全自動(dòng) 捆鈔機(jī)的機(jī)械原理方案設(shè)計(jì)

1、捆鈔機(jī)的機(jī)械原理方案設(shè)計(jì) 機(jī)械總體方案設(shè)計(jì)首先捆鈔機(jī)的工作為對(duì)各類版本及面額的紙幣進(jìn)行捆扎，也達(dá)到便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸和管理的設(shè)備。捆鈔機(jī)主要包括部分如2-1圖所示。 圖2-1 捆鈔機(jī)主要組成部分1.捆鈔機(jī)壓緊機(jī)構(gòu)：捆鈔機(jī)的壓緊機(jī)構(gòu)是捆鈔機(jī)機(jī)械設(shè)備中比較重要的一個(gè)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要完成對(duì)送入的大捆紙幣進(jìn)行壓幣以方便后續(xù)的捆扎工作。2.捆鈔機(jī)工作區(qū)：該部分為捆鈔機(jī)工作時(shí)的紙幣存放地，紙幣放在密閉的設(shè)備中，被設(shè)備進(jìn)行壓緊，送帶收帶捆扎等一系列工作。3.捆鈔機(jī)送收帶、凸輪機(jī)構(gòu)： 這兩個(gè)機(jī)構(gòu)是該設(shè)備最主要的機(jī)構(gòu)，捆鈔機(jī)的主要?jiǎng)幼鞫家窟@兩個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。送、收帶機(jī)構(gòu)為一個(gè)機(jī)構(gòu)完成，分縱向和橫向送收帶機(jī)構(gòu)：凸輪機(jī)

2、構(gòu)主要完成捆扎帶收緊后對(duì)捆扎帶的熱合剪斷處理，當(dāng)然收帶前對(duì)捆扎帶的帶頭壓緊工作也由凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)完成。 對(duì)捆鈔機(jī)的組成部分了解了后總體大致分析出其機(jī)構(gòu)布局的簡(jiǎn)單框圖，進(jìn)而便于也后的各部分機(jī)械原理的設(shè)計(jì)。機(jī)構(gòu)布局框圖如圖2-2所示。 圖2-2 機(jī)構(gòu)布局簡(jiǎn)圖壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)定為采取上壓式布局，方便對(duì)紙幣的壓幣和松幣。送、收帶機(jī)構(gòu)由于分縱向和橫向，機(jī)構(gòu)布局為紙幣側(cè)向設(shè)置。對(duì)于凸輪機(jī)構(gòu)的布局，分析到壓緊機(jī)構(gòu)也為上壓式，避免機(jī)構(gòu)的復(fù)雜位置設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)下方，采取頂桿上升動(dòng)作式。依據(jù)初步的機(jī)構(gòu)劃分和布局設(shè)定開(kāi)始擬定捆鈔機(jī)的總體方案，經(jīng)設(shè)計(jì)分析出兩種機(jī)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(jī)械方案一 圖2-4 機(jī)械方案二 對(duì)分析出的兩種方案進(jìn)行比較，兩種方案中主要區(qū)別在于壓緊機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上。指導(dǎo)老師給予分析意見(jiàn)，方案一中壓緊機(jī)構(gòu)的布局有利于設(shè)備整體體積的減小，但是對(duì)于反向同軸絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可能發(fā)生使兩移動(dòng)快的水平移動(dòng)不一致，從而導(dǎo)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(cè)壓幣壓緊采用特殊材料的壓縮通過(guò)限位信號(hào)來(lái)檢測(cè)，此方案中材料不易選取并且材料受溫度影響后壓縮量會(huì)變化而影響壓緊，致使紙幣的捆扎效果變差或失敗。檢測(cè)凸輪機(jī)構(gòu)方案一中采用帶輪作為一級(jí)傳動(dòng)，在凸輪動(dòng)作中如果出現(xiàn)打滑現(xiàn)象會(huì)造成紙幣捆扎時(shí)出現(xiàn)一些故障，導(dǎo)致捆幣失

4、敗。在方案二中由于其壓緊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)增加了整體結(jié)構(gòu)的體積，在壓緊檢測(cè)時(shí)可能通過(guò)限位開(kāi)關(guān)，延時(shí)壓緊、測(cè)被動(dòng)輪測(cè)速方案，方案有待確定。凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用齒輪作為一級(jí)傳動(dòng)，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(huì)產(chǎn)生定位誤差導(dǎo)致凸輪動(dòng)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(jī)整體的初步設(shè)計(jì)方案，在后續(xù)各部分的機(jī)械部分詳細(xì)設(shè)計(jì)中解決方案二中所出現(xiàn)的一系列問(wèn)題。壓幣機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)首先明白壓幣機(jī)構(gòu)的目的為對(duì)紙幣壓緊。在壓幣過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，及如何解決這些問(wèn)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(shí)達(dá)到紙幣壓緊。進(jìn)而排除了運(yùn)用限位開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)紙幣壓緊與否的方案。進(jìn)一步分析到當(dāng)紙幣壓緊后由于都會(huì)出現(xiàn)下壓板不在下移，絲桿也會(huì)不在轉(zhuǎn)動(dòng)，即帶輪的從動(dòng)輪出現(xiàn)打滑。此時(shí)從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速理想情況下應(yīng)為零，但由于實(shí)際的各種原因只能在一很小速度附近震動(dòng)。分析后可采用編碼盤測(cè)帶輪從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速來(lái)檢測(cè)紙幣的壓緊與否。在壓幣過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)人為的誤操作如在無(wú)紙幣放入時(shí)啟動(dòng)了捆鈔機(jī)時(shí)，壓板下壓由于無(wú)紙幣的原因，不能使帶輪被動(dòng)輪轉(zhuǎn)速變小，只有在壓到工作區(qū)紙幣底板時(shí)才會(huì)檢測(cè)到信號(hào)，這樣會(huì)可能會(huì)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(kāi)關(guān)來(lái)解決這一問(wèn)題。詳細(xì)

6、分析壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及各種問(wèn)題解決辦法后，得出其比較系統(tǒng)的機(jī)械和各種檢測(cè)設(shè)計(jì)。其方案如圖2-5所示。 圖2-5 下壓機(jī)構(gòu)上圖2-5中絲桿導(dǎo)軌中加入2個(gè)限位開(kāi)關(guān)，用以對(duì)壓板的上下位置進(jìn)行限位控制。用關(guān)電編碼盤對(duì)帶輪從動(dòng)輪進(jìn)行測(cè)速給出壓緊信號(hào)。對(duì)于帶輪的預(yù)緊力可也通過(guò)張緊輪進(jìn)行調(diào)整。送、收帶機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)縱向送、收帶機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)由于本設(shè)計(jì)的捆鈔機(jī)采取三帶三點(diǎn)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(jī)構(gòu)相對(duì)也簡(jiǎn)單些，其紙幣采用三點(diǎn)式捆扎后的效果如圖2-6所示。圖2-6 三點(diǎn)式捆扎效果分析送帶機(jī)構(gòu)的任務(wù)和目的為當(dāng)紙幣壓緊后由該機(jī)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(hào)

7、反饋后在進(jìn)行收帶動(dòng)作，將紙幣捆緊。在送收帶中可能出現(xiàn)的問(wèn)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(wèn)題。對(duì)于堵帶現(xiàn)象可通過(guò)帶道的設(shè)計(jì)來(lái)減小這一現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率；帶到位和捆扎帶收緊檢測(cè)科由測(cè)壓緊輪轉(zhuǎn)速來(lái)監(jiān)測(cè)，在測(cè)速這一方案中和指導(dǎo)老師進(jìn)行了分析和討論；捆扎帶帶完檢測(cè)可由關(guān)電開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)，但對(duì)于其安裝位置的的選擇要進(jìn)行分析。經(jīng)過(guò)考慮和研究確定縱向送、收帶機(jī)構(gòu)如圖2-7所示。 圖2-7 縱向送、收帶機(jī)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(dòng)輪間進(jìn)入帶道。調(diào)整壓緊輪和帶輪從動(dòng)輪使之能帶動(dòng)捆扎帶送收。捆扎帶的送入和收回長(zhǎng)度和壓緊輪的正反轉(zhuǎn)的周長(zhǎng)應(yīng)該是一致的，當(dāng)堵帶或捆扎帶送到位時(shí)

8、，捆扎帶不能再前進(jìn)，壓緊輪由于相對(duì)移動(dòng)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(cè)壓緊輪的轉(zhuǎn)速來(lái)檢測(cè)，但絕對(duì)不能測(cè)從動(dòng)輪或電機(jī)的轉(zhuǎn)速。帶完檢測(cè)開(kāi)關(guān)位置安排在帶輪和壓緊輪之間，因?yàn)槿绻才旁趬壕o輪之后即使檢測(cè)到帶完信號(hào)，但是捆扎帶的斷代取出比較麻煩，在帶輪之前檢測(cè)到帶完信號(hào)，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(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)由于為三帶三點(diǎn)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(duì)捆扎帶的送帶和收帶動(dòng)作并且所需注意的問(wèn)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(jī)采取兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)還是一個(gè)電機(jī)通過(guò)機(jī)械傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)，測(cè)帶完是兩條捆扎帶

9、上都進(jìn)行檢測(cè)還是只檢測(cè)一條捆扎帶，測(cè)壓緊輪轉(zhuǎn)速是兩個(gè)壓緊輪都檢測(cè)還是只測(cè)一個(gè)，這些都要進(jìn)行分析考慮。通過(guò)對(duì)以上問(wèn)題的研究和指導(dǎo)老師討論后，得出了比較可行的橫向送、收帶機(jī)構(gòu)的方案，如圖2-8所示。 圖2-8 橫向送、收帶機(jī)構(gòu)采取上圖所示的機(jī)構(gòu)方案后，可也看橫向的捆扎帶1和捆扎帶2達(dá)到了同步，并且其驅(qū)動(dòng)電機(jī)也簡(jiǎn)化為一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。由于捆扎帶在送出和收回達(dá)到一致故對(duì)于壓緊輪的測(cè)速可也只測(cè)一條帶上的壓緊輪來(lái)完成橫向的測(cè)試目的。在對(duì)于測(cè)帶完的問(wèn)題上，按理也能通過(guò)只檢測(cè)一條帶上的帶完來(lái)達(dá)到整個(gè)橫向的帶完檢測(cè)目的，但不排除人為更換帶輪及產(chǎn)品帶長(zhǎng)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(jìn)行帶完檢

10、測(cè)，其帶完檢測(cè)和縱向帶完檢測(cè)原理一樣。 凸輪機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)為捆鈔機(jī)的重要機(jī)構(gòu)，完成動(dòng)作最多，要求也多因而傳動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)比較復(fù)雜，考慮的問(wèn)題也相對(duì)會(huì)多點(diǎn)。凸輪機(jī)構(gòu)同樣分為縱向和橫向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。由于縱向和橫向所完成的動(dòng)作是一致的，所以凸輪的結(jié)構(gòu)是一樣的，只是縱向?yàn)橐粭l帶的系列動(dòng)作，橫向?yàn)閮蓷l帶的一系列同步動(dòng)作，故而在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上會(huì)有所區(qū)別。分析凸輪所完成的動(dòng)作有壓帶頭，熱合片的伸入和收回，熱合，剪斷四個(gè)過(guò)程。因而凸輪軸上應(yīng)有4個(gè)凸輪。 縱向凸輪機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)縱向的凸輪機(jī)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(duì)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(dòng)作

11、。對(duì)于凸輪的具體結(jié)構(gòu)后面會(huì)給出方案，現(xiàn)在設(shè)計(jì)其機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案。縱向凸輪機(jī)械機(jī)構(gòu)如圖2-9所示。 圖2-9 縱向凸輪機(jī)構(gòu)對(duì)于分解動(dòng)作完成主要的凸輪安排在圖中凸輪軸上，一級(jí)傳動(dòng)采取齒輪傳動(dòng)，放棄帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方案，帶傳動(dòng)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(dòng)作不到位，影響捆扎質(zhì)量。用齒輪傳動(dòng)前面也分析到由于齒輪間隙的問(wèn)題出現(xiàn)定位誤差，但是可也通過(guò)在齒輪從動(dòng)輪上安裝關(guān)電編碼盤來(lái)對(duì)凸輪軸進(jìn)行定位檢測(cè)，來(lái)減小或避免定位誤差。 橫向凸輪機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)由于橫向凸輪和縱向凸輪完成的動(dòng)作一樣，只是縱向?yàn)橐粭l捆扎帶，只有一個(gè)對(duì)應(yīng)的凸輪機(jī)構(gòu)；而橫向上有兩個(gè)條捆扎帶，故需要與之對(duì)應(yīng)的兩個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)完成每

12、一條捆扎帶的一系列相關(guān)動(dòng)作。在各自捆扎帶上的動(dòng)作要求一致，所以需要凸輪的轉(zhuǎn)位也要達(dá)到一致才能保證這一要求，就需要機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)也最好使用一個(gè)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)2個(gè)凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。最后得出橫向的凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖2-10所示。 圖2-10 橫向凸輪機(jī)構(gòu)在橫向凸輪機(jī)構(gòu)中同樣要解決縱向凸輪機(jī)構(gòu)的相關(guān)問(wèn)題，由于兩個(gè)凸輪采用上圖所示的傳動(dòng)方案，故在凸輪動(dòng)作的一致性上能保持一致。在凸輪定位檢測(cè)上無(wú)需分別對(duì)兩個(gè)凸輪進(jìn)行檢測(cè)，只需對(duì)其中一個(gè)凸輪軸上的同軸齒輪采用編碼盤進(jìn)行轉(zhuǎn)位檢測(cè)即可。 對(duì)應(yīng)凸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在前面已經(jīng)分析到凸輪軸上主都有4個(gè)動(dòng)作的完成，因而對(duì)應(yīng)一般需要4個(gè)凸輪的相關(guān)設(shè)計(jì)。第一步為壓帶凸輪到位對(duì)到

13、位的捆扎帶壓緊，便于收帶的進(jìn)行將捆扎帶收緊；第二步為當(dāng)捆扎帶收緊后送加熱片凸輪到位，將加熱片伸入兩帶間對(duì)捆扎帶進(jìn)行加熱；第三步為當(dāng)加熱完畢夠加熱片收回后熱合壓緊凸輪到位對(duì)捆扎帶進(jìn)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(duì)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(diǎn)。方案一中只有三個(gè)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(gè)主要?jiǎng)幼?，?jiǎn)化了凸輪的結(jié)構(gòu)。將剪斷和熱合壓帶用一個(gè)凸輪來(lái)實(shí)現(xiàn)，該凸輪的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一點(diǎn)，同時(shí)對(duì)于刀口的位

14、置也要確定好。不然會(huì)出現(xiàn)還沒(méi)熱合好就將捆扎帶剪斷的現(xiàn)象，那么捆扎帶會(huì)因?yàn)榧垘诺膹埩Χ估υ鷰缮㈤_(kāi)，導(dǎo)致故障。方案二中按照分工就設(shè)置出4個(gè)凸輪的布局，雖然在凸輪機(jī)構(gòu)上復(fù)雜了一點(diǎn)點(diǎn)，但是凸輪獨(dú)立完成各自的動(dòng)作，單輪處理對(duì)應(yīng)動(dòng)作的性能得到加強(qiáng)，熱合和剪斷分開(kāi)，先熱合后進(jìn)而剪斷捆扎帶，減少了方案一中可能出現(xiàn)問(wèn)題的幾率。最后選定方案二，捆扎帶由送帶機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)帶頭壓帶頂塊的帶道，在經(jīng)過(guò)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(jìn)入繞幣道。帶頭到位后凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)后熱合片收回?zé)岷蠅簬馆喌轿?，帶?dòng)壓塊上移熱合捆

15、扎帶。延時(shí)后剪斷凸輪到位，剪斷塊上移剪斷捆扎帶捆帶完畢。對(duì)于凸輪設(shè)計(jì)采用常用的滾子推桿，因?yàn)橥茥U和凸輪接觸為滾動(dòng)摩擦，不易磨損，傳遞較大的動(dòng)力。帶頭壓緊凸輪設(shè)計(jì)如圖2-13所示圖2-13為壓緊凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)作。捆扎帶送帶到位后，帶頭位于壓帶塊的上方，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)到最大離心距時(shí)即壓塊上升到最高點(diǎn)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(shí)際的機(jī)構(gòu)布局。壓塊中開(kāi)有捆扎帶通道，捆扎帶入帶可穿過(guò)壓塊。在推桿下方附加彈簧后可使推桿和凸輪隨時(shí)緊密接觸保證定位準(zhǔn)確也確保壓幣動(dòng)作的完成。 圖2-13 壓緊凸輪機(jī)構(gòu)剪斷凸輪機(jī)構(gòu)如

16、圖2-14所示 左邊圖示為剪斷凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。此機(jī)構(gòu)的任務(wù)是當(dāng)捆扎帶經(jīng)熱合壓緊后對(duì)捆扎帶進(jìn)行剪斷，便于將捆扎完畢的紙幣取出，從而進(jìn)行下一個(gè)工作的循環(huán)。其設(shè)計(jì)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(guò)且又要對(duì)捆扎帶進(jìn)行剪斷，故在通道口上加了楔形開(kāi)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(duì)運(yùn)動(dòng)而將捆扎帶切斷。圖2-14 剪斷凸輪機(jī)構(gòu)由于熱合片的伸入和收回和其他凸輪的運(yùn)動(dòng)方向并非在同一個(gè)平面上，因而其凸輪機(jī)構(gòu)方案要加入變向的相應(yīng)機(jī)構(gòu)來(lái)處理這一問(wèn)題。經(jīng)分析后得到熱合片凸輪機(jī)構(gòu)如圖2-15所示熱合片凸輪機(jī)構(gòu)主要任務(wù)為當(dāng)捆扎帶完成收帶收緊步驟后，通過(guò)凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)水平滑塊在另一個(gè)平面上移動(dòng)，從而使熱合片伸入到熱合的捆扎帶間，完成對(duì)捆扎帶的加熱工作。 圖 2-15 熱合片凸輪機(jī)構(gòu)當(dāng)延時(shí)時(shí)間到即加熱程度也足夠時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)再次轉(zhuǎn)動(dòng)將熱合片從捆扎帶間收回以便于后面的熱合壓緊動(dòng)作的完成，避免將熱