【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)據(jù)，使設(shè)計(jì)開(kāi)始從一個(gè)較高的水平，從而有效防止重復(fù)設(shè)計(jì)工作，縮短設(shè)計(jì)周期。因此，如果使用先前已經(jīng)生成的零件，自底向上的設(shè)計(jì)方案是首選的。 在自底向上（下 上）的設(shè)計(jì)模式中，如果各部分都是在模板上單獨(dú)設(shè)計(jì)的，那么就再組裝，配合產(chǎn)生相應(yīng)的變化，這樣容易發(fā)生的零件之間不匹配的情況以及零件的設(shè)計(jì)變化。因此，在裝配模塊的虛擬裝配中，組件的幾何結(jié)構(gòu)被引用，而不是復(fù)制到程序集。不管是如何編輯零件，在編輯部件的地方，裝配組件仍然是相關(guān)的。如果修改了一些組件，則引用該組件的部分會(huì) 自動(dòng)更新，從而來(lái)反映零件的最新變化。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 自底向上的設(shè)計(jì)過(guò)程 對(duì)于這種復(fù)雜的機(jī)械和電氣一體化的硬幣包裝設(shè)備，其各種運(yùn)動(dòng)機(jī)制，運(yùn)動(dòng)軌跡，空間裝配，有非常嚴(yán)格的要求。最后研究生在硬幣包裝機(jī)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)所傳遞的機(jī)械臂軌跡進(jìn)行確定，是因?yàn)樵诙S計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，不直觀的查看機(jī)械臂和干擾問(wèn)題的體積，一直停留在討論的問(wèn)題，需要很長(zhǎng)的時(shí)間，不能全面考慮隨后的裝配，由于時(shí)間的限制，仍然無(wú)法驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。 考慮到硬幣包裝機(jī)這樣一個(gè)復(fù)雜的關(guān)系運(yùn)動(dòng)有嚴(yán)格的要求設(shè)計(jì)任務(wù)，面向裝配的設(shè)計(jì)，采用三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系 統(tǒng)作為支撐工具，在設(shè)計(jì)的早期階段是非常全面的考慮了后續(xù)裝配因素，減少設(shè)計(jì)更改重復(fù)的過(guò)程。只有在計(jì)算機(jī)制造虛擬樣機(jī)、虛擬樣機(jī)的干涉分析、動(dòng)態(tài)仿真等仿真實(shí)驗(yàn)中，程序的合理性是很快的，并解決了問(wèn)題這些問(wèn)題的瓶頸。 由于設(shè)計(jì)方法在確定裝配關(guān)系時(shí)，我們需要反復(fù)的嘗試，工作量大，耗時(shí)費(fèi)力。因此本文從“自頂向下”和“自底向上”的設(shè)計(jì)方法結(jié)合起來(lái)，首先對(duì)二維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具開(kāi)發(fā)的各種組件進(jìn)行裝配尺寸的示意圖，簡(jiǎn)單的確定組件之間的裝配關(guān)系，然后根據(jù)現(xiàn)有的零件設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，建立虛擬樣機(jī)，仿真實(shí)驗(yàn)，采用三維計(jì)算西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，驗(yàn) 證方案的合理性。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，采用并行設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)計(jì)零部件的裝配設(shè)計(jì)，可以減少不必要的設(shè)計(jì)修改，快速解決設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的各種干擾問(wèn)題。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原因是二維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果不能自動(dòng)轉(zhuǎn)換為三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的模型。 總體技術(shù)方案研究 自動(dòng)機(jī)械的最大優(yōu)點(diǎn)是：自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。此外，自動(dòng)機(jī)械完成作業(yè)的過(guò)程中的動(dòng)作一般比較多，所以自動(dòng)機(jī)械往往由多個(gè)工藝部件進(jìn)行，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。雖然各種機(jī)械的結(jié)構(gòu)和組成也不完全一樣，但基本上它是由四部分組成：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí) 行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)機(jī)械的功能，除了上述四個(gè)部分，需要添加一些輔助機(jī)構(gòu)，如鑒偽機(jī)構(gòu)、計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)等，所以一個(gè)完整的自動(dòng)化程度高的自動(dòng)硬幣包裝機(jī)包含如圖 所示顯示的各種機(jī)構(gòu)。 圖 硬幣包裝機(jī)的功能單元圖 自動(dòng)硬幣包裝機(jī)的主要功能是實(shí)現(xiàn)硬幣的自動(dòng)分揀和包裝。清分系統(tǒng)，硬幣以某種方式在儲(chǔ)料斗積累到相應(yīng)的位置，讓所有雜亂的硬幣沿著一定的方向，根據(jù)硬幣的形狀特征，儲(chǔ)幣盤(pán)與硬幣存儲(chǔ)斗是相通的。儲(chǔ)幣盤(pán)底部設(shè)有旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，直接與電機(jī)相連，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力使硬幣可以拋到儲(chǔ)水池邊。硬幣存儲(chǔ)盆邊緣和硬幣軌道是相 通的，根據(jù)硬幣的厚度不同，其出口標(biāo)準(zhǔn)也不同，根據(jù)不同硬幣的直徑設(shè)置軌道間距，硬幣選擇端口間隙值和軌道的距離可以調(diào)整，避免堵塞，從而保證每西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 只規(guī)定以硬幣的面值達(dá)到排列。 經(jīng)加速后的硬幣進(jìn)入幣道后就會(huì)在壓幣帶的帶動(dòng)下繼續(xù)前移，移動(dòng)過(guò)程中依次通過(guò)鑒偽裝置，如果出現(xiàn)假幣會(huì)被剔除，然后硬幣就會(huì)再經(jīng)過(guò)光電傳感器下落，同時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始記數(shù)，至此硬幣被分揀、鑒偽、計(jì)數(shù)完畢。 在分析了上述硬幣自動(dòng)包裝機(jī)的功能和原理的基礎(chǔ)上，對(duì)華北電力大學(xué)在 2021年開(kāi)發(fā)了一種包裝技術(shù)方案，并對(duì)其相應(yīng)的機(jī)制進(jìn)行了分析。機(jī)體的基本組成部分是模塊化設(shè)計(jì) ，裝配在設(shè)備的機(jī)架上。如圖 ，其包卷，送料，密封模塊主要包括硬幣包裝計(jì)數(shù)和進(jìn)給機(jī)構(gòu)，卷紙，紙部件的機(jī)制、引導(dǎo)機(jī)制、硬幣卷封機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)水平安裝在機(jī)架上，硬幣計(jì)數(shù)包裝位于機(jī)架一側(cè)的軌道交通車送料機(jī)構(gòu)，沿側(cè)移動(dòng)投幣下實(shí)現(xiàn)硬幣自動(dòng)進(jìn)給。 圖 成卷硬幣包裝的機(jī)機(jī)構(gòu)布局圖 為開(kāi)發(fā)一個(gè)功能、合理、自動(dòng)化程度高的硬幣自動(dòng)包裝機(jī)，以前的研究人員在這項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)防偽技術(shù)和防偽裝置進(jìn)行了討論，并完成了初步的硬幣自動(dòng)包 裝機(jī)零件結(jié)構(gòu)功能的規(guī)劃和初步設(shè)計(jì)。 通過(guò)對(duì)上述機(jī)構(gòu)和水平布局包設(shè)計(jì)裝機(jī)的分析，可以發(fā)現(xiàn)，這個(gè)裝置是用于專門(mén)用途，不符合一般零散硬幣處理過(guò)程。通過(guò)查閱相關(guān)資料在原有的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上做了如下的創(chuàng)新：增加排序計(jì)數(shù)功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)混合硬幣的計(jì)數(shù)，同時(shí)可以鑒別偽幣；將水平布局更改為垂直布局，同時(shí)調(diào)整操作方式，將水平包裝調(diào)整為垂直包裝。保持調(diào)節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)之間的距離，但擺脫復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，容易的故障運(yùn)輸車。這樣設(shè)計(jì)可以讓空間使用率更大，從而降低了整體體積，排除大量的繁瑣的步驟，讓操作者更容易上手。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 3 機(jī)械系統(tǒng)各部分的詳細(xì) 設(shè)計(jì) 進(jìn)幣機(jī)構(gòu) 進(jìn)幣機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì) 硬幣的進(jìn)料機(jī)構(gòu)是將混合的硬幣分為一系列的硬幣，便于分選機(jī)構(gòu)進(jìn)行分選?，F(xiàn)有的貨幣進(jìn)幣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)包括三個(gè)：一、使用輸送帶和硬幣容器之間的差距，實(shí)現(xiàn)硬幣分離；二、利用傾斜帶有凹槽的轉(zhuǎn)盤(pán)穿過(guò)硬幣堆；三、利用離心力的原則，將硬幣分開(kāi)。由于輸送帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，不適合小型機(jī)械的需要，傾斜工作臺(tái)與分選機(jī)構(gòu)之間的界面設(shè)計(jì)復(fù)雜，因此采用離心力的原理。如圖 所示，硬幣疊放在進(jìn)幣盤(pán)中，在重力作用下落在分幣盤(pán)上，分幣盤(pán)旋轉(zhuǎn)離心力，促使硬幣硬幣入筒。將硬幣的分揀能力設(shè)計(jì)在 能夠容納 500 個(gè)硬幣，以提高分類效率。一元硬幣是出現(xiàn)頻率最高的，所以通過(guò)它的體積來(lái)估算。進(jìn)幣盤(pán)為倒圓臺(tái)型設(shè)計(jì)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)置為 300。代入公式計(jì)算如下 ： 321 0 7 mmhrV ?? π元 ? ? ? ? 元π 122 5002532532531 VHHHV ??????? ????? 解得方程為 H，圓整取 h=40。另一則是將硬幣堆疊，在它自身的重力作用下，在墻壁上的滑動(dòng)板上，滑動(dòng)至分幣盤(pán)。硬分幣盤(pán)和進(jìn)幣盤(pán)之間設(shè)計(jì)有 3mm 的間隙，以確保在任何情況下 硬幣只能通過(guò)一枚，防止卡死現(xiàn)象。在摩擦力和離心力作用下，將硬幣移動(dòng)到分幣盤(pán)的附近，通過(guò)兩端的各個(gè)缺口進(jìn)入硬幣筒。硬幣管的功能是暫時(shí)把分離的硬幣存放起來(lái)，硬幣再利用重力的作用，形成一個(gè)縱向陣列。 圖 分幣盤(pán)的轉(zhuǎn)速計(jì)算 分幣盤(pán)與進(jìn)幣盤(pán)的相對(duì)偏心是 。這樣做是為了防止硬幣掉落在旋轉(zhuǎn)中心內(nèi)，由于周圍的離心力是相等的，因此不能運(yùn)行到圓周上實(shí)現(xiàn)分離。通過(guò)對(duì)硬幣的西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 受力進(jìn)行了分析，對(duì)比查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，從而確定鋁合金片的摩擦系數(shù)。通過(guò)參考了機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，知道硬幣在手上的摩擦系數(shù)是不 完全的，所以一些材料之間的摩擦系數(shù)是根據(jù)更大的值來(lái)估計(jì)的。舊版 1 角和一些新版本的硬幣是鋁鎂合金材料，而這兩種 1 元的硬幣使用的材料都是的鎳鍍層鋼芯，在 2 種材料前，鋁對(duì)鋼的摩擦系數(shù)為 ；剩下的一角硬幣為不銹鋼，鋼的鋁摩擦系數(shù)為 ，舊版本 5 角合金的銅摩擦系數(shù)為 ，所以同樣鋁對(duì)黃銅摩擦系數(shù)為 來(lái)計(jì)算。如圖 所示，如果離心力 F 大于摩擦力 f 的時(shí)候，那么硬幣產(chǎn)生了滑動(dòng)，故而實(shí)現(xiàn)了一一分離。通過(guò)查閱資料得公式如下： mgGf ?? ?? 22 ?mrrmVF ?? 聯(lián)立兩式可得 : mgfmrF ?? ?? ＞2 0/ ＞＞ rg??? () 因?yàn)橛矌虐霃蕉几鞑幌嗤?，因此他們的摩擦因?shù)也會(huì)不同，所以不同種類硬幣的計(jì)算如表 所示。通過(guò)算可以知道，需要的最大轉(zhuǎn)速是 168r/min，并且這個(gè)值是很容易達(dá)到的，取整值，得到分幣盤(pán)的轉(zhuǎn)速為每分鐘 200 轉(zhuǎn)。 表 不同的硬幣對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速計(jì)算 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 進(jìn)幣盤(pán)工藝性改進(jìn)設(shè)計(jì)及應(yīng)用 最初的進(jìn)幣盤(pán)設(shè)計(jì)如圖 所示，為薄壁形圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，首先不好與其他零件安裝，其次加工時(shí)不好裝夾，第三，薄壁在加工時(shí)可能承受較大的切削力而變形。因此將其改進(jìn)成如圖 所示的增加了后邊的結(jié)構(gòu)，這樣不僅便于安裝和裝夾，強(qiáng)度也得到了增強(qiáng)。利用 cosmos 插件對(duì)兩者進(jìn)行有限元分析，可以得到圖 和圖 所示的結(jié)果。此零件設(shè)計(jì)為鋁合金制造，因銅含量最高，所以選用 2021 號(hào)鋁進(jìn)行仿真。將小圓內(nèi)表面固定，對(duì)反面的圓臺(tái)面施加 l 0N 的力之后的到了兩者的 應(yīng)力范圍。改進(jìn)前為 +003N/ 2m 到 +004 N/m2，而改進(jìn)后則減少為 a+003N/ 2m 到 e+004 N/ 2m 。由此可以證明改進(jìn)后的進(jìn)幣盤(pán)可以承受更大的切削力。按照此結(jié)論對(duì)之后的零件進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，以滿足加工工藝性要求。 圖 進(jìn)幣盤(pán)改進(jìn) 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 進(jìn)幣盤(pán)改進(jìn)后 圖 改進(jìn)前的應(yīng)力圖 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 改進(jìn)后的應(yīng)力 圖 分揀機(jī)構(gòu) 分揀機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì) 硬幣分揀機(jī)構(gòu)的主要主要作用是完成渦流傳感器，以確定真正的貨幣類型的分辨率和分為不同類型的硬幣軌道。如圖 ，包含了上蓋板、盤(pán)和磁盤(pán)排序三個(gè)組成部。上蓋板的作用是保證硬幣在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不會(huì)飛出軌道：分選盤(pán)的作用是為硬幣機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，從而使硬幣分選板下沿圓周運(yùn)動(dòng)；分選盤(pán)是硬幣進(jìn)入下一個(gè)機(jī)構(gòu)的主要部件。它也是與假幣分離機(jī)構(gòu)連接的一個(gè)機(jī)構(gòu)。它分類原則是通 過(guò)硬幣直徑的不同