章的硬幣一層一層地分離，直至三類幣種全部分開并由滑道進(jìn)

13、入對應(yīng) 的儲幣筒中。方案一、二，均是利用各種硬幣的直徑的不同進(jìn)行分揀，但是，方案一分揀效率與 方案二的分揀效率相比，方案一的分揀效率要低，同時方案一的裝置需要較高的轉(zhuǎn)速使 硬幣做離心運(yùn)動，而方案二則僅僅需要擾動臂以降低的轉(zhuǎn)速對硬幣堆進(jìn)行擾動。因此， 相對于裝置一，裝置二需要的驅(qū)動力小，且傳動機(jī)構(gòu)簡單、緊湊。同時，為了實(shí)現(xiàn)硬幣的計數(shù)功能，由于裝置一的儲幣筒有對應(yīng)三類硬幣的儲幣筒各 四個，使整個裝置結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，裝置成本更高，而裝置二只有三個對應(yīng)三種幣種的儲 幣筒，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，且成本要低，更易實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。綜合以上分析，選用裝置二的設(shè)計原理為本裝置的主要原理。93傳動方案的選擇傳動方案總體選

14、擇設(shè)計的內(nèi)容有確定傳動方案、選定電機(jī)型號、合理分配傳動比以 及計算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)，目的就是計算各級傳動件。整個傳遞要求較高，所 以第一、二根軸兩端采用角接觸球軸承，第三根軸采用一頭用角接觸球軸承另一頭采用 普通調(diào)心球軸承。減速器設(shè)計二級圓柱齒輪減速器傳動比為840,用斜齒、直齒或人字齒，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣 泛。同軸式減速器，長度方向尺寸較小，但軸向尺寸較大，中間軸較長，剛度較差。兩級大齒輪直徑接近有利于浸油潤滑,上下或鉛垂布置，如圖:軸線可以水平、圖中展開式乂可以有下面兩種，如下所示:根據(jù)材料力學(xué)（工程力學(xué)）可以算出在相同載荷作用下，a方案優(yōu)先于b方案，最 終選a由裝配圖查得，X1 =

15、 7" = 275= 201。)=»句T*FxX0_XJ(L + /)6EI.LF XJ(SXJ(L + /) 6E/Z L由裝配圖查得，旳=103 = 173=77 為=/x%FxX2(L-X2)(L + /)6EIZLF 卸(匕-旳)(匚+ /)6E/ZL_ F 94x182x(275-94)x(173+182)= 6EZ7X275F=902268.7 x-/n/n6E1/綜上所述：可得yi<y2 。.選a方案。4傳動部分殳計4.1電動機(jī)選擇步91電動機(jī)選擇一般遵循以下三個步驟：4.1.1型號的選擇現(xiàn)代電動機(jī)的型號現(xiàn)在越來越多，通常選用異步電動機(jī)。從類型上可分為鼠

16、籠式與 繞線式異步電動機(jī)兩種。常用鼠籠式的有J、J2、JO、JO2、J03系列的小型異步電動機(jī) 和JS、JSQ系列中型異步電動機(jī)。繞線式的有JR、JRO2系列小型繞線式異步電動機(jī)和 JRQ系列中型繞線式異步電動機(jī)。從電動機(jī)的防護(hù)形式上又可分為以下幾種：1. 防護(hù)式。這種電動機(jī)的外殼有通風(fēng)孔，能防止水滴、鐵屑等物從上面或垂直方 向成45。以內(nèi)掉進(jìn)電動機(jī)內(nèi)部，但是灰塵潮氣還是能侵入電動機(jī)內(nèi)部，它的通風(fēng)性能比 較好，價格也比較便宜，在干燥、灰塵不多的地方可以采用?！皬V系列電動機(jī)就屬于這種 防護(hù)形式。2. 封閉式。這種電動機(jī)的轉(zhuǎn)子，定子繞組等都裝在一個封閉的機(jī)殼內(nèi)，能防止灰 塵、鐵屑或其它雜物侵入電動

17、機(jī)內(nèi)部，但它的密封不很嚴(yán)密，所以還不能在水中工作， “JO”系列電動機(jī)屬于這種防護(hù)形式。在農(nóng)村塵土飛揚(yáng)、水花四濺的地方（如農(nóng)副業(yè)加工 機(jī)械和水泵）廣泛地使用這種電動機(jī)。3. 密封式。這種電動機(jī)的整個機(jī)體都嚴(yán)密的密封起來，可以浸沒在水里工作，農(nóng) 村的電動潛水泵就需要這種電動機(jī)。實(shí)際上，農(nóng)村用來帶動水泵、機(jī)磨、脫粒機(jī)、扎花機(jī)和粉碎機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械的小型電 動機(jī)大多選用JO、J02系列電動機(jī)。在特殊場合可選用一些特殊用途的電動機(jī)。如JBS系列小型三相防爆異步電動機(jī)， JQS系列井用潛水泵三相異步電動機(jī)以及DM2系列深井泵用三相異步電動機(jī)?？紤]到設(shè)計的硬幣分揀裝置的使用對象是零售行業(yè)，公交公司，銀行業(yè)以及

18、個體商 戶等等。故選用220V電源電壓，再考慮到裝置所承受的載荷不大，所需動力也不是很 大，所以一般選用15001/min的電動機(jī)，它的轉(zhuǎn)速也比較髙，但它的適應(yīng)性較強(qiáng)，功率 因數(shù)也比較高。綜合各方面因素，選用Y132ML6系列直流減速電機(jī)。Y132M1-6系列直流減速電動機(jī)，分別由SZ（ZYT）系列直流電動機(jī)與PX型普通精度 行星減速器構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，同時，其調(diào)整范圍寬、體積小、重量輕、效率高、 結(jié)構(gòu)緊湊、廣泛使用于各類機(jī)械產(chǎn)品中。比如：印刷機(jī)、塑料平封機(jī)、食品包裝機(jī)、輸 油管道保暖檢測裝置、焊接設(shè)備以及其它需要低速高轉(zhuǎn)矩、無級調(diào)速的驅(qū)動裝置，所配 電源采用脈寬調(diào)制技術(shù)，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)

19、現(xiàn)無級變速等優(yōu)點(diǎn)。4.1.2功率的選擇一般機(jī)械都注明應(yīng)配套使用的電動機(jī)功率，更換或配套時十分方便，有的農(nóng)業(yè)機(jī)械 注明本機(jī)的機(jī)械功率，可把電動機(jī)功率選得比它大10%即可（指直接傳動）。一些自制 簡易農(nóng)機(jī)具，我們可以憑經(jīng)驗(yàn)粗選一臺電動機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，用測得的電功率來選擇電動機(jī) 功率。電動機(jī)的功率不能選擇過小，否則難于啟動或者勉強(qiáng)啟動，使運(yùn)轉(zhuǎn)電流超過電動機(jī) 的額定電流，導(dǎo)致電動機(jī)過熱以致行，其功率和功率燒損。電動機(jī)的功率也不能選擇太 大，否則不但浪費(fèi)投資，而且電動機(jī)在低負(fù)荷下運(yùn)因數(shù)都不高，造成功率浪費(fèi)。選擇電動機(jī)功率時，還要兼顧變壓器容量的大小，一般來說，直接啟動的最大一臺 鼠籠式電動機(jī)，功率不宜超過變

20、壓器容量的1/304.1.3轉(zhuǎn)速的選擇在電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇上面來說，應(yīng)盡量與工作機(jī)械需要的轉(zhuǎn)速相同，采用直接傳動, 這樣既可以避免傳動損失，乂可以節(jié)省占地面積。若一時難以買到合適轉(zhuǎn)速的電動機(jī)， 可用皮帶傳動進(jìn)行變速，但其傳動比不宜大于3。異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）有300011山1、1500r/inm、1000imun、750i，nun 等。異步電動機(jī)的整體轉(zhuǎn)速通常情況下要低2%5%,就算在功率一樣的情況下，電動 機(jī)轉(zhuǎn)速越低并且體積越大，價格也跟著越高，而且功率因數(shù)與效率更低；高轉(zhuǎn)速電動機(jī) 有其好處的同時同樣也有它的缺點(diǎn)，它的轉(zhuǎn)矩較小而電流大，拖動低轉(zhuǎn)速的機(jī)械時傳動 不方便，同時轉(zhuǎn)速高

21、的電動機(jī)軸承更磨損。所以個體商戶一般選用1500r/mm的電動機(jī), 它的轉(zhuǎn)速同樣比較高，由于其適應(yīng)性較強(qiáng)，功率因數(shù)同樣比較高。4.2電動機(jī)有關(guān)數(shù)據(jù)的確定本減速器所選擇的參數(shù)如下：取速度：lOOOi/miu型號：Y132M1-6額定功率：4kw滿載轉(zhuǎn)速：960r/niiii堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距：2.0最大轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距：2.0工作轉(zhuǎn)速 neo: 33.3 317111111I 總=niwnco=960/33 3 3=28.8效率的選擇：彈性套柱銷聯(lián)軸器：ij 1=0.996級精度圓柱齒輪傳動：0=0.977級精度圓柱齒輪傳動：1）3=0.983級滾子軸承：ij4=0.938滾子鏈傳動：y5=0.9

22、65 總=il）2i3i知5=0.8503pd=pco/r）總=3.14kw取錐齒輪傳動比（低速級）il=2.5;i2=i/il=4圓柱斜齒輪傳動比（高速級）12=4鏈輪傳動比10=2.881、擬定傳動方案選擇電動機(jī)'1）傳動方案（一）：運(yùn)輸帶 F=1500N. v=1.2m/s,卷筒 D=200mm。（2）電動機(jī)的選擇 由公式 Pl=Fv=1500xl.2=1.8kw11.2*100*1000 ini s111一-=191r/njui 求電機(jī)功率P5P=P電】P= Fv査閱資料可得：選取1)1=0.99 彈性柱銷聯(lián)軸器ij2=0.97 6級精度齒輪的效率2=0.98 7級精度齒輪的效

23、率i4=0.938 -滾動滾子軸承的效率可5=0.96滾子鏈傳動則門總=11)2131415=0.8503查閱資料可得：取1=8-60則 n5=nl i= 191 x(8-60)=1528-11460 (r/miii)電動機(jī)符合相關(guān)要求的同步轉(zhuǎn)速有1500、3000,所以綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的 尺寸、重量、價格和帶傳動比等有關(guān)配置，當(dāng)然是選擇3000 r/mui的同步轉(zhuǎn)速電動機(jī)更 為合適。4.3 V帶傳動的設(shè)計帶傳動的主要優(yōu)點(diǎn)：帶傳動的中心距比較大 傳動帶可以作為彈性體的某種結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)緩沖，吸振，傳 動平穏，噪聲小等優(yōu)點(diǎn) 帶傳動的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，裝拆比較方便 帶上的硬幣過載時，帶輪與

24、帶會打滑，可以防止其他零件由于 其他零件由于過載而發(fā)生的損壞綜上，該裝置的動力傳動系統(tǒng)以帶傳動為主。4.3.1 V帶輪的設(shè)計要求V帶輪的設(shè)計必須滿足某些要求：質(zhì)暈小，工藝性良好，沒有特別大的內(nèi)應(yīng)力，質(zhì)量 分布較均勻，轉(zhuǎn)速高時要經(jīng)過動平衡來調(diào)節(jié)，輪槽工作而最好可以經(jīng)過精細(xì)化的統(tǒng)一加 工(表面粗糙度一般應(yīng)為3.2)以減少帶的磨損，每個槽尺和槽角必須一定的精度，以此 來保證輪槽載荷分布比較均勻。4.3.2帶輪的材料帶輪的材料用鑄鐵，材料牌號用HT200.4.3.3 V帶輪的結(jié)構(gòu)V帶輪的主要結(jié)構(gòu)有以下幾種形式：實(shí)心腹板板橢圓輪輻.當(dāng)帶輪的基準(zhǔn)直徑d&2.5d時，可以使用實(shí)心;dd 300nii

25、n時，可采用腹板式；d e lOOimnllj,可采用孔板式)；dd >300mm時，可采用輪輻式。4.3.4相關(guān)計算己知電動機(jī)的額定功率為29W.轉(zhuǎn)速ni=83r/min.選取傳動比為1=2,采用普通V帶傳動.1.確定計算功率Pc由參考資料1表8-6査得工作情況系數(shù)KA=1.1,故Pc=KA P=1.1.29=31.9W2 .選取帶型：根據(jù)Pc, lh由參考資料1圖5.9確定選用Y型3 .確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由4表5-10取主動輪基準(zhǔn)直徑d ji=20nun則從動輪基準(zhǔn)直徑d =i d ji=2- 20=40nun 根據(jù)參考資料1表8-7取d=40nmi 按參考資料1式(8-13)驗(yàn)算帶

26、的速度V = 凱" =”x20x83s = 0.087/H/5 <35m/s 60x1000 60x1000帶的速度合適4. 確定V帶的長度和中心距根據(jù)0 . 7(dd 1 -dd?)o 3 <2(dd ldd2)?即 42<ao<12O初步確定中心距a o=8Omm根據(jù)參考資料4式(5-20)計算所需的基準(zhǔn)長度Ld ' =2 匹(240)+同°_2°)=254.6mm0 2V 4x250根據(jù)參考資料4表5-2選取帶的基準(zhǔn)長度Ld=250mm 由參考資料4式(5-21)計算實(shí)際中心距 a=ao+(jL- dL ' )/2=8

27、0+(250-254.6)/2=77.7mm5. 驗(yàn)算主動輪上的包角a 1由參考資料4式(5-6),得"180“X57.5。=1SO3 -(40-20)x57.5° /77. 7=165. 2a >120'主輪上的包角合適6. 計算V帶的根數(shù)Z由參考資料4式(5.22)知1二已由nl=83r/min. ddl=20min. 1=2査由參考文獻(xiàn)4表5.3和參考文獻(xiàn)4表5-4, 得Po=O.O3kw, AP o=0. 0061kw查參考資料4表5-8,得K =0.90 029査參考資料4表5-6、得Kl=0.84則 e = (0.03 + 0.0061 )x0.9

28、x0.S4 =1°?4取z=l式(5-22)中 K-包角系數(shù)K'長度系數(shù)Po根V帶的額定功率P 0-7.計算預(yù)緊力F。計入傳動比時，一根V帶額定功率的增量31由參考資料4式(5-23)知p 2 5500工(訐_1)+對Fo= 3 查參考資料4表5.4,得q=0.06kg/m,故FC = 5OQ Q°319-(-l) + Ot06x0.0872=311,8N ° 1xOOR7 OQ8 .計算作用在軸上的壓軸力F由參考資料句式(5-24),得F =2zFrsm-= 2x1x311.8xMn-=618.4Nr °224.4帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，

29、第一是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑而選擇的結(jié)構(gòu)形式，第二是根據(jù)帶的 截型確定輪槽尺寸，參考文獻(xiàn)4表（5-10）,帶輪的其它結(jié)構(gòu)尺寸可參照參考文獻(xiàn)1圖 （5-12）所列經(jīng)驗(yàn)公式計算，只要帶輪的各部分尺寸知道后，就可以繪出零件圖了，并 且還要按工藝要求寫出相關(guān)的技術(shù)條件。由以上的計算可知：電動機(jī)的V帶輪選實(shí)心式：主軸V帶輪選腹板式。4.5 V帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)V帶輪的捻儕尺寸V帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表:項(xiàng)目1符號參數(shù)值基準(zhǔn)淬度5.3基準(zhǔn)線上槽深1,6基準(zhǔn)線下槽深6.3第一槽對稱聞生斷面的距離f7最小輪緣厚85帶輪寬,B28外徑*dl=20 d2=40輪糟角404分揀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計本裝置主要利用幣種不同的硬幣在直徑上的區(qū)

30、別，通過直徑不同的分揀孔進(jìn)行分揀, 為使裝置分揀功能能夠更精確，裝置釆用三級分揀，即在每層分揀層分揀出一種硬幣， 最終實(shí)現(xiàn)對三種幣種的硬幣進(jìn)行分揀，裝置依次分揀一元、五角和一角的硬幣。分鍵盤1：分鍵盤1主要是實(shí)現(xiàn)對1元硬幣的分離功能，在分鍵盤1上有若干直徑為22mm的分揀 孔以及一個直徑為出幣口，在分揀盤上有一個斜面，斜面的前半部分有五個直徑為20皿 的分揀孔，主要防止在雜亂無章的硬幣做離心運(yùn)動的過程中，一角和五角的硬幣會通過 1元硬幣出幣口通過，進(jìn)而出現(xiàn)分揀工作的失敗，因此，改結(jié)構(gòu)設(shè)計可以使經(jīng)過擾動裝置處理后，平攤在分鍵盤上的硬幣（可能包含1元,5角，1角）在向1元出幣口運(yùn)動過程 中，1角和

31、5角的硬幣會在到達(dá)出幣口前，會通過分揀口落入到后續(xù)的分揀盤上，保證分 揀工作的精度。分鍵盤1的結(jié)構(gòu)圖如下：分揀盤2：分揀盤2主要實(shí)現(xiàn)對5角硬幣的分揀，在經(jīng)過了分揀盤1的分揀后，1角和5角的 硬幣會落入到分揀盤2上，分鍵盤2上有若干直徑為20mm的分揀孔以及一個直徑為 21mm的S角硬幣出幣口。分揀盤2具體結(jié)構(gòu)如下：分揀盤3：進(jìn)過分揀盤L 2的分揀后，落入分揀盤3上的只有1角硬幣，因此，分鍵盤3上僅 有一個直徑為20mm的1角硬幣出幣口。分揀盤3結(jié)構(gòu)如下：5軸的設(shè)計機(jī)器上所安裝的旋轉(zhuǎn)零件，例如帶輪、齒輪、聯(lián)軸器和離合器等都必須用軸來 支承，才能正常工作，因此軸是機(jī)械中不可缺少的重要零件。本章將討

32、論軸的類型、 軸的材料和輪轂聯(lián)接，重點(diǎn)是軸的設(shè)計問題，其包括軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度計算。結(jié) 構(gòu)設(shè)計是合理確定軸的形狀和尺寸，它除應(yīng)考慮軸的強(qiáng)度和剛度外，還要考慮使用、 加工和裝配等方面的許多因素。按軸受的載荷和功用可分為：1. 心軸：只承受彎矩不承受扭矩的軸，主要用于支承回轉(zhuǎn)零件。如.車輛軸和滑輪 軸。2. 傳動軸：只承受扭矩不承受彎矩或承受很小的彎矩的軸，主要用于傳遞轉(zhuǎn) 矩。如汽車的傳動軸。3. 轉(zhuǎn)軸：同時承受彎矩和扭矩的軸，既支承零件乂傳遞轉(zhuǎn)矩°如減速器軸。軸的材料主要承受彎矩和扭矩。軸的失效形式是疲勞斷裂，應(yīng)具有足夠 的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。軸的材料從以下中選?。?. 碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素

33、鋼具有較好的機(jī)械性能，對應(yīng)力集中敏感性較低，價格便宜， 應(yīng)用廣泛。例如：35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼。一般軸采用45鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì) 或正火處理；有耐磨性要求的軸段，應(yīng)進(jìn)行表面淬火及低溫回火處理。輕載或不重要的軸，使用普通碳素鋼Q235、Q275等。2. 合金鋼合金鋼具有較高的機(jī)械性能，對應(yīng)力集中比較敏感，淬火性較好，熱處 理變形小，價格較貴。多使用于要求重量輕和軸頸耐磨性的軸。例如：汽掄 發(fā)電機(jī)軸要求在高速、高溫重載下工作，采用27Cr2MolV 38CrMoAlA等。 滑動軸承的高速軸，釆用20Cr、20CrMnTi等。3. 球墨鑄鐵球墨鑄鐵吸振性和耐磨性好，對應(yīng)力集中敏感低，價格低廉，使用鑄

34、造 制成外形復(fù)雜的軸。例如：內(nèi)燃機(jī)中的曲軸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖所示為一齒輪減速器中的的高速軸。軸上與軸承配合的部份稱為軸頸，與 傳動零件配合的部份稱為軸頭，連接軸頸與軸頭的非配合部份稱為抽身，起定位作 用的階梯軸上截面變化的部分稱為軸肩。軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求有：（1）便于軸上零件的裝配軸的結(jié)構(gòu)外形主要取決于軸在箱體上的安裝位置及形式，軸上零件的布置和固定方式，受力情況和加工工藝等。為了便于軸上零件的裝拆，將軸制成階梯軸，中間直徑最大，向兩端逐漸直徑減小。近似為等強(qiáng)度軸。（2）保證軸上零件的準(zhǔn)確定位和可靠固定軸上零件的軸向定位方法主要有：軸肩定位、套筒定位、圓螺母定位、軸端擋圈定 位和軸承端蓋定位

35、。1）軸向定位的固定軸肩定位 定位會使 突變而產(chǎn) 軸肩的 要求r軸 套筒和圓螺母定位套筒用于軸上兩零件的小，結(jié)構(gòu)簡圈聯(lián)合使用，常用于軸端起到雙向固定。fO距離較裝拆方軸肩或軸環(huán)：如圖10-7所示。 是最方便可靠的定位方法，但采用軸肩 軸的直徑加大，而且軸肩處由于軸徑的 生應(yīng)力集中。因此，多用于軸向力較大的場合。定位 高度11=（0.070.1）d, d為與零件相配處的軸徑尺寸。 <R孔或r MC孔便，多用于承受單，定位可靠。圓螺母用于軸上兩零件距離較大，需要在軸上切制螺 紋，對軸的強(qiáng)度影響較大。 性擋圈和緊定螺釘這兩種固定的方法，常用于軸向力較小的場合。 軸端擋圈圓錐面：軸端擋圈與軸肩、

36、圓錐面與軸端擋劇烈振動和沖 擊的場合。2）周向定位和固定軸上零件的周向固定是為了防止零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。常用的固定方式有：a.鍵聯(lián)接b.過盈配合聯(lián)接C.圓錐銷聯(lián)接 d.成型聯(lián)接過盈配合是利用軸和零件輪轂孔之間的配合過盈量來聯(lián)接，能同時實(shí)現(xiàn)周向和軸向固定，結(jié)構(gòu)簡單，對中性好，對軸削弱小，裝拆不便。成型聯(lián)接是利用非圓柱面與相同的輪轂孔配合，對中性好，工作可靠，制造困難應(yīng)用少。故聯(lián)接 切花Bt聯(lián)接 c）成形聯(lián)按（3）具有良好的制造和裝配工藝性1）軸為階梯軸便于裝拆。軸上磨削和車螺紋的軸段應(yīng)分別設(shè)有砂輪越程槽和螺紋 退刀槽。如教材圖10-12所示。2）軸上沿長度方向開有凡個鍵槽時，應(yīng)將鍵槽安排在軸的

37、同一母線上。同一根軸 上所有圓角半徑和倒角的大小應(yīng)盡可能一致，以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)。為使軸上零 件容易裝拆，軸端和各軸段端部都應(yīng)有45。的倒角。為便于加工定位，軸的兩端面上應(yīng) 做出中心孔。（4）減小應(yīng)力集中，改善軸的受力情況軸大多在變應(yīng)力下工作，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)減少應(yīng)力集中，以提高軸的疲勞強(qiáng)度，尤為 重要。軸截面尺寸突變處會造成應(yīng)力集中，所以對階梯軸，相鄰兩段軸徑變化不宜過大, 在軸徑變化處的過渡圓角半徑不宜過小。盡量不在軸面上切制螺紋和凹槽以免引起應(yīng)力 集中。盡量使用圓盤洗刀。此外，提高軸的表面質(zhì)量，降低表面粗糙度，采用表面碾 壓、 噴丸和滲碳淬火等表面強(qiáng)化方法，均可提高軸的疲勞強(qiáng)度。當(dāng)傳矩

38、由一個傳動件輸入，而由兒個傳動件輸出時，為了減小軸上的傳矩，應(yīng)將輸 入件放在中間。如圖10-14所示，輸入傳矩Ti=T2+T3,軸上各輪按圖14-15a的布置 形式，軸所受的最大傳矩為T2 + T3,如改為圖10-14b的布置形式，最大傳矩減小為T? 或T3。5.1初步確定軸的直徑和材料:先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。取A0=10o5. 2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：1）擬定軸上零件的裝配方案為使裝置的結(jié)構(gòu)更加簡單，考慮到具體的軸上各零件的安裝細(xì)節(jié)，先將軸的固定 采取“一端固定，一端支撐”，現(xiàn)選用如圖所示的裝配方案：2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度（1）為了滿足擾臂裝

39、置的周向和軸向定位要求，上半軸需加工出三個定位孔，從 而使用三個開口銷對擾幣裝置進(jìn)行固定。左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D = 8mmo（2）初步選擇滾動軸承。選用深溝球軸承。參照工作要求，下端滾動軸承采用軸 肩進(jìn)行定位。中部滾動軸承釆用過渡配合。兩個軸承分別裝夾在軸承座中。帶輪與軸之間釆用彈性擋圈定位。軸上零件的周向定位大、小帶輪與軸的周向定位均釆用平鍵聯(lián)接。按由手冊査得平鍵截面bXh二4X 4（GB1095-2003）,鍵槽用鍵槽銃刀加工，長為10mm（標(biāo)準(zhǔn)鍵長見GB1096-2003）, 同時為了保證帶輪輪轂與軸的配合為H7/n6°滾動軸承與軸的周向定位是借過渡 配合

40、來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為n）6。4）確定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角為2X45° O5.4軸的設(shè)計計算5.4.1按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強(qiáng)度。如果還受不大的彎矩時，則采 用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。并且應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采 取相應(yīng)的計算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常用這種方法初步估算軸徑。對于不大重要的軸，也可 作為最后計算結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：9.55 xlO6-強(qiáng)度條件：=礦=0 2尸卯Mpa、幾、丄八f/5x9.55xlO6P ； 7 ,、設(shè)計公式：%就卜哽)軸上有鍵槽：放大：35% 一個鍵槽

41、；7-10%二個鍵槽。并且取標(biāo)準(zhǔn)植式中：門許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力(N/nini2),C為由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)。5.4.2按彎扭合成強(qiáng)度計算通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸、軸上零件的位置以及外載荷和支反力 的作用位置均己確定，軸上的載荷(彎矩和扭矩)己可以求得，因而可按彎扭合成 強(qiáng)度條件對軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計算。對于鋼制的軸，按第三強(qiáng)度理論，強(qiáng)度條件為：M M+(g )M2 + (aT)2(yr = - =: <a .1.W 丄"°山32設(shè)計公式：d> I Mc(mm)。心-上式中、：6e為當(dāng)量應(yīng)力，Mpa。d為軸的直徑，mm, 也=伽：+(的 為當(dāng)量 彎矩；M

42、為危險截面的合成彎矩；M =伽：+崎；Mh為水平面上的彎矩；Mv 為垂直面上的彎矩；W為軸危險截面抗彎截而系數(shù)：。一一為將扭矩折算為等效彎矩的折算系數(shù).彎矩引起的彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)的變應(yīng)力，而扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)乾應(yīng)力往往為非 對稱循環(huán)變應(yīng)力與扭矩變化情況有關(guān)=1 一一扭矩對稱循環(huán)變化J%。 丁 0.6一扭矩脈動循環(huán)變化丄為2丁 0.3一不變的扭矩仃/,分別為對稱循環(huán)、脈動循環(huán)及靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力。 對F重要的軸，還要考慮影響疲勞強(qiáng)度的一些因素而作精確驗(yàn)算。內(nèi)容參看有關(guān)書籍。5.4.3軸的剛度計算槪念軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過允許的限度，就會影響軸 上零件的正常工作

43、，甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。來度量，其校核公式為：抽 的彎曲剛度是以撓度y或偏轉(zhuǎn)角0以及扭轉(zhuǎn)角。yWy; ow。；巾 Wd）。式中：y、I。、巾分別為軸的許用撓度、許用轉(zhuǎn)角和許用扭轉(zhuǎn)角。5.4.4軸的設(shè)計步驟設(shè)計軸的一般步驟為：（1）選擇軸的材料 根據(jù)軸的工作要求，加工工藝性、經(jīng)濟(jì)性，選擇合適的材料和 熱處理工藝。（2）初步確定軸的直徑按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算公式，計算出軸的最細(xì)部分的直徑。（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 要求：軸和軸上零件要有準(zhǔn)確、牢固的工作位置；軸上零 件裝拆、調(diào)整方便：軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。盡量避免應(yīng)力集中；根據(jù)軸上 零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，首先要預(yù)定出主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系，它

44、是軸進(jìn)行結(jié) 構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，擬定裝配方案，應(yīng)先考慮兒個方案，進(jìn)行分析比較后再選優(yōu)。原則：1）軸的結(jié)構(gòu)越簡單越合理；2）裝配越簡單越合理。5.5各軸的計算5.5.1高速軸計算C1）査得C=118 （低速軸彎矩較大），由公式d>= 118-益=2腿1599NARax =匕半=1599N水平支反力AR=F, Rrx =2188 1599 = 589NRy = E + 4M/2 = 821x201 + 564x40 =垂直支反力275取高速軸的直徑d=45mm。（2）求作用在齒輪上的力齒輪所受的轉(zhuǎn)矩為J955M。、=955。小駕 o=87542M齒輪分度圓直徑為47 = 20x4 = 80w齒輪作

45、用力 圓周力 F產(chǎn)牛=2、胃U.OV徑向力Fr = Fjgan / cos - = 2188 x 繆 20° / cos 14.45 = 82 IN軸向力Fa =氏弟/7 = 2188x04.45 = 564N（3）畫軸的計算筒圖并計算支反力（圖a）682N139N589NERBY = Fr -= 821-682 = 139N（4）畫彎矩圖a水平面內(nèi)彎矩圖M（b圖）118326圖b截面cMCx = RJac = 1599x74 = 113326N.mmb垂直面內(nèi)彎矩圖MC （c圖）截面cC合成彎矩McMy（d圖）Mcr = RAYlAC = 682 x74 = 50468N= 128

46、639N 刀伸d畫扭矩圖（e圖）T = 87542Mh/w 又根據(jù) =600/nun查得b】L=55N/舟a = = 0.5859則 aRT = 0.58x87542 = 50774N."以e繪當(dāng)量彎矩圖（f圖）L38296圖fMca = JM' +07、= 138296M 也5.5.2中間軸設(shè)計（1）查得C=118 （低速軸彎矩較大），由公式d>2 955="8七商=23.2血取高速軸的直徑d=60mmo（2）求作用在齒輪上的力齒輪分度圓直徑為】=47 = 23x4 = 92齒輪所受的轉(zhuǎn)矩為p2 955T = 9550xI。二=9550xl03-一 = 73

47、490N.仰nA384齒輪作用力圓周力廠 2T 2x7349092= 15980徑向力軸向力£ = an / cos /7 = 1598 x tg 20° / cos 14.45 = 60。NFa = Fftgp = 1598xfgl4.45 = 412N95水平支反/yF"，273N327N15<ENX1I352N（3）畫軸的計算簡圖并計算支反力（圖a）BID-r砌=£一電=1598 546 = 1052NR = F,盤=1598X 竺=621NCX ''278R _F,y + FdJ2 垂直支反力“600x95 + 412x46

48、 _273nAB278A* =127NRcy = Fr - Ray 一Rby = 600-273-127 = 200/V（4）畫彎矩圖a水平面匚匚矩ZM（bZ）53184圖k)截面cA/rrJ = R,xLc = 546 x 75 = 40950N."截面DM,e = Rcx1ac = 546x108 = 59184N."b垂直而內(nèi)彎矩圖MC （c圖）圖c截面cMcyi = RArlAC = 273x75 = 20475Nm截面DMDY2 = RCYlCD = 200x108 = 21600N 刀C 合成彎矩"ci = J材-= 457837V./WM（d圖）D合

49、成彎矩虬” =>J DX2 +DY2=62783N."6278332d畫扭矩圖（e圖）圖eT = 73490噸乂根據(jù)(7S = 600 N / mm *查得b 丄=95N /mm25559= 0.580.58 x 73490 = 42624Njnme繪當(dāng)量彎矩圖（f圖）Mea = yjM2 + (aT)2 = 62553N仰5.5.3低速軸設(shè)計CD査得C=118,由公式d > eg = 50.1mm取高速軸的直徑d=75mm。（2）求作用在齒輪上的力齒輪分度圓直徑為4 = 87x4 = 348齒輪所受的轉(zhuǎn)矩為p2 643T = 9550x10 =9550x10, - =

50、757295N.如33.33齒輪作用力圓周力E= 2x757295 = 4352/v，348徑向力F, = FjgmH cos = 4352 x 級 20° /cos 14.45 = 16337V軸向力Fa = F,tgfl = 4352 x 14.45 = 112 IN（3）畫軸的計算簡圖并計算支反力（圖ISOCfJ：=7CN148C圖Ci水平支反力41BC182產(chǎn)= 4352x兩= 2870NRrx =F一Rrx =4352 2870 = 1482N1633x82 + 1121xl74 = 150()Ar垂直支反力276Rbv=F_Ray = 1633-1500 = 133N（4

51、）畫彎矩圖a水平面內(nèi)彎矩圖M（b圖）269780圖b截面CMCx = RAXlAC = 2870x94 = 2697807V.mmb垂直面內(nèi)彎矩圖MC （c圖）圖C截面cMcy = RAYlAC = 1500x94 =141000N.wwC 合成彎矩+M, = 282658N.nun（d圖）282658圖dd畫扭矩圖（e圖）4藝2豊r = 757295Mww 又根據(jù)(7R = 600N/mm查得 hL=557V/nm2a2b=95N/mm2則 叩=0.58x757295 = 43923e繪當(dāng)量彎矩圖（f圖）ylM2+(aT)2 = 625503N沖5.6軸的設(shè)計與校核5.6.1高速軸設(shè)計初定最

52、小直徑，選用材料45。鋼，調(diào)質(zhì)處理。取A0=112 （不同）則 Rimn=A0= 16.5 6nmi最小軸徑處有鍵槽Rmm'= 1.07dmin= 17.72min最小直徑為安裝聯(lián)軸器外半徑，取KA=1.7,同上所述己選用TL4彈性套柱聯(lián)軸器,軸孔半徑R=20nun o取高速軸的最小軸徑為R=20mnic由于軸承同時受徑向和軸向載荷，故選用6300滾子軸承按國標(biāo)T297-94D*d*T=17.25軸承處軸徑d =36niin高速軸簡圖如下：取 L 1=3 8+46=84mm.取擋圈直徑 D=43mm,取 d2=d4=54nuii.d3=67iiun.d l=d5=67nun ：聯(lián)軸器用鍵：圓頭普通平鍵。B*h=6*6,長 L=91 mm齒輪用鍵：同上。B*h=6*6.長L=10mm,倒角為2*45度5.6.2中間軸設(shè)計中間軸簡圖如下：初定最小直徑dmin=20mm選用6303軸承，d*D*T=25*62*18.25d 1 =d6=25nun,取 Li =26nun.L2=19. L4=120mm,d2=d4=35mm丄3=12mmD3=50nuii.d5=30miii.L5=1.2*d5=69nun, L6=55mm齒輪用鍵：圓頭普通鍵：b*h=12*8,長L=61mm5.6.3低速軸設(shè)計初定最小直徑：d miii=2 5 nun取小軸徑