【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 打捆機(jī)已經(jīng)成為目前研究的主要目標(biāo)。因其具有較高的工作效率，且運(yùn)行成本較低，維修較為便利等優(yōu)勢(shì)，使其應(yīng)用更為廣泛。因此論文主要對(duì)以下幾點(diǎn)進(jìn)行論述： 自動(dòng)打捆機(jī)總體。機(jī)械的設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要 部分及對(duì)設(shè)備及儀器進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，根據(jù)其最終實(shí)現(xiàn)的功能及作用，對(duì)設(shè)備的零件等進(jìn)行精細(xì)設(shè)計(jì)，隨后才對(duì)設(shè)備進(jìn)行初步生產(chǎn)和性能測(cè)試等任務(wù)。而本次設(shè)計(jì)則主要根大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 據(jù)其生產(chǎn)的總體框架，分為整體設(shè)計(jì)及部分設(shè)計(jì)，以研制過(guò)程的主要內(nèi)容為目標(biāo)。 旋轉(zhuǎn)夾內(nèi)部裝置設(shè)計(jì)。本文的主要任務(wù)及對(duì)改核心零件進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要作用及操作紙帶，包括對(duì)紙帶進(jìn)行引導(dǎo)和掐斷紙帶。由于在操作過(guò)程中旋轉(zhuǎn)夾裝置的運(yùn)動(dòng)軌跡和方式都有著非常嚴(yán)格的設(shè)定，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，尤其要注意準(zhǔn)確度的達(dá)成。主要對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和結(jié)構(gòu)以及剛度、強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)速以及相關(guān)計(jì)算將會(huì)是設(shè)計(jì) 的緊要部分，其計(jì)算結(jié)果將直接影響設(shè)備的穩(wěn)定性能。而其他對(duì)于機(jī)械機(jī)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度的計(jì)算則處于次要地位，但仍需要對(duì)零件進(jìn)行校核。 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 第 2章 自動(dòng)捆扎機(jī)總體設(shè)計(jì) 自動(dòng)捆扎機(jī)設(shè)計(jì)方案概述 所有 設(shè)備設(shè)計(jì)制造中，其設(shè)計(jì)生產(chǎn)的物品所有的目的就是要方便社會(huì)的日常生產(chǎn)生活，就紙幣的捆扎機(jī)而言，其設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是相同的。因而紙幣捆扎機(jī)的整體設(shè)計(jì)從一開(kāi)始就是以設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性為基礎(chǔ)的，以這兩個(gè)為核心的出發(fā)點(diǎn)，還有確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和安全，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行紙幣打捆機(jī)的制作開(kāi)發(fā) [910]。 經(jīng)過(guò)以上部分的說(shuō)明，可以初步的了解目前紙幣打捆機(jī)的基本工作情況，一般是有打結(jié)式和燙接式。就現(xiàn)階段情況而言，所使用的打結(jié)式打捆機(jī)現(xiàn)在出現(xiàn)的情況比較多，采用的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分比較繁瑣，從而導(dǎo)致了在維修上的困難，帶來(lái)成本方面的增多，工作的效率也不高等等。因此，在這次所研究的機(jī)械就確定為燙接式紙幣打捆機(jī)。 前期基本確定了紙幣打捆的捆扎辦法之后，就要針對(duì)使用目的來(lái)對(duì)機(jī)械的結(jié)構(gòu)上來(lái)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，這里進(jìn)行這部分工作的構(gòu)件有：旋轉(zhuǎn)式的夾緊部件、紙帶驅(qū)動(dòng)動(dòng)力、紙帶加緊帶輪、主要箱體部分、紙帶夾緊部件、控制的基礎(chǔ) 單元和控制基礎(chǔ)單元的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，還有涉及到的各個(gè)電路組成等。 自動(dòng)捆扎機(jī) 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 進(jìn)行機(jī)械部件的設(shè)計(jì)工作是在設(shè)備的整體設(shè)計(jì)上，按照已經(jīng)確認(rèn)后的辦法，設(shè)計(jì)并給出結(jié)構(gòu)方案圖紙，通過(guò)這樣的方式來(lái)體現(xiàn)設(shè)備方便社會(huì)公眾的特點(diǎn)。把設(shè)計(jì)的方案體現(xiàn)成某個(gè)部分的機(jī)構(gòu)或者裝置，在這個(gè)工作中還需要選取部件的材料、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)形狀、確定尺寸、進(jìn)行熱處理模式的選擇，在這個(gè)過(guò)程中嗎、還需要充分考慮部件的加工方式、精度、材料強(qiáng)度等。因此在機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面盡管是設(shè)計(jì)圖紙，在部件的設(shè)計(jì)上不是純粹的圖紙制作，這僅僅是機(jī)械制造中設(shè)計(jì)的語(yǔ)言。 就自動(dòng)捆扎機(jī)的主要設(shè)計(jì)方面而言，其考慮的是設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性以及設(shè)備的方便性，結(jié)合生產(chǎn)成本和實(shí)際的設(shè)計(jì)問(wèn)題來(lái)設(shè)計(jì)。 在這個(gè)裝配圖紙里，能夠一目了然的看到設(shè)備的各個(gè)部分的部件，整體上觀察可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備在部件結(jié)構(gòu)上是較為緊湊的，其一大優(yōu)點(diǎn)就是在一定程度上可以節(jié)省空間，給設(shè)備的使用方帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。但是其也存在一個(gè)缺點(diǎn)就是，在設(shè)備的加工精度方面不是很高，因此，就設(shè)備的整體來(lái)說(shuō)，在這個(gè)的設(shè)計(jì)中都可以達(dá)到初始的設(shè)計(jì)設(shè)想。如圖 21 所示，就是該型號(hào)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 圖 21 自動(dòng)打捆機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 自動(dòng)捆扎機(jī)功能 分析 就單純的自動(dòng)燙接式的打捆機(jī)來(lái)說(shuō)，設(shè)備要進(jìn)行的工作就是要把紙幣捆扎好，但是這就要很多的操作來(lái)一起進(jìn)行，在這次的設(shè)備設(shè)計(jì)中，就進(jìn)行了光電感應(yīng)方面的研究，要在機(jī)械部件設(shè)計(jì)、電子、光學(xué)幾個(gè)方面來(lái)一桶進(jìn)行，因此在設(shè)備中的各個(gè)組成部分之間都聯(lián)系緊密，如果要達(dá)到所有部分間的緊密聯(lián)系還需要單片機(jī)，也就是微電腦技術(shù)方面。通過(guò)這樣的方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化和智能化，讓推廣的設(shè)備可以得到更多消費(fèi)者的認(rèn)可，以此取得更多的經(jīng)濟(jì)效益。 就現(xiàn)階段的設(shè)想，參考發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)技術(shù)，按照社會(huì)大眾的實(shí)際生產(chǎn)需求，把這個(gè)產(chǎn)品設(shè)備的構(gòu)想定位在： 確保穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的讓設(shè)備里的部件更加緊湊一些。采用合理、科學(xué)的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行捆扎的工作。如圖 22 所示，就是自動(dòng)捆扎機(jī)的操作示意圖。 圖 22 自動(dòng)捆扎機(jī)的使用流程圖 放入紙幣 傳感器接受信號(hào) 紙帶控制電機(jī)反應(yīng) 加熱頭及旋轉(zhuǎn)夾控制電機(jī)反應(yīng) 單次捆扎完成 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 在這個(gè)環(huán)節(jié)中，其關(guān)鍵的工作就是要實(shí)現(xiàn)設(shè)備里所有部件的緊密配合。確保構(gòu)件在確定好的時(shí)間和位置上來(lái)工作完成紙幣的打捆，盡可能少的避免錯(cuò)誤，確保打捆工作的進(jìn)行。 自動(dòng)捆扎機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析 設(shè)備中的處理元件發(fā)出信號(hào)到直流電機(jī)上，要讓紙帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制部分在按照正常的工作來(lái)運(yùn)行，研究設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)流程，畫出設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)流程圖， 如圖 23 所示，自動(dòng)捆扎機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)流程圖。 圖 23 自動(dòng)捆扎機(jī)機(jī)械部分工作流程 如上圖所示，自動(dòng)捆扎機(jī)的要設(shè)備內(nèi)的所有部件緊密的聯(lián)系，在設(shè)備的主要部件微處理器上接收到處理信息之后，緊接著在紙帶驅(qū)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行。 在驅(qū)動(dòng)電機(jī)接受的信號(hào)后，紙帶的驅(qū)動(dòng)機(jī)第一步的工作是把紙帶抽緊，在設(shè)備內(nèi)的加熱頭把紙帶進(jìn)行粘合，與此同時(shí)把紙帶切段之后，把紙帶輸送到指定位置，以備之后進(jìn)行紙幣的打捆工作。 在紙帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作里分為 3 個(gè)部分，在微處理器感應(yīng)到輸入信息時(shí)，處理器馬上發(fā)出信號(hào)到紙帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)部件，也就是電機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，這。紙帶 在收緊之后，配有分度均勻的碼盤和感應(yīng)部件，紙帶進(jìn)行動(dòng)作，把該信息發(fā)送到微處理器，之后反饋的信息通過(guò)分析，在紙帶的輸出長(zhǎng)度到合適的長(zhǎng)度時(shí)，就馬上停止了信號(hào)的傳遞，在這個(gè)時(shí)候會(huì)有對(duì)應(yīng)信號(hào)的波動(dòng)，這種誤差的出現(xiàn)在正常的正常運(yùn)轉(zhuǎn)中是在允許范圍內(nèi)的。 紙帶驅(qū)動(dòng)機(jī)的第二個(gè)環(huán)節(jié)，在紙帶到達(dá)合適的長(zhǎng)度范圍時(shí)，設(shè)備的微處理器即刻就會(huì)中止信號(hào)的輸出，在這個(gè)時(shí)間里，紙帶的驅(qū)動(dòng)機(jī)不再接收到電機(jī)控制部件的信號(hào)，在摩擦力的作用下會(huì)中止運(yùn)動(dòng)。 這個(gè)時(shí)候要獨(dú)自看紙帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作過(guò)程，忽略控制單元的電機(jī)工作。在控制單元電機(jī)工作結(jié)束之后，微 處理器就馬上回接收到控制部件，也就是凸輪軸尾部的碼盤與光電感應(yīng)器一起發(fā)出的信息，在微處理器接收到這個(gè)信息之后，朝紙帶驅(qū)動(dòng)機(jī)控制部件發(fā)出信息，這個(gè)時(shí)候的信號(hào)經(jīng)過(guò)紙帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng) 控制單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng) 微處理器 將信號(hào)發(fā)送至兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 微處理器收到信號(hào) 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 控制部件進(jìn)行信號(hào)放大之后到達(dá)紙帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這個(gè)時(shí)候把設(shè)備內(nèi)的紙帶朝放松向進(jìn)行，為之后的紙幣打捆做鋪墊。 研究紙帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)之后，現(xiàn)階段研究十分重要的一步是控制單元電個(gè)機(jī)，這個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)分為 4 個(gè)部分，還有 7 個(gè)小部分。以下進(jìn)一步針對(duì)紙幣的打捆過(guò)程進(jìn)行運(yùn)行研究。 這里的 4 個(gè)部分是：設(shè)備旋轉(zhuǎn)夾進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；設(shè)備紙帶夾運(yùn)轉(zhuǎn)夾緊；加熱頭進(jìn)行粘合切斷；其中的每個(gè)構(gòu)件回到初始位置 。如圖表 21 所示，設(shè)備的工作流程圖以圖表形式標(biāo)出。 表 21 運(yùn)動(dòng)規(guī)律流程表 部 件 流程表 紙 幣 放鈔 捆扎完成拿走鈔票 完成 抽 帶 抽帶 紙帶夾 夾緊 放松并后移 前移歸 位 旋轉(zhuǎn)夾 松開(kāi)紙帶后移 向下運(yùn)動(dòng) 旋轉(zhuǎn)歸 位 加熱頭 向上粘貼紙帶并剪斷 歸位 送 帶 送帶 順 序 1 2 3 4 完成 目前基本 流程都使用圖表的方式展現(xiàn)，通過(guò)這樣的方式可以讓大眾簡(jiǎn)單、清晰的了解設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程。就控制部件驅(qū)動(dòng)電機(jī)而言，這系列的運(yùn)轉(zhuǎn)都是閉環(huán)的，在部件的尾部有雙排的感應(yīng)裝置，這里的所需要 的是進(jìn)行監(jiān)視和過(guò)程控制。作用體現(xiàn)在已下 2 個(gè)部分中，第 1 個(gè)部分是紙帶經(jīng)過(guò)加熱頭的加熱粘貼后，這個(gè)時(shí)候驅(qū)動(dòng)單元的電機(jī)會(huì)中止運(yùn)行，這個(gè)是第 1 個(gè)光電感應(yīng)部件的用處，在東西收好之后，設(shè)備中的所有構(gòu)件回到初始位置，為之后的工作鋪墊，這個(gè)過(guò)程是由第 2 個(gè)光電感應(yīng)器決定，通過(guò)這樣的方式達(dá)到了比較粗糙的閉環(huán)控制，當(dāng)驅(qū)動(dòng)部件的運(yùn)行速度到達(dá)一定時(shí)，在阻力的作用下，設(shè)備的 工作就會(huì)維持在一個(gè)準(zhǔn)確度較好的情況。 凸輪軸強(qiáng)度、剛度校核 微處理器在設(shè)備的控制部件上是重要環(huán)節(jié)，其決定著驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)器的運(yùn)動(dòng)在通過(guò)減速箱的作用后在平穩(wěn)性方面 有了顯著的提高。在設(shè)備里，驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)由凸輪軸所進(jìn)行，其承載著所出現(xiàn)的應(yīng)力，因此就在這里進(jìn)行校核 [11]。 凸輪軸強(qiáng)度計(jì)算與校核 通過(guò)材料力學(xué)的資料得到： 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 60 20*40*512OB*FMo B ???? (21) 憑據(jù)第三強(qiáng)度上的基礎(chǔ)理論： 22ca 4??? ?? (22) 如下： WM?? (23) W2TWTT ??? (24) ca? 為軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為 Mpa； M 為軸所受的彎矩 ， 單位為 Nmm； W為軸的抗彎截面系數(shù)，單位為 mm3。 帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 3 ?? dW ? (25) 最后計(jì)算得到： )( 22 ???? TMca ?? (26) 遵照扭矩強(qiáng)度計(jì)算條件： ? ?TTT d nPWT ?? ???9 5 5 0 (27) LFT ?? (28) NF 512? (29) mmL 45? （凸輪最大處） (210) 其中： T? 為扭轉(zhuǎn)應(yīng)力， MPa； T 為軸所 受的扭矩， Nmm； TW 為軸的抗扭截面系數(shù)， 3mm ； n 為軸的轉(zhuǎn)速， r/min； P 為軸傳遞的功率， kW； ??T? 為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 Mpa。 計(jì)算得 ： 23040T? N mm (211) 軸的最小直徑為： mmd 19? 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 19*.20 23040WT 3TT ???? (212) 由機(jī)械手冊(cè)查得 T? 在 3555 之間，所以 T? 小于許用應(yīng)力，故此設(shè)計(jì)滿足要求 。 凸輪軸的彎曲剛度計(jì)算與校核 最大撓度的計(jì)算公式為：在322 blx ?? 處， ? ?E IlblFb 392322m a x ???? (213) 偏轉(zhuǎn)角 ： ? ?EIL blFabA 6 ???? (214) ? ?EIL alFabB 6 ??? (215) 其中： 512FN? (216) 173E GPa? (217) 凸輪軸近似實(shí)心圓柱： 24* 44 ??? dI ? (218) 代入公式計(jì)算得： ? ? 322 2m a x Fb l b mmEI l??? ? ? ? (219) ? ? 0 .0 0 0 7 56EB F a b l a r a dIL? ??? (220) 由機(jī)械 手冊(cè)得 ， 此軸的彎曲剛度校核合格 。 凸輪軸扭轉(zhuǎn)剛度校核 在材料力學(xué)中，實(shí)心圓柱的扭轉(zhuǎn)角計(jì)算公式為： 180pTGI? ??? (221) 這里： T 為扭矩， 23040T? N mm (222) 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 G 為剪切彈性模量， 10G ??Mpa (223) pI 為軸截面極慣性矩， 32 57232 24* 44 ??? dI P ? (224) 代入上述公式，得： ???/mm (225) 依據(jù)機(jī)械手冊(cè)可以看到，就傳動(dòng)軸方面來(lái)說(shuō)在精度上的要求比較高，這里的扭矩角要比許用扭轉(zhuǎn)角來(lái)得小，所以就確保了扭矩在剛度方面的要求。 本章小結(jié) 本章 是對(duì)自動(dòng)捆扎機(jī)在總體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行的設(shè)計(jì)和研究，針對(duì)打捆機(jī)工作的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行論述，其中對(duì)打捆機(jī)的詳細(xì)功能做了充足介紹；并將打捆機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)，打捆的方式，捆扎帶的選擇等做了充分的解釋和說(shuō)明，打捆機(jī)的傳感器選擇也進(jìn)行了簡(jiǎn)單 介紹，并且對(duì)整個(gè)打捆機(jī)的主要傳動(dòng)裝置，凸輪軸做了強(qiáng)度和剛度校核，從而保證整個(gè)機(jī)構(gòu)平穩(wěn)、順利運(yùn)行 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 第 3章 旋轉(zhuǎn)夾部件設(shè)計(jì) 旋轉(zhuǎn)夾是由幾個(gè)零件通過(guò)軸套、螺栓連接組成的，其中主要有旋轉(zhuǎn)夾保持塊、滑塊和旋轉(zhuǎn)夾夾頭三部分構(gòu)成 。 旋轉(zhuǎn)夾設(shè)計(jì) 對(duì)紙 帶進(jìn)行夾緊、旋轉(zhuǎn)紙帶以此來(lái)完成紙幣的打捆機(jī)械化的工作，這些就是旋轉(zhuǎn)夾夾緊部件的主要內(nèi)容 [1213]。 作為設(shè)備的主體設(shè)備部件，旋轉(zhuǎn)夾夾緊部件的一般作用是對(duì)紙帶來(lái)操作，這里的工作原理是：在初始階段，旋轉(zhuǎn)夾夾緊部件會(huì)把紙帶給夾緊，讓紙帶在設(shè)備里的導(dǎo)軌上確定在適中圓弧，通過(guò)這樣的方式 能夠確保錢按原定的方式進(jìn)入到紙帶打捆的位置。在 紙幣進(jìn)入設(shè)備的檢測(cè)位置時(shí)，紙帶上的卡盤在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，在這個(gè)時(shí)候，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)和向下運(yùn)轉(zhuǎn)。這里的分運(yùn)動(dòng)流程是第一步向后和紙帶進(jìn)行分開(kāi)，然后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過(guò)這樣的過(guò)程是為再次的打捆做鋪墊。在設(shè)備加熱頭和紙帶切斷部件一起運(yùn)轉(zhuǎn)把紙帶切斷，還可以在加熱位置把紙帶進(jìn)行粘合，一系列的過(guò)程就是紙幣打捆的一個(gè)完整過(guò)程。如下圖 3