2015年辽宁省本科大学生机械创新设计大赛作品硬币分拣计数机辽宁工业大学设计者：马赫李正帅张梁刘婧柯韩宁宁指导教师：李晓丹，王晓磊目录一．设计目的 (2)二．设计方案 (2)2.1机械系统设计 (2)2.2 控制系统设计 (4)三．设计计算 (7)3.1 进料机构中带传动的计算 (7)3.2 检验计数机构中带传动的计算 (8)3.3 联轴器的计算与选择 (9)3.4 进料机构中轴承的计算 (10)四．成本核算 (10)五．功能特点 (11)六．主要创新点 (11)七．整体实物展示 (11)八．参考文献 (13)硬币分拣计数打包机设计说明书一．设计目的随着我国的经济，技术的高速发展，货币流通越来越快速，硬币的使用也越来越频繁。
每天都有大量的硬币在市场中流通，但大量硬币的清分工作却是摆在我们面前的难题。
特别是公交系统和银行工作人员需要对很多硬币进行清点计数，处理一大堆硬币是非常困难的的，因为硬币杂乱无章需要很多工作人员经过长时间清点才能完成，费时费力，效率还低，长时间接触对眼睛不好。
当今国内外硬币清分装置，或者设计原理简单清理分类效果差，要么制造复杂、价格昂贵、缺少实用价值。
传统的硬币分拣装置旋转式单一单次币种计数分类，有卡币现象，效率低。
针对上述问题，设计一台高效、准确的钱币整理、分类、计数于一体的机器是很有必要的。
操作过程只需工作人员将其倒入漏斗即可实现自动整理出1角、5角、1元的一摞摞硬币，并计算显示出金额，为包装做准备。
该样机的研制为银行工作人员整理、计数带了巨大方便，降低了工作人员的工作强度，且操作简单、成本低。
二．设计方案2.1机械系统设计本作品硬币分拣计数机所采用的技术方案是：由进料机构、分拣机构、检测计数机构、收集机构组成。
进料机构包括，固定在外箱体上的进币料斗，固定在箱体上的电机、电机通过联轴器与传送带相连。
硬币通过进币料斗倒至传送带上，通过调节传送带的速度和出币口处的高度来实现单层硬币进入下一机构。
1.电机2.联轴器3.传送带4.进币料斗图1 进料机构分拣机构包括，安装在内箱体的只允许一种硬币留在上面的筛板，末端有成排的限单个硬币孔板轨道，沿硬币滑走方向上的限宽挡板，筛板链接有曲柄连杆杆机构，由电机带动。
硬币通过进料机构进入分拣机构后落到内箱体的一元硬币分离筛中，分离筛随内箱体在滑到上往复运动，一元硬币以外的其他硬币都通过分离筛的筛孔掉落到下层导板上，然后滑到下一层分离筛中继续筛分。
通过层层筛分实现硬币的分拣。
5.电机6.曲柄7.连杆8.分离筛隔板9.分离筛图2 分拣机构检测计数机构包括，检测计数光电传感器安装在分拣机构沿货币单个划走的轨道上。
硬币通过分拣机构后落在传送硬币的传送带上，当硬币通过安装在传送带一侧的光电传感器时被检测到并将信号送给单片机，并将数量显示在液晶屏上，从而实现计数功能。
10.电机11.联轴器12.带轮13.传送带14.传感器图3 检测计数机构收集机构包括安装在机架上的下币管道，装硬币的圆管，下盖管，推管气缸，推盖气缸，压盖气缸等组成。
硬币通过计数机构后经下币管道落入装硬币的圆管，当装满圆管后推管气缸动作把当前的圆管送至压盖气缸下方并把下一个圆管送至下币管道正下方，继续收集硬币，同时推盖气缸把盖子送至压盖气缸下方，压盖气缸动作把盖子扣在装满硬币的圆管上最终实现硬币的打包。
15.压盖气缸16.下盖管17.推盖气缸18.下币管19.下料管20.推管气缸图4收集箱机构2.2 控制系统设计1）总体控制方案框图采用单片机作为控制器，通过驱动控制直流电机转速，将硬币分类传送到传动带，四个传感器进行计数并判断，液晶屏显示硬币种类及个数，当传感器检测够50个硬币的时候，气缸动作实现硬币的包装及送出。
单片机1元传感器0.5元传感器老0.1元传感器新0.1元传感器0.5元继电器老0.1元继电器新0.1元继电器1元继电器1元电磁阀0.5元电磁阀老0.1元电磁阀新0.1元电磁阀液晶屏传送带电机分离箱电机图5总体方案控制框图2）电路接线路图图6电路接线3）程序流程图图7程序流程图三．设计计算3.1 进料机构中带传动的计算1）确定设计功率初选传递的额定功率P=8W，依表查得工作情况系数K A=1，所以设计功率P C=K A *P=8W 2）确定带轮基准直径d d1和d d2 （1） 选择小带轮直径d d1结合实际要求查表得小带轮的直径d d1=20mm（2）验算带速νν=π*d d1*n 1/（60*100）带入公式计算得ν=31mm/s,由于该带用于传送硬币，要求速度较慢，所以带轮的转速ν较低。
（3）计算从动轮基准直径d d2带的传动比i=1，所以从动轮的基准直径 d d2=i*d d1=20mm 3) 确定中心距a 和带的基准长度L d（1）初定中心距a 0根据设计要求得带的中心距a 0=300mm 。
带的基准长度Lc=()02d2d10a 4d1d2d d 2a 2d d ）（π-+++计算得Lc=320mm ，查表选取带的基准长度L d =315mm 。
（2）确定中心距a根据带的基准长度和主从动轮的基准直径确定带的中心距a=295mm 。
4）计算包角α1︒︒︒≥-=12060*ad -d 180d1d01α 经计算得︒=1801α。
符合要求。
5） 确定带的根数依据经验选用一根带完全符合要求。
6）确定初拉力F 020)15.2(z *500νναq K P F C +-= 式中Pc=8W ，ν=0.031m/s,1=αK ,q=0.06，Z=1 所以F 0=251N3.2 检验计数机构中带传动的计算1） 确定设计功率初选传递的额定功率P=36W ，依表查得工作情况系数K A =1，所以设计功率 P C=K A *P=36W 2）确定带轮基准直径d d1和d d2（1） 选择小带轮直径d d1结合实际要求查表得小带轮的直径d d1=34mm （2）验算带速νν=π*d d1*n 1/（60*100）带入公式计算得ν=15.3mm/s 。
（3）计算从动轮基准直径d d2带的传动比i=1，所以从动轮的基准直径 d d2=i*d d1=34mm 3) 确定中心距a 和带的基准长度L d（1）初定中心距a 0根据设计要求得带的中心距a 0=730mm 。
带的基准长度Lc=()02d2d10a 4d1d2d d 2a 2d d ）（π-+++计算得Lc=764mm ，查表选取带的基准长度L d =800mm 。
（2）确定中心距a根据带的基准长度和主从动轮的基准直径确定带的中心距a=766mm 。
4）计算包角α1︒︒︒≥-=12060*ad -d 180d1d01α 经计算得︒=1801α。
符合要求。
5） 确定带的根数依据经验选用一根带完全符合要求。
3.3 联轴器的计算与选择联轴器是根据载荷情况、计算转矩、轴直径和工作转速来选择的。
由公式： P=FV NG nF 250==N F F n 251.0250=⨯=⨯=μs m P n V h /057.01000460860100060=⨯=⨯=算得P=25⨯0.057=1.4W 联轴器转矩T 的计算，由公式： n pT 9550=算得： M N n p T ⋅=⨯⨯==-015.0860104.1955095503计算转矩CA T 的计算，由公式：CA T =T K A ⨯算得：CA T =M N T K A ⋅⨯=⨯=⨯-210255.2015.05.1Ka —工况系数。
3.4 进料机构中轴承的计算1）确定轴承的承载能力在该机构中选用的轴承型号是6800zz ，其承载能力参数是N C N C 84017000==， 2）计算当量动载荷轴承只承受径向载荷，R=251N ，5.1f =d所以当量动载荷 N R P 5.3762515.1*f d =⨯==3）校核轴承寿命ε)(n 60106h10Pc f L t = 式中 3,5.376,1700,95.0,30n =====εP C f t ，代入公式得 h L 43848h 10=h 15000h 43848h 10h 10='≥=L L ，所以6800zz 轴承适用。
四．成本核算该作品在制作过程中的花费项目主要有基本原料购置费，其中包括角铝，绝缘板等材料的购置；零件加工费，包括某些必要零件的外包加工；装置外购件费用，包括电机、轴承、导轨、等零部件的购买；电器元件购置费，包括单片机，电机驱动，传感器等电器元件的购买；专利申请费，包括在申请专利时所花费的所有项目；工具购置费，包括钻头，焊锡，砂轮片，热缩管，螺丝螺母等消耗品的购置。
具体的明细如表1所示。
表1 设计成本核算五．功能特点该机器一次性精准筛选多种币种，提供一种能够高效率快速清分各种面值硬币的硬币分拣计数机。
在分离硬币的过程中不需要停机便进行对已经筛分好的硬币的清理和包装，保证了机械连续运行，提高了筛分的效率。
操作过程只需工作人员将其倒入漏斗即可实现自动整理出1角、5角、1元的一摞摞硬币，并计算显示出金额。
采用光电传感器技术更加准确，结构设计合理不易出现卡币的现象，保证筛分机运转顺畅、高效。
本产品所需空间小，搬运方便，且操作简单、成本低，适用于银行、公交公司等需要处理大量硬币的场所！该样机的研制为银行，公交公司工作人员整理、计数带来了巨大方便，大大降低了工作人员的工作强度。
本作品保证分离快速、精准、省时省力、分离过程中不用停机，减少了工作人员工作，同时实现好的计数和经济方面的可行性。
六．主要创新点硬币分拣计数机的实现依赖于机械结构和传感器的应用属于机电一体化范畴。
本项目应用了单片机计数、传感器技术和机械设计、机械原理等知识，是对机械和电子控制知识综合灵活运用的体现。
创新点：（1）巧妙地采用所学机构实现不同面值、同一面额不同大小硬币的高效分离；（2）采用单片机技术实现对钱币的整理、计数和显示功能；（3）减少了工作人员的劳动强度，实现了硬币分离、整理、计数的自动化过程。
七．整体实物展示图8整体实物展示本作品已申请专利，专利图如下；图9专利图八．参考文献[1] 巩云鹏，田万禄，张伟华，黄秋波.2008.机械设计课程设计. 北京：科学出版社[2] 孙志礼，马星国，黄秋波，闫玉涛.2008.机械设计.北京：科学出版社[3] 机械设计手册编委会．机械设计手册[M] .北京：机械工业出版社，2005[4] 王伯平.2008.互换性与测量技术基础（第三版）.北京：机械工业出版社[5] 刘鸿文.2011.材料力学（第五版）.北京：高等教育出版社[6] 朱辉等.2007.画法几何与机械制图（第六版）.上海：上海科学技术出版[7] 张志义.机电传动控制[M].北京：机械工业出版社，2008.10[8]张伟社.机械原理教程[M].西安：西北工业大学出版社，2001.8[9]晏密英.单片机应用系统设计精讲[M] .中国铁道出版社，2001.3[10] 贾伯年.传感器技术[M].南京：东南大学出版社，2000.8。