【文章內容簡介】 數(shù)據(jù)，使設計開始從一個較高的水平，從而有效防止重復設計工作，縮短設計周期。因此，如果使用先前已經(jīng)生成的零件，自底向上的設計方案是首選的。 在自底向上（下 上）的設計模式中，如果各部分都是在模板上單獨設計的，那么就再組裝，配合產(chǎn)生相應的變化，這樣容易發(fā)生的零件之間不匹配的情況以及零件的設計變化。因此，在裝配模塊的虛擬裝配中，組件的幾何結構被引用，而不是復制到程序集。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的。如果修改了一些組件，則引用該組件的部分會 自動更新，從而來反映零件的最新變化。 西京學院本科畢業(yè)設計（論文） 8 圖 自底向上的設計過程 對于這種復雜的機械和電氣一體化的硬幣包裝設備，其各種運動機制，運動軌跡，空間裝配，有非常嚴格的要求。最后研究生在硬幣包裝機的開發(fā)過程中對所傳遞的機械臂軌跡進行確定，是因為在二維計算機輔助設計系統(tǒng)中，不直觀的查看機械臂和干擾問題的體積，一直停留在討論的問題，需要很長的時間，不能全面考慮隨后的裝配，由于時間的限制，仍然無法驗證設計的合理性。 考慮到硬幣包裝機這樣一個復雜的關系運動有嚴格的要求設計任務，面向裝配的設計，采用三維計算機輔助設計系 統(tǒng)作為支撐工具，在設計的早期階段是非常全面的考慮了后續(xù)裝配因素，減少設計更改重復的過程。只有在計算機制造虛擬樣機、虛擬樣機的干涉分析、動態(tài)仿真等仿真實驗中，程序的合理性是很快的，并解決了問題這些問題的瓶頸。 由于設計方法在確定裝配關系時，我們需要反復的嘗試，工作量大，耗時費力。因此本文從“自頂向下”和“自底向上”的設計方法結合起來，首先對二維計算機輔助設計工具開發(fā)的各種組件進行裝配尺寸的示意圖，簡單的確定組件之間的裝配關系，然后根據(jù)現(xiàn)有的零件設計的數(shù)據(jù)，建立虛擬樣機，仿真實驗，采用三維計算西京學院本科畢業(yè)設計（論文） 9 機輔助設計工具，驗 證方案的合理性。該方法的優(yōu)點是，采用并行設計，同時設計零部件的裝配設計，可以減少不必要的設計修改，快速解決設計過程中遇到的各種干擾問題。計算機輔助設計系統(tǒng)的原因是二維計算機輔助設計系統(tǒng)的設計結果不能自動轉換為三維計算機輔助設計系統(tǒng)的模型。 總體技術方案研究 自動機械的最大優(yōu)點是：自動化程度高，生產(chǎn)效率高，勞動強度低。此外，自動機械完成作業(yè)的過程中的動作一般比較多，所以自動機械往往由多個工藝部件進行，結構比較復雜。雖然各種機械的結構和組成也不完全一樣，但基本上它是由四部分組成：驅動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí) 行機構、控制系統(tǒng)。為了實現(xiàn)自動機械的功能，除了上述四個部分，需要添加一些輔助機構，如鑒偽機構、計數(shù)機構等，所以一個完整的自動化程度高的自動硬幣包裝機包含如圖 所示顯示的各種機構。 圖 硬幣包裝機的功能單元圖 自動硬幣包裝機的主要功能是實現(xiàn)硬幣的自動分揀和包裝。清分系統(tǒng)，硬幣以某種方式在儲料斗積累到相應的位置，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，儲幣盤與硬幣存儲斗是相通的。儲幣盤底部設有旋轉圓盤，直接與電機相連，電機旋轉時，離心力使硬幣可以拋到儲水池邊。硬幣存儲盆邊緣和硬幣軌道是相 通的，根據(jù)硬幣的厚度不同，其出口標準也不同，根據(jù)不同硬幣的直徑設置軌道間距，硬幣選擇端口間隙值和軌道的距離可以調整，避免堵塞，從而保證每西京學院本科畢業(yè)設計（論文） 10 只規(guī)定以硬幣的面值達到排列。 經(jīng)加速后的硬幣進入幣道后就會在壓幣帶的帶動下繼續(xù)前移，移動過程中依次通過鑒偽裝置，如果出現(xiàn)假幣會被剔除，然后硬幣就會再經(jīng)過光電傳感器下落，同時計數(shù)器開始記數(shù)，至此硬幣被分揀、鑒偽、計數(shù)完畢。 在分析了上述硬幣自動包裝機的功能和原理的基礎上，對華北電力大學在 2021年開發(fā)了一種包裝技術方案，并對其相應的機制進行了分析。機體的基本組成部分是模塊化設計 ，裝配在設備的機架上。如圖 ，其包卷，送料，密封模塊主要包括硬幣包裝計數(shù)和進給機構，卷紙，紙部件的機制、引導機制、硬幣卷封機構，該機構水平安裝在機架上，硬幣計數(shù)包裝位于機架一側的軌道交通車送料機構，沿側移動投幣下實現(xiàn)硬幣自動進給。 圖 成卷硬幣包裝的機機構布局圖 為開發(fā)一個功能、合理、自動化程度高的硬幣自動包裝機，以前的研究人員在這項研究的基礎上，對防偽技術和防偽裝置進行了討論，并完成了初步的硬幣自動包 裝機零件結構功能的規(guī)劃和初步設計。 通過對上述機構和水平布局包設計裝機的分析，可以發(fā)現(xiàn)，這個裝置是用于專門用途，不符合一般零散硬幣處理過程。通過查閱相關資料在原有的設計設計基礎上做了如下的創(chuàng)新：增加排序計數(shù)功能，可以實現(xiàn)對混合硬幣的計數(shù)，同時可以鑒別偽幣；將水平布局更改為垂直布局，同時調整操作方式，將水平包裝調整為垂直包裝。保持調節(jié)凸輪機構之間的距離，但擺脫復雜的結構，容易的故障運輸車。這樣設計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。 西京學院本科畢業(yè)設計（論文） 11 3 機械系統(tǒng)各部分的詳細 設計 進幣機構 進幣機構的總體設計 硬幣的進料機構是將混合的硬幣分為一系列的硬幣，便于分選機構進行分選。現(xiàn)有的貨幣進幣機構設計包括三個：一、使用輸送帶和硬幣容器之間的差距，實現(xiàn)硬幣分離；二、利用傾斜帶有凹槽的轉盤穿過硬幣堆；三、利用離心力的原則，將硬幣分開。由于輸送帶的結構設計復雜，不適合小型機械的需要，傾斜工作臺與分選機構之間的界面設計復雜，因此采用離心力的原理。如圖 所示，硬幣疊放在進幣盤中，在重力作用下落在分幣盤上，分幣盤旋轉離心力，促使硬幣硬幣入筒。將硬幣的分揀能力設計在 能夠容納 500 個硬幣，以提高分類效率。一元硬幣是出現(xiàn)頻率最高的，所以通過它的體積來估算。進幣盤為倒圓臺型設計，根據(jù)經(jīng)驗和實驗結果設置為 300。代入公式計算如下 ： 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，在墻壁上的滑動板上，滑動至分幣盤。硬分幣盤和進幣盤之間設計有 3mm 的間隙，以確保在任何情況下 硬幣只能通過一枚，防止卡死現(xiàn)象。在摩擦力和離心力作用下，將硬幣移動到分幣盤的附近，通過兩端的各個缺口進入硬幣筒。硬幣管的功能是暫時把分離的硬幣存放起來，硬幣再利用重力的作用，形成一個縱向陣列。 圖 分幣盤的轉速計算 分幣盤與進幣盤的相對偏心是 。這樣做是為了防止硬幣掉落在旋轉中心內，由于周圍的離心力是相等的，因此不能運行到圓周上實現(xiàn)分離。通過對硬幣的西京學院本科畢業(yè)設計（論文） 12 受力進行了分析，對比查閱機械設計手冊，從而確定鋁合金片的摩擦系數(shù)。通過參考了機械設計手冊，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)更大的值來估計的。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 ，所以同樣鋁對黃銅摩擦系數(shù)為 來計算。如圖 所示，如果離心力 F 大于摩擦力 f 的時候，那么硬幣產(chǎn)生了滑動，故而實現(xiàn)了一一分離。通過查閱資料得公式如下： mgGf ?? ?? 22 ?mrrmVF ?? 聯(lián)立兩式可得 : mgfmrF ?? ?? ＞2 0/ ＞＞ rg??? () 因為硬幣半徑都各不相同，因此他們的摩擦因數(shù)也會不同，所以不同種類硬幣的計算如表 所示。通過算可以知道，需要的最大轉速是 168r/min，并且這個值是很容易達到的，取整值，得到分幣盤的轉速為每分鐘 200 轉。 表 不同的硬幣對應的轉速計算 西京學院本科畢業(yè)設計（論文） 13 圖 進幣盤工藝性改進設計及應用 最初的進幣盤設計如圖 所示，為薄壁形圓臺結構，首先不好與其他零件安裝，其次加工時不好裝夾，第三，薄壁在加工時可能承受較大的切削力而變形。因此將其改進成如圖 所示的增加了后邊的結構，這樣不僅便于安裝和裝夾，強度也得到了增強。利用 cosmos 插件對兩者進行有限元分析，可以得到圖 和圖 所示的結果。此零件設計為鋁合金制造，因銅含量最高，所以選用 2021 號鋁進行仿真。將小圓內表面固定，對反面的圓臺面施加 l 0N 的力之后的到了兩者的 應力范圍。改進前為 +003N/ 2m 到 +004 N/m2，而改進后則減少為 a+003N/ 2m 到 e+004 N/ 2m 。由此可以證明改進后的進幣盤可以承受更大的切削力。按照此結論對之后的零件進行改良設計，以滿足加工工藝性要求。 圖 進幣盤改進 西京學院本科畢業(yè)設計（論文） 14 圖 進幣盤改進后 圖 改進前的應力圖 西京學院本科畢業(yè)設計（論文） 15 圖 改進后的應力 圖 分揀機構 分揀機構的總體設計 硬幣分揀機構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、盤和磁盤排序三個組成部。上蓋板的作用是保證硬幣在旋轉過程中不會飛出軌道：分選盤的作用是為硬幣機產(chǎn)生驅動力，從而使硬幣分選板下沿圓周運動；分選盤是硬幣進入下一個機構的主要部件。它也是與假幣分離機構連接的一個機構。它分類原則是通 過硬幣直徑的不同