存折翻页机的传动设计论文.docx

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存折翻页机的传动设计论文

摘要

存折翻页机是用来对制造好的存折通过拍照处理进行翻页检查，并将完好的存折集中，而不合格产品则将单独放置。

这一过程，大大减轻了人工逐一翻页检查的劳动量，减少了存折检查的时间，大幅度的提高了存折翻页检查的效率。

本次翻页机的设计，主要利用气压原理，通过真空将纸张吸附起来，再由悬臂装置翻开，翻完后后再次压平，以用来拍照，将所拍的照片传送到计算机，分析处理，鉴定其是否符合要求。

而本次存折翻页机的设计是一次伟大尝试，或许存在许多不足，但类似翻页的机械设备早已在市场出现，因此可以借鉴在市场上已经流行的翻页原理，然后设计出翻页机高效率的传动机构，尽量设计出比较完善的存折翻页机。

该设计方案要求创新，高效，稳定，设计时也应从这几方面入手。

设计时可借助CAD，UG等计算机辅助软件，提高设计效率。

关键词：

翻页机；效率；计算机辅助软件

ABSTRACT

Thepassbooksnextmachineisusedtogoodmanufacturingpassbookbycameraprocessingtoturnthepagecheckandintactpassbookconcentratedsubstandardproductswillbeplacedseparately.Thisprocess,greatlyreducingtheamountoflabordoingonebyoneflipcheck,toreducethepassbookchecktime,andgreatlyimprovetheefficiencyofthepassbookflipcheck.Thedesignofthenextpage,themainprincipleoftheuseofairpressure,vacuumadsorptionpaper,re-openedbythecantileverdevice,flattenitagainaftertheturn,usedtotakepictures,sendthephotographstothecomputeranalysisprocessing,identifiedtomeettherequirements.Thedesignofthethepassbookflipmachineisagreatattempt,perhapstherearemanyshortcomings,butsimilartotheflipmachineryandequipmentalreadyinthemarket,soyoucanlearnfromthenextprinciplehasbeenpopularinthemarket,andthendesignthenextpagethehighefficiencyofthetransmissionmechanism,trytodesignapassbookpageturningmachine.Thedesignrequiresinnovative,efficient,stable,theseareasshouldalsobedesignedtostart.WithCAD,UG,suchascomputer-aidedsoftwaredesign,improvedesignefficiency.

Keywords:

flipmachine；efficiency；computer-aidedsoftware

1绪论

1.1本课题的研究内容和意义

随着国家经济的迅速发展，人民生活水品的不断提高，广大群众收入不断提高，为使收入财产更加安全，银行存款无疑成为了人们的选择。

面对越来越多的存款，存折数量需求的不断增加，存折检查的自动化处理成为了新的研究课题。

本课题来源于生产实际，按照公司的要求，完成存折翻页机机的设计，并能满足生产实际的需求。

本课题紧密结合生产实际的课题，对学生了解和掌握翻页原理、翻页过程，提高工程设计和解决实际问题的能力，具有很重要的意义。

目前，市场上的翻页机设备品种不是很多，而且设备不够完善，工作效率低，噪声大，本次设计的存折翻页机会对以上问题做大量的改善。

光阴荏苒，短暂的大学时光就要过去。

在这几年的学习生涯中，我不仅学到了重要的专业的知识，同时也提高了自己的学习能力。

但是，那些大多是书本上的理论知识，和实际任然有很大差距。

通过这次的毕业设计，我可以检验自己所学的专业知识以及如何将理论知识与实际相结合的能力。

毕业设计是大学四年最关键的一个教育环节，在这次毕业设计中，我要能够灵活、系统地运用所学知识，提高自己分析问题、解决问题的能力，培养认真、严谨的学习作风和吃苦耐劳、一丝不苟、严谨的治学态度。

同时，也使自己更加熟练的掌握如何查阅国内为有关的技术资料和文献，从中学会调查、收集、整理比较有价值的资料，在保留同类产品优点的同时，运用新技术、新工艺、新资料、新材料、大胆创新，以弥补同类产品的不足之处，使产品趋于更合理、更先进、更优化、更具有使用价值和良好的经济效益。

1.2国内外的发展概况

从设备的创意上来说，翻页机的出现，主要是由于随着时代的进步和科技的发展，人们开始意识到自动化的设备可以大大节省由人工工作所需的要的劳动量，别且可以提高工作效率。

许多行业都需要用到纸张，纸张多为发票，文件等，有时需要对它们作检查，这时便需要工作人员一一去点清，工作枯燥乏味。

并且容易发生错误。

此类现象实为常见，但要解决类似于翻页检查这样的工作时，便开始涉足自动翻页机的发明。

目前国内关于翻页机的设备不是很多，日本对此项目的研究较多，但目前其研究方向多为对书籍的翻页，速度较慢，与本次设计的要求不同；本次翻页机的设计要求可以在较短的时间内对存折进行检查翻页，并将合格与不合格的产品分类摆放，以减轻人工的劳动量，并提高存折翻页检查的工作效率。

翻页计有利用黏性材料进行翻页的也有利用气压进行翻页的，后者居多。

黏性材料翻页不稳定，而且需要不停更换材料，工作检查费时，不宜采用。

国内有关利用真空气压作业的行业较多，许多部门可以涉及翻页机制造，所以，翻页机的制造有很大的发展空间。

1.3本课题应达到的要求

确定设计方案；电机类型及功率的确定；传动底板尺寸的确定；气压吸盘压力大小的确定。

完成整机的三维设计、主要部件的组装图、重要零件的工程图、相关参数的优化。

此次设计为一项发明，所以对所完成的设计最好能够做成实体或者进行仿真，以检查是否可以投入生产使用。

2总体方案设计

2.1主要组成结构

1．电机12.储料箱3.毛刷4.压平装置5.照相机6.电机27.电机38.落料箱9.电机4

图2.1翻页机主要组成机构

存折翻页机用于对新印刷装订好的存折进行逐页检查。

该产品可以大大减少工作人员对新存折的检查工作所需的劳动时间，工作过程稳定可靠。

该设备主要组成部分有：

储存系统，翻页系统，传动系统，拍照检查系统，警报系统，压料系统。

2.2主要技术参数

表2-1主要技术参数

项目

参数

生产率（本/min）

10

储料箱（mm）

126x78x100

推板（mm）

124x104

床身（mm）

160x126

项目

参数

步进电机2转速（r/min）

120

步进电机3转速（r/min）

300

步进电机4转速（r/min）

300

吸盘尺寸（mm）

Ф20

机架尺寸（mm）

320x126x160

2.3工作原理与工作过程概述

（1）翻页准备工作：

推出压紧将叠好的存折整齐的放在储料箱中，然后由推出机构将存折逐一推出，推出后，复位，之后曲柄摇杆停止运动，等待存折的翻页拍照送出等工作过程结束，再进行下一轮运动；在存折被推出到初始翻页位置时，在储料箱出口附近设有压紧装置，对刚刚送出的存折进行压紧，而压紧装置的另一个作用就是在翻页时，防止存折的纸张重叠，一次性翻了两张，甚至更多张。

（2）翻页主要工作：

翻页压平并拍照当存折被推出压紧后，翻页过程便开始进行。

首先由摆杆带动吸盘对存折封面进行吸附，当存折被吸劳后摇杆便开始摆动，吸盘也会带着存折封面随摆杆一起摆动，当存折被翻过90度以上后，存折上方的压平装置便开始运动（由于是新存折，纸质较硬，翻页后纸张会出现拱状），压平装置向下运动，会将刚刚完成翻页后的新面压平；此时，照相机工作，对刚刚翻页成功的存折进行拍照，并将照片传送到计算机，进行智能检查并记录，后进行下一轮翻页工作，直至达到翻页次数要求。

（3）翻页结束整理：

产品的分类对刚刚结束翻页的存折，计算机已经做了检查记录工作，如是合格产品，会被送至合格产品落料箱中，如是不合格产品，会被放置到不合格产品落料箱中。

以上为翻页机的工作过程，待前一本存折翻页结束后，推出机构的曲柄摇杆再次工作，翻页过程便再次进行，以此重复，不断进行。

3翻页机推出机构的工作原理

3.1存折翻页机推出过程

图3.1存折推板示意图

翻页机将存折推出的过程：

此过程通过曲柄摇杆机构的工作原理[1]，通过曲柄AB绕A点做旋转运动，由B点带动BC做摇摆运动，继而带动存折推板做简单的往复运动。

在存折推板往复过程中，最下面一本存折被推出后。

其他存折由于重力作用不断往下压，当存折推板推到极限最远位置时，新的存折又会落到最下面，此后曲柄再次运动时，新的存折又会被推出。

重复以上运动，这便是翻页机推出机构的工作原理。

在一本存折被推出后，由于存折在后期需要进行翻页拍照，分类等工作，因此，完成一次推出后需要停顿一定时间，此时我们选择步进电机做动力装置，对电机的旋转角度有较高要求。

步进电机可以较为准确地控制电机停顿的时机，能够准确停顿即能保证存折被推出后的其他工作的正常进行。

3.2翻页机推出机构工作分析

（1）尺寸分析[11]

目前市场上的存折均有规定的尺寸，为124x76mm，因此在设计曲柄AB时应注意曲柄长度的合理性，要使曲柄可以在通过一周旋转的工作后完成推出，复位两项工作，所以曲柄AB的长度应为存折宽度的一半，但由于存折放置在储存箱中留有间隙，在设计时选择预留间隙为2mm，所以曲柄所需长度为39mm。

图3.2存折推板受力分析图

（2）应力，疲劳强度分析[1]

实验测量得知，推动叠在一起的50本存折的最下方的一本存折所需外力大小最大约为5N，在推动过程中，假设推动存折所需的外力大小不变，由此计算各应力及疲劳强度：

如图3-2，当曲柄AB与水平面垂直，即角a为90度时，弯曲应力最大

（3.1）

δ——AB杆的弯曲应力，MPa，

M——AB杆所受的弯矩，N·mm，

W——AB杆的抗弯截面系数，mm³，

（3.2）

=5×41=205N·mm

（3.3）

=2.7mm³

=

=74.2×10³N·m²<[δ]

[δ]=128MPa许用弯曲应力为128MPa。

由此可见，弯曲应力对曲柄的影响很小，可以忽略。

由于推出过程是一个不断重复的过程，并且曲柄所受的弯曲应力为对称循环，所以根据疲劳强度的计算公式：

N1=N2（δ-1/δ1）

45钢经过调质后的性能为：

δ=307MPa，m=9，N0=5×10^6

以对称循环变应力δ1=72.2×10³N·m²计算，可得N2=384×10^33。

由此可见，推出机构的强度完全足够。

不必考虑强度不足的问题。

实际需要的曲柄长度只需要39mm，但由于考虑存折放置在储料箱中需要有一定的间隙[5]，此处我们留1mm，另外需要将存折多推出除了向外面2mm左右，所以一共要将存折多推出5mm左右，所以取曲柄41mm。

3.3翻页机推出机构电机的选择

推出机构并不是时刻都在工作，在完成一次推出后，当推板复位时，需要进行等待，所以此时电机应停止工作，此处，要求曲柄摇杆进行精确的360度旋转，为达到位置精度的要求，我们选择步进电机，由于步进电机能够精确的控制工作量的大小，所以此处选择步进电机是最为合理的[5]。

3.3.1步进电机规格的选择

步进电机的选择，应将3.2的受力分析，及引的电动机功率选择分析综合起来考虑。

由估算，推动存折所需的力为5N，根据要求需要在0.5秒内推出，路程为78mm，则可得计算功率[2]：

（3.4）

=5×78/（1000×0.5）=0.78W

估算机械效率为20%，则所需的总功率为

=39W

根据要求，考虑电机的尺寸及功率大小，选择28BYG250C-0071型电机。

3.3.2步进电机工作量的设定

此处电机自带减速齿轮箱，输出轴每秒转一圈，所以推出装置在初步推出时，由计算机控制，工作量为旋转180度，工作时间为半秒，待存折翻页拍照完全完成后，计算机再次给出工作指令，此时，工作量为旋转360度（复位后再次推出，为下一次翻页做好准备），以此往复，不断进行[9]。

步进电机的选择可以在市场上选购自带减速装置的微型电机[10]，其工作的功率不需要太大，一般在100W左右即可，因为存折翻页机对存折进行翻页客服存折纸张翻页所需的力几乎没有，主要是带动悬臂旋转时需要克服重力，所以在考虑电机选择时尽量考虑电机能够克服悬臂的质量和摩擦力即可。

4翻页机压紧机构

4.1翻页压紧装置的必要性

新制造完成的存折纸张接触紧密，在被吸盘吸附翻页的过程中，容易发生下一张同时被带起的现象，为了防止此类的现象发生，本次设计采取了对新存折页尾部分进行压紧的方法。

利用压块对存折的页边进行轻微的压紧，在翻页工程中，能将被带起的存折纸张分离，从而精确地进行纸张的逐张翻页，保证了翻页机能够

图4.1毛刷放大图

4.2翻页机压紧装置压头材料的选择

压紧装置要将存折的纸张合理的分离，要求其材料即不会损伤存折纸张，自身又能够有较高的使用寿命，此处我们采用硬质短毛刷作为压紧装置的压头的材料。

毛刷不仅可以将被意外带起的存折纸张刷下，而且不会损伤存折页面。

毛刷材料价格便宜，市场上很多，并且本次设计的压头可以设计成可更换式的压头，当毛刷达到使用寿命时，可以迅速更换，竟而不影响翻页机的工作效率[6]。

聚苯乙烯耐辐射性强，表面易着色、印刷和金属化处理，容易加工，适合于注射、挤塑、吹塑、发泡等多种成型方法。

缺点是不耐冲击、性脆易裂、耐热性和机械强度较差，改性后，这些性能有较大改善。

聚苯乙烯具有优良的电性能，特别是高频特性。

它介电损耗小（1×10-5～3×10-5），体积电阻和表面电阻高，热变形温度为65～96℃，制品最高连续使用温度为60～80℃。

有一定的化学稳定性，能耐多种矿物油、有机酸、碱、盐、低级醇等，但能溶于芳烃和卤烃等溶剂中。

可分为物料性能和成型性能。

4.3压平装置的的可换设计

翻页过程中，质量最容易受影响的部位无疑是压头，因为压头部分为毛刷，经常被弯折很容易出现掉毛，断毛或弯折现象，渐渐的失去原来的功效，即分离结合的较为紧密的存折纸张。

考虑到此问题，必须要设计出方便易换的毛刷压头，在工作人员发现压头出毛刷已经存在质量问题，或者机器总是出现翻页张数错误的问题时，应跟换压头。

但本次设计希望通过实验测量出需要跟换压头时，翻页机已经进行过的翻页次数，当翻页机达到实验工作量时，计算机主动提醒工作人员跟换压头。

5翻页机构的设计

5.1翻页机吸附装置的设计

翻页机的主要运动即翻页运动，而最为关键的便是吸附和翻页这一过程，因此，吸盘吸力和摇杆频率的设计对翻页机的工作效率有很大影响，对此，合理吸附效果和翻页速度显得尤为重要。

下面则是对吸盘和摇杆的设计。

5.1.1吸盘的选择

图5.1吸盘工作示意图

从存折的规格124X76mm看来，吸盘不宜过大，由于只是对纸张进行翻页工作，吸力也无需过大。

但考虑到存折较宽，吸盘不可能放置在中心线位置上，在图示结构的位置上，已经基本符合要求。

下面对吸盘型号及工作量的要求如下：

（1）吸盘的尺寸

图5.2吸盘尺寸图

本次设计各项零部件应采用标准零件设计，吸盘应应尽量采用标准吸盘，但市场上的吸盘制造成本不是很大，另外型号也种类繁多，本次设计所需的吸盘尺寸在市场上不容易寻找，所以采用自制的吸盘尺寸（事实上，可以用市场上的流行的吸盘加工出来）。

（2）吸力的大小（真空度）[3]

理想气体是经科学抽象的假象气体，认为气体分子是不占有容积，分子相互间没有作用力，彼此完全自由运动的弹性只点的群体。

理想气体是实际气体的理想化模型。

理想气体的状态方程可表示为

（5.1）

（5.2）

式中：

p——绝对压力（Pa）

v——比体积（m³/kg）

ρ——密度（kg/m³）

m——质量（kg）

V——体积（m³）

T——热力学温度（K）

R——气体常数，干空气R=287.1J/（kg·K），水蒸气R=462.5J/（kg·K）

实际气体不严格遵循理想气体的状态方程。

一般压力在2MPa以下，温度在-20ºC以上，两者误差很小，此时可将实际气体看作理想气体进行计算。

处于真空状态下的气体稀簿程度，通常用真空度表示。

若所测设备内的压强低于大气压强，其压力测量需要真空表。

从真空表所读得的数值称真空度。

真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值。

5.1.2吸附装置摇杆及摆头的设计

（1）摇杆

图5.3摇杆连接放大图

连杆的连接采用了轴连接，关于定位，由于设备的尺寸不是很大，轴端在传动时采用华东轮滑，在限制轴向窜动时，利用套筒与轴的定位块胶结进行限制，以克服轴在运动过程中可能会出现的各项问题。

另外，装电机的摇杆在与轴的相对位置进行定位时，采用了弹簧卡，轴向转动定位时，采用了键[6]。

图5.4吸附机构

如图所示，摆杆摆臂需要装上电机，因此本次设计将摆杆设计图示方式，一来可解决摆臂来回运动，一来可以解决悬臂的转动。

图5.5吸附机构传动示意图

根据图示所示的尺寸可以计算，当摆臂转动超过135º时，悬臂开始自转，悬臂的长度为40mm，如图所示，不用担心悬臂过长触碰到床身等问题。

根据简单的几何运算，可以得出H的高度为24.75左右。

因此摆臂完全可以放心旋转

（2）悬臂

图5.6悬臂的安装

5.2翻页机压平装置的设计

压平装置为翻页机构的辅助机构，对其设计的运动必须保证与翻页的节奏一致，实现翻页机构的正常运行。

另外，压平装置整个装置所需的零件多为细长的杆状零件，在设计是要考虑到零件的刚度，装置不能在工作时发生变形，进而影响工作进程。

5.2.1设计压平装置的必要性

新存折的纸张比较硬，根据常识，我们得知被翻开的新纸张，若单纯地压下页边部分，纸张的中部会出现拱起现象，而存折翻页拍照过程中，出现这一现象是不允许的，这会大大影响拍照的效果，另外，若只将新存折的纸张翻过去，而不进行压平的话，纸张可能会恢复到初始翻页的位置，这样一来，翻页机始终在翻存折的同一张纸，那么存折翻页机的翻页过程则是无止尽的。

若依靠计算机的计数器对翻页机的工作次数进行限制，可以知道，翻页机一直在翻拍同一张纸，翻页拍照的过程实际上只是重复第一次翻页过程，无论那种情况，翻页拍照的过程都是不合理的，为此，必须设计一个压平装置对新翻开的纸张进行压平处理，起到为拍照和翻页同时服务的目的。

5.2.2翻页机压平装置尺寸的设计

翻页机压平装置的设计时要在保证能将刚刚翻开的纸张压平的情况下，在有助于存折位置的不变。

此处翻页机的压平装置设计如图5-1。

图5.7压平装置运动示意图

此处，弹簧始终处于拉伸状态。

在压平装置上设计出用弹簧将压片拉成与水平面一定角度的目的是，在压片向下的过程中，存折的纸张并没有被翻到很大角度，而带有角度的压片在向下运动的过程中，会对存折产生一定角度的力，不仅可以最终压平存折，而且可以定位存折，一举两得，具体分析见图5-2。

图5.8存折受力方向

5.2.3翻页机压平装置的传动设计

（1）传动分析[1]

压平装置主要作用是将刚刚翻开的存折压平，供照相机拍照，由于翻页机构不会将存折完全翻开，当翻开到一定角度后，吸盘便不再工作，此时，需要依靠压平装置将存折从刚刚吸盘松开的位置继续将其压平。

压平过程应稳定，你能有波动，速度最好由慢变快，采用曲柄连杆机构，刚好可以满足此要求。

压平装置的压片应当材质较软，不能影响存折纸张的质量。

存折在被压平的过程中，应当依靠压平装置对其位置进行矫正，最后达到所需要的位置。

此处，压平装置采用曲柄连杆机构，各尺寸如图所示。

图5-2压平机构尺寸图

（2）应力，疲劳强度分析

实验测量得知，利用曲柄带动长为138mm的连杆及123mm的压平推杆（两者为塑料材质）其所受最大作用力约为5N，在推动过程中，假设推动存折所需的外力大小不变，由此计算各应力及疲劳强度：

如图3-2，当曲柄AB与水平面平行，即角a为90度时，弯曲应力最大

（5.1）

δ——AB杆的弯曲应力，MPa，

M——AB杆所受的弯矩，N·mm，

W——AB杆的抗弯截面系数，mm³，

（5.2）

=5×39=195N·mm

（5.3）

=2.7mm³

=195/2.7=72.2×10³N·m²<[δ]

[δ]=128MPa许用弯曲应力为128MPa。

由此可见，弯曲应力对曲柄的影响很小，可以忽略。

由于推出过程是一个不断重复的过程，并且曲柄所受的弯曲应力为对称循环，所以根据疲劳强度的计算公式：

N1=N2（δ-1/δ1）

45钢经过调质后的性能为：

δ=307MPa，m=9，N0=5×10^6

以对称循环变应力

δ1=72.2×10³N·m²计算，可得N2=384×10^33。

由此可见，推出机构的强度完全足够。

不必考虑强度不足的问题。

5.3拍照机构

翻页机在翻页时，另一项主要工序就是对翻好的存折进行拍照，其目的是要检测翻好页的存折质量是否合格，拍照机构必须放置在位置相对安全稳定可靠的地方，另外照相机所在的位置还要能将存折整个拍进去，本次设计照相机设在存折正上方，共两个。

照相机位置应考虑整个翻页机构的大小，布置合理，其尺寸与压平装置应无冲突。

5.4照相机的选择

本次设计所设计的照相机要求并不是很高，因为工作环境稳定，不会受到外界光线的影响，焦距也不变化，所以工作过程中的主要任务就是能迅速拍照，并将所拍到的照片传送到计算机。

6推出机构的设计

本次设计最终目的即是要将合格的产品与不合格的产品区分开来，所以推出机构应有两种路径，一种是将合格产品推出到指定落料箱中，一种是将不合格产品推到指定落料箱中。

推出机构与前者翻页机构应有紧密联系，在翻页过程中对已知产品进行鉴别，审查，记录并将数据传送到计算机，所以在对已经完成翻页的存折进行推出工作时，可以自动地选择落料箱，合格者被推入到合格落料箱，不合格者被推入不合格落料箱。

产品的不合格原因被记录后储存起来，供研究分析，查明制造存折的不足，以改进设备，尽量减少不合格产品的数量。

6.1产品推出机构的设计

在存折被全部翻页拍照完成后，存折自身已经在推出机构推出的位置上，此时，推出机构开始工作，若为合格产品，推出机构正转，若为不合格产品，存折开始反转。

由于推出机构中，存折的运动实际是靠自身重力，所以推