全自動 捆鈔機的機械原理方案設(shè)計

1、捆鈔機的機械原理方案設(shè)計 機械總體方案設(shè)計首先捆鈔機的工作為對各類版本及面額的紙幣進行捆扎，也達到便于儲存、運輸和管理的設(shè)備。捆鈔機主要包括部分如2-1圖所示。 圖2-1 捆鈔機主要組成部分1.捆鈔機壓緊機構(gòu)：捆鈔機的壓緊機構(gòu)是捆鈔機機械設(shè)備中比較重要的一個機構(gòu)，該機構(gòu)主要完成對送入的大捆紙幣進行壓幣以方便后續(xù)的捆扎工作。2.捆鈔機工作區(qū)：該部分為捆鈔機工作時的紙幣存放地，紙幣放在密閉的設(shè)備中，被設(shè)備進行壓緊，送帶收帶捆扎等一系列工作。3.捆鈔機送收帶、凸輪機構(gòu)： 這兩個機構(gòu)是該設(shè)備最主要的機構(gòu)，捆鈔機的主要動作都要靠這兩個機構(gòu)來實現(xiàn)。送、收帶機構(gòu)為一個機構(gòu)完成，分縱向和橫向送收帶機構(gòu)：凸輪機

2、構(gòu)主要完成捆扎帶收緊后對捆扎帶的熱合剪斷處理，當然收帶前對捆扎帶的帶頭壓緊工作也由凸輪機構(gòu)來完成。 對捆鈔機的組成部分了解了后總體大致分析出其機構(gòu)布局的簡單框圖，進而便于也后的各部分機械原理的設(shè)計。機構(gòu)布局框圖如圖2-2所示。 圖2-2 機構(gòu)布局簡圖壓緊機構(gòu)設(shè)定為采取上壓式布局，方便對紙幣的壓幣和松幣。送、收帶機構(gòu)由于分縱向和橫向，機構(gòu)布局為紙幣側(cè)向設(shè)置。對于凸輪機構(gòu)的布局，分析到壓緊機構(gòu)也為上壓式，避免機構(gòu)的復雜位置設(shè)計和考慮到整體設(shè)備的尺寸大小盡量小型化，故而安排到整體機構(gòu)下方，采取頂桿上升動作式。依據(jù)初步的機構(gòu)劃分和布局設(shè)定開始擬定捆鈔機的總體方案，經(jīng)設(shè)計分析出兩種機械原理方案。方案一如

3、圖2-3所示，方案二如圖2-4所示 圖2-3 機械方案一 圖2-4 機械方案二 對分析出的兩種方案進行比較，兩種方案中主要區(qū)別在于壓緊機構(gòu)和凸輪機構(gòu)的設(shè)計上。指導老師給予分析意見，方案一中壓緊機構(gòu)的布局有利于設(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)生使兩移動快的水平移動不一致，從而導致連桿的上升不一致，致使壓板不能良好的壓幣，并且在檢測壓幣壓緊采用特殊材料的壓縮通過限位信號來檢測，此方案中材料不易選取并且材料受溫度影響后壓縮量會變化而影響壓緊，致使紙幣的捆扎效果變差或失敗。檢測凸輪機構(gòu)方案一中采用帶輪作為一級傳動，在凸輪動作中如果出現(xiàn)打滑現(xiàn)象會造成紙幣捆扎時出現(xiàn)一些故障，導致捆幣失

4、敗。在方案二中由于其壓緊傳動機構(gòu)的設(shè)計增加了整體結(jié)構(gòu)的體積，在壓緊檢測時可能通過限位開關(guān)，延時壓緊、測被動輪測速方案，方案有待確定。凸輪傳動機構(gòu)采用齒輪作為一級傳動，避免了方案一中帶輪打滑的現(xiàn)象，但是由于齒輪的齒隙的存在可能會產(chǎn)生定位誤差導致凸輪動作不到位而影響捆鈔。所以方案二中可能需要較好的定位方案從而減小這樣誤差。 最終分析比較確定方案二作為捆鈔機整體的初步設(shè)計方案，在后續(xù)各部分的機械部分詳細設(shè)計中解決方案二中所出現(xiàn)的一系列問題。壓幣機構(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)

5、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

6、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。其方案如圖2-5所示。 圖2-5 下壓機構(gòu)上圖2-5中絲桿導軌中加入2個限位開關(guān)，用以對壓板的上下位置進行限位控制。用關(guān)電編碼盤對帶輪從動輪進行測速給出壓緊信號。對于帶輪的預(yù)緊力可也通過張緊輪進行調(diào)整。送、收帶機構(gòu)方案設(shè)計縱向送、收帶機構(gòu)方案設(shè)計由于本設(shè)計的捆鈔機采取三帶三點式捆扎，所以在縱向上只捆扎一次，送出的捆扎帶也只有一道。因而機構(gòu)相對也簡單些，其紙幣采用三點式捆扎后的效果如圖2-6所示。圖2-6 三點式捆扎效果分析送帶機構(gòu)的任務(wù)和目的為當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

7、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，在測速這一方案中和指導老師進行了分析和討論；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)如圖2-7所示。 圖2-7 縱向送、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，當堵帶或捆扎帶送到位時

8、，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。橫帶送、收帶機構(gòu)方案設(shè)計由于為三帶三點式捆扎，橫向方向就要送兩條捆扎帶，但是原理和縱帶原理是一致的。都是完成對捆扎帶的送帶和收帶動作并且所需注意的問題也和縱向一致。由于是兩條捆扎帶，要求應(yīng)具有同步性。電機采取兩個電機分別驅(qū)動還是一個電機通過機械傳遞來實現(xiàn)，測帶完是兩條捆扎帶

9、上都進行檢測還是只檢測一條捆扎帶，測壓緊輪轉(zhuǎn)速是兩個壓緊輪都檢測還是只測一個，這些都要進行分析考慮。通過對以上問題的研究和指導老師討論后，得出了比較可行的橫向送、收帶機構(gòu)的方案，如圖2-8所示。 圖2-8 橫向送、收帶機構(gòu)采取上圖所示的機構(gòu)方案后，可也看橫向的捆扎帶1和捆扎帶2達到了同步，并且其驅(qū)動電機也簡化為一個電機驅(qū)動。由于捆扎帶在送出和收回達到一致故對于壓緊輪的測速可也只測一條帶上的壓緊輪來完成橫向的測試目的。在對于測帶完的問題上，按理也能通過只檢測一條帶上的帶完來達到整個橫向的帶完檢測目的，但不排除人為更換帶輪及產(chǎn)品帶長尺寸的不一致造成帶1和帶2帶完不一致。故還是采取兩帶各自進行帶完檢

10、測，其帶完檢測和縱向帶完檢測原理一樣。 凸輪機構(gòu)方案設(shè)計 凸輪機構(gòu)為捆鈔機的重要機構(gòu)，完成動作最多，要求也多因而傳動機構(gòu)會比較復雜，考慮的問題也相對會多點。凸輪機構(gòu)同樣分為縱向和橫向機構(gòu)的設(shè)計。由于縱向和橫向所完成的動作是一致的，所以凸輪的結(jié)構(gòu)是一樣的，只是縱向為一條帶的系列動作，橫向為兩條帶的一系列同步動作，故而在傳動機構(gòu)上會有所區(qū)別。分析凸輪所完成的動作有壓帶頭，熱合片的伸入和收回，熱合，剪斷四個過程。因而凸輪軸上應(yīng)有4個凸輪。 縱向凸輪機構(gòu)方案設(shè)計縱向的凸輪機構(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

11、。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2-9所示。 圖2-9 縱向凸輪機構(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關(guān)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。 橫向凸輪機構(gòu)方案設(shè)計由于橫向凸輪和縱向凸輪完成的動作一樣，只是縱向為一條捆扎帶，只有一個對應(yīng)的凸輪機構(gòu)；而橫向上有兩個條捆扎帶，故需要與之對應(yīng)的兩個凸輪機構(gòu)來完成每

12、一條捆扎帶的一系列相關(guān)動作。在各自捆扎帶上的動作要求一致，所以需要凸輪的轉(zhuǎn)位也要達到一致才能保證這一要求，就需要機械傳動機構(gòu)的設(shè)計，驅(qū)動電機也最好使用一個電機來驅(qū)動2個凸輪軸的轉(zhuǎn)動。最后得出橫向的凸輪傳動機構(gòu)如圖2-10所示。 圖2-10 橫向凸輪機構(gòu)在橫向凸輪機構(gòu)中同樣要解決縱向凸輪機構(gòu)的相關(guān)問題，由于兩個凸輪采用上圖所示的傳動方案，故在凸輪動作的一致性上能保持一致。在凸輪定位檢測上無需分別對兩個凸輪進行檢測，只需對其中一個凸輪軸上的同軸齒輪采用編碼盤進行轉(zhuǎn)位檢測即可。 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。第一步為壓帶凸輪到位對到

13、位的捆扎帶壓緊，便于收帶的進行將捆扎帶收緊；第二步為當捆扎帶收緊后送加熱片凸輪到位，將加熱片伸入兩帶間對捆扎帶進行加熱；第三步為當加熱完畢夠加熱片收回后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2-11所示。 圖2-11 凸輪布局方案一方案二如圖2-12所示 圖2-12 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)要復雜一點，同時對于刀口的位

14、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，延時后熱合片收回熱合壓帶凸輪到位，帶動壓塊上移熱合捆

15、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。帶頭壓緊凸輪設(shè)計如圖2-13所示圖2-13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。當然至于其具體準確的尺寸應(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確也確保壓幣動作的完成。 圖2-13 壓緊凸輪機構(gòu)剪斷凸輪機構(gòu)如

16、圖2-14所示 左邊圖示為剪斷凸輪機構(gòu)的設(shè)計方案。此機構(gòu)的任務(wù)是當捆扎帶經(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2-14 剪斷凸輪機構(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。經(jīng)分析后得到熱合片凸輪機構(gòu)如圖2-15所示熱合片凸輪機構(gòu)主要任務(wù)為當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。 圖 2-15 熱合片凸輪機構(gòu)當延時時間到即加熱程度也足夠時凸輪機構(gòu)再次轉(zhuǎn)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