全自动捆钞机的机械原理方案设计.docx

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全自动捆钞机的机械原理方案设计

捆钞机的机械原理方案设计

机械总体方案设计

首先捆钞机的工作为对各类版本及面额的纸币进行捆扎，也达到便于储存、运输和管理的设备。

捆钞机主要包括部分如2-1图所示。

图2-1捆钞机主要组成部分

1.捆钞机压紧机构：

捆钞机的压紧机构是捆钞机机械设备中比较重要的一个机构，该机构主要完成对送入的大捆纸币进行压币以方便后续的捆扎工作。

2.捆钞机工作区：

该部分为捆钞机工作时的纸币存放地，纸币放在密闭的设备中，被设备进行压紧，送带收带捆扎等一系列工作。

3.捆钞机送收带、凸轮机构：

这两个机构是该设备最主要的机构，捆钞机的主要动作都要靠这两个机构来实现。

送、收带机构为一个机构完成，分纵向和横向送收带机构：

凸轮机构主要完成捆扎带收紧后对捆扎带的热合剪断处理，当然收带前对捆扎带的带头压紧工作也由凸轮机构来完成。

对捆钞机的组成部分了解了后总体大致分析出其机构布局的简单框图，进而便于也后的各部分机械原理的设计。

机构布局框图如图2-2所示。

图2-2机构布局简图

压紧机构设定为采取上压式布局，方便对纸币的压币和松币。

送、收带机构由于分纵向和横向，机构布局为纸币侧向设置。

对于凸轮机构的布局，分析到压紧机构也为上压式，避免机构的复杂位置设计和考虑到整体设备的尺寸大小尽量小型化，故而安排到整体机构下方，采取顶杆上升动作式。

依据初步的机构划分和布局设定开始拟定捆钞机的总体方案，经设计分析出两种机械原理方案。

方案一如图2-3所示，方案二如图2-4所示

图2-3机械方案一

图2-4机械方案二

对分析出的两种方案进行比较，两种方案中主要区别在于压紧机构和凸轮机构的设计上。

指导老师给予分析意见，方案一中压紧机构的布局有利于设备整体体积的减小，但是对于反向同轴丝杆转动时可能发生使两移动快的水平移动不一致，从而导致连杆的上升不一致，致使压板不能良好的压币，并且在检测压币压紧采用特殊材料的压缩通过限位信号来检测，此方案中材料不易选取并且材料受温度影响后压缩量会变化而影响压紧，致使纸币的捆扎效果变差或失败。

检测凸轮机构方案一中采用带轮作为一级传动，在凸轮动作中如果出现打滑现象会造成纸币捆扎时出现一些故障，导致捆币失败。

在方案二中由于其压紧传动机构的设计增加了整体结构的体积，在压紧检测时可能通过限位开关，延时压紧、测被动轮测速方案，方案有待确定。

凸轮传动机构采用齿轮作为一级传动，避免了方案一中带轮打滑的现象，但是由于齿轮的齿隙的存在可能会产生定位误差导致凸轮动作不到位而影响捆钞。

所以方案二中可能需要较好的定位方案从而减小这样误差。

最终分析比较确定方案二作为捆钞机整体的初步设计方案，在后续各部分的机械部分详细设计中解决方案二中所出现的一系列问题。

压币机构方案设计

首先明白压币机构的目的为对纸币压紧。

在压币过程中可能出现的问题，及如何解决这些问题。

由于纸币分不同版本，不同面额，而且还有新旧只分，因而不可能出现压板下压到同一位置时达到纸币压紧。

进而排除了运用限位开关来检测纸币压紧与否的方案。

进一步分析到当纸币压紧后由于都会出现下压板不在下移，丝杆也会不在转动，即带轮的从动轮出现打滑。

此时从动轮的转速理想情况下应为零，但由于实际的各种原因只能在一很小速度附近震动。

分析后可采用编码盘测带轮从动轮转速来检测纸币的压紧与否。

在压币过程中会出现人为的误操作如在无纸币放入时启动了捆钞机时，压板下压由于无纸币的原因，不能使带轮被动轮转速变小，只有在压到工作区纸币底板时才会检测到信号，这样会可能会造成整体设备损坏。

并且在纸币捆扎完毕后压板上升高度也需要限位，就需要在丝杆道中加入上限位和下限位开关来解决这一问题。

详细分析压紧机构的设计及各种问题解决办法后，得出其比较系统的机械和各种检测设计。

其方案如图2-5所示。

图2-5下压机构

上图2-5中丝杆导轨中加入2个限位开关，用以对压板的上下位置进行限位控制。

用关电编码盘对带轮从动轮进行测速给出压紧信号。

对于带轮的预紧力可也通过张紧轮进行调整。

送、收带机构方案设计

纵向送、收带机构方案设计

由于本设计的捆钞机采取三带三点式捆扎，所以在纵向上只捆扎一次，送出的捆扎带也只有一道。

因而机构相对也简单些，其纸币采用三点式捆扎后的效果如图2-6所示。

图2-6三点式捆扎效果

分析送带机构的任务和目的为当纸币压紧后由该机构将捆扎带送入带道中，将捆扎带送到位后，等凸轮压带压紧信号反馈后在进行收带动作，将纸币捆紧。

在送收带中可能出现的问题有：

堵带、送带不到位，带头未压紧而收带，捆扎带完等系列问题。

对于堵带现象可通过带道的设计来减小这一现象出现的几率；带到位和捆扎带收紧检测科由测压紧轮转速来监测，在测速这一方案中和指导老师进行了分析和讨论；捆扎带带完检测可由关电开关来检测，但对于其安装位置的的选择要进行分析。

经过考虑和研究确定纵向送、收带机构如图2-7所示。

图2-7纵向送、收带机构

上图中带轮为捆扎带存放带轮，捆扎带经压紧轮和带轮从动轮间进入带道。

调整压紧轮和带轮从动轮使之能带动捆扎带送收。

捆扎带的送入和收回长度和压紧轮的正反转的周长应该是一致的，当堵带或捆扎带送到位时，捆扎带不能再前进，压紧轮由于相对移动而也近似停转，捆扎带收紧后的情况也和这一样，因而可测压紧轮的转速来检测，但绝对不能测从动轮或电机的转速。

带完检测开关位置安排在带轮和压紧轮之间，因为如果安排在压紧轮之后即使检测到带完信号，但是捆扎带的断代取出比较麻烦，在带轮之前检测到带完信号，由于带尾还在外面很容易取出并更换新的捆扎带。

横带送、收带机构方案设计

由于为三带三点式捆扎，横向方向就要送两条捆扎带，但是原理和纵带原理是一致的。

都是完成对捆扎带的送带和收带动作并且所需注意的问题也和纵向一致。

由于是两条捆扎带，要求应具有同步性。

电机采取两个电机分别驱动还是一个电机通过机械传递来实现，测带完是两条捆扎带上都进行检测还是只检测一条捆扎带，测压紧轮转速是两个压紧轮都检测还是只测一个，这些都要进行分析考虑。

通过对以上问题的研究和指导老师讨论后，得出了比较可行的横向送、收带机构的方案，如图2-8所示。

图2-8横向送、收带机构

采取上图所示的机构方案后，可也看横向的捆扎带1和捆扎带2达到了同步，并且其驱动电机也简化为一个电机驱动。

由于捆扎带在送出和收回达到一致故对于压紧轮的测速可也只测一条带上的压紧轮来完成横向的测试目的。

在对于测带完的问题上，按理也能通过只检测一条带上的带完来达到整个横向的带完检测目的，但不排除人为更换带轮及产品带长尺寸的不一致造成带1和带2带完不一致。

故还是采取两带各自进行带完检测，其带完检测和纵向带完检测原理一样。

凸轮机构方案设计

凸轮机构为捆钞机的重要机构，完成动作最多，要求也多因而传动机构会比较复杂，考虑的问题也相对会多点。

凸轮机构同样分为纵向和横向机构的设计。

由于纵向和横向所完成的动作是一致的，所以凸轮的结构是一样的，只是纵向为一条带的系列动作，横向为两条带的一系列同步动作，故而在传动机构上会有所区别。

分析凸轮所完成的动作有压带头，热合片的伸入和收回，热合，剪断四个过程。

因而凸轮轴上应有4个凸轮。

纵向凸轮机构方案设计

纵向的凸轮机构主要用于完成纸币纵向的捆扎带的相关处理，如在捆扎带送到位后对捆扎带带头压紧，捆扎带收紧后完成捆扎带热合，压紧，剪断等一系列的动作。

对于凸轮的具体结构后面会给出方案，现在设计其机械传动机构的方案。

纵向凸轮机械机构如图2-9所示。

图2-9纵向凸轮机构

对于分解动作完成主要的凸轮安排在图中凸轮轴上，一级传动采取齿轮传动，放弃带传动的设计方案，带传动可能出现带轮打滑现象从而致使凸轮定位不准确造成凸轮动作不到位，影响捆扎质量。

用齿轮传动前面也分析到由于齿轮间隙的问题出现定位误差，但是可也通过在齿轮从动轮上安装关电编码盘来对凸轮轴进行定位检测，来减小或避免定位误差。

横向凸轮机构方案设计

由于横向凸轮和纵向凸轮完成的动作一样，只是纵向为一条捆扎带，只有一个对应的凸轮机构；而横向上有两个条捆扎带，故需要与之对应的两个凸轮机构来完成每一条捆扎带的一系列相关动作。

在各自捆扎带上的动作要求一致，所以需要凸轮的转位也要达到一致才能保证这一要求，就需要机械传动机构的设计，驱动电机也最好使用一个电机来驱动2个凸轮轴的转动。

最后得出横向的凸轮传动机构如图2-10所示。

图2-10横向凸轮机构

在横向凸轮机构中同样要解决纵向凸轮机构的相关问题，由于两个凸轮采用上图所示的传动方案，故在凸轮动作的一致性上能保持一致。

在凸轮定位检测上无需分别对两个凸轮进行检测，只需对其中一个凸轮轴上的同轴齿轮采用编码盘进行转位检测即可。

对应凸轮结构设计

在前面已经分析到凸轮轴上主都有4个动作的完成，因而对应一般需要4个凸轮的相关设计。

第一步为压带凸轮到位对到位的捆扎带压紧，便于收带的进行将捆扎带收紧；第二步为当捆扎带收紧后送加热片凸轮到位，将加热片伸入两带间对捆扎带进行加热；第三步为当加热完毕够加热片收回后热合压紧凸轮到位对捆扎带进行热合；第四步热合完毕，剪带凸轮到位，剪断捆扎带。

纸币捆扎完毕。

对于具体的各凸轮布局经分析得出两种方案。

方案一如图2-11所示。

图2-11凸轮布局方案一

方案二如图2-12所示

图2-12凸轮布局方案二

在给出的两种方案中都有各自的优缺点。

方案一中只有三个凸轮就能完成捆扎带的压带头，送热合片、热合压带、剪断四个主要动作，简化了凸轮的结构。

将剪断和热合压带用一个凸轮来实现，该凸轮的设计和结构要复杂一点，同时对于刀口的位置也要确定好。

不然会出现还没热合好就将捆扎带剪断的现象，那么捆扎带会因为纸币的张力而使捆扎带松散开，导致故障。

方案二中按照分工就设置出4个凸轮的布局，虽然在凸轮机构上复杂了一点点，但是凸轮独立完成各自的动作，单轮处理对应动作的性能得到加强，热合和剪断分开，先热合后进而剪断捆扎带，减少了方案一中可能出现问题的几率。

最后选定方案二，捆扎带由送带机构经过带头压带顶块的带道，在经过剪断顶块的带道，到热合片和热合压头之间，在由引导块带道进入绕币道。

带头到位后凸轮转动首先压带头凸轮到位使压带头快上移压紧带头，收带收紧后热合片凸轮到位热合片到位加热捆扎带，延时后热合片收回热合压带凸轮到位，带动压块上移热合捆扎带。

延时后剪断凸轮到位，剪断块上移剪断捆扎带捆带完毕。

对于凸轮设计采用常用的滚子推杆，因为推杆和凸轮接触为滚动摩擦，不易磨损，传递较大的动力。

带头压紧凸轮设计如图2-13所示

图2-13为压紧凸轮机构的设计方案。

凸轮转动使滚子推杆在竖直方向上升

和下降，推杆和压块刚性连接从而使压块发生一致的动作。

捆扎带送带到位后，带头位于压带块的上方，凸轮转动到最大离心距时即压块上升到最高点致使压紧带头。

当然至于其具体准确的尺寸应考虑实际的机构布局。

压块中开有捆扎带通道，捆扎带入带可穿过压块。

在推杆下方附加弹簧后可使推杆和凸轮随时紧密接触保证定位准确也确保压币动作的完成。

图2-13压紧凸轮机构

剪断凸轮机构如图2-14所示

左边图示为剪断凸轮机构的设计方案。

此机构的任务是当捆扎带经热合压紧后对捆扎带进行剪断，便于将捆扎完毕的纸币取出，从而进行下一个工作的循环。

其设计的主体部分和前面的带头压紧凸轮差不多，只是在捆扎带通道上有差别。

由于要考虑到捆扎带通过且又要对捆扎带进行剪断，故在通道口上加了楔形开口放置切断刀片。

当剪断凸轮到位，

剪断块整体上移由于相对运动而将捆扎带切断。

图2-14剪断凸轮机构

由于热合片的伸入和收回和其他凸轮的运动方向并非在同一个平面上，因而其凸轮机构方案要加入变向的相应机构来处理这一问题。

经分析后得到热合片凸轮机构如图2-15所示

热合片凸轮机构主要任务为当捆扎带完成收带收紧步骤后，