功能目標(biāo)任務(wù)書

1、 全自動捆鈔機的功能原理設(shè)計1捆鈔機的功能分析與設(shè)計要求全自動捆鈔機是金融系統(tǒng)處理紙幣的一種自動化辦公設(shè)備。它用捆扎帶將十把（每把一百張）紙幣通過熱燙的方式捆扎為一捆，對提高工作效率有重要意義，同時以便于金融系統(tǒng)之間紙幣的清點、運輸和保存，解決當(dāng)前部分單位還在采用的手工捆扎的不規(guī)范、不安全的問題。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)新原則、可靠原則、效益原則、審核原則，擬定了產(chǎn)品功能要求、適用性要求、性能要求、生產(chǎn)力要求、制造工藝要求、可靠性要求、適用壽命要求、降低成本要求、人機要求、安全性要求、包裝和運輸要求，見表2-1.表2-1 全自動捆鈔機設(shè)計要求1功 能基本功能：鈔票捆扎。2適 應(yīng) 性作業(yè)對象：松散紙幣，

2、人民幣1100元紙幣券完整券和損傷券。工況：恒定載荷。環(huán)境：攝氏-1040；相對濕度：40%RH90%RH；大氣壓力：70kPa106kPa。3性 能捆扎速度：<20秒/捆。結(jié)構(gòu)尺寸：490×570×1150mm。4生產(chǎn)能力生產(chǎn)率（理論的、額定的、實際的）。5可 靠 性可靠度、維修度和有效度。6使用壽命多次、多時段使用，機器可連續(xù)不間斷運轉(zhuǎn)工作24小時。7經(jīng)濟成本材料費用、設(shè)計費用、制造加工費用、管理費用。8人機工程操作方便、省力、視野寬闊、舒適；儀表顯示清晰；造型美觀。9安 全保證人身、設(shè)備安全；具有安全保護裝置，確保操作人員安全；具有節(jié)電功能，30分鐘無人操作自動

3、關(guān)機；具有自動檢測設(shè)備狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障停機報警。10包裝運輸產(chǎn)品運輸、移動方便，重量輕。11環(huán)保指標(biāo)工作時不產(chǎn)生煙霧、異味、無污染，65分貝。2.捆鈔機的功能原理設(shè)計2.1 求總功能功能是抽象描述機械產(chǎn)品輸入量和輸出量之間的因果關(guān)系，對具體產(chǎn)品來說，功能是指產(chǎn)品的效能、用途和作用。全自動捆鈔機作為金融系統(tǒng)處理紙幣的一種自動化辦公設(shè)備。它用6mm7mm寬的塑料帶（捆扎帶）將十把（每把一百張）紙幣通過熱燙的方式捆扎為一捆，以便于金融系統(tǒng)之間紙幣的清點、運輸和保存，解決當(dāng)前部分單位還在采用的手工捆扎的不規(guī)范、不安全的問題。本全自動捆鈔機原理方案采用黑箱圖確定總功能，如圖2-1。圖2-1 全自動捆鈔機黑

4、箱圖全自動捆鈔機的捆扎工藝過程：捆鈔機接通電源，等待12分鐘后（捆扎帶熔接裝置預(yù)熱），啟動設(shè)備，打開幣窗，將碼放整齊、松散的紙幣（厚度：80180mm）放在壓緊臺上，關(guān)閉幣窗。啟動捆鈔機自動控制，壓緊工作臺將松散的紙幣壓緊，傳感器檢測壓緊力是否在合理壓力范圍內(nèi)，如達到合理預(yù)設(shè)壓力，單片機接收正確的實際信號，同時向橫向送帶和縱向送帶電機發(fā)送送帶信號，橫、縱電機開始同時送帶，傳感器檢測送帶情況，如達到合理要求，橫、縱向壓頭將帶頭壓緊，橫、縱送帶電機反轉(zhuǎn)將捆扎帶收緊，熔接頭開始熔接捆扎帶，切割裝置將捆扎帶切割，傳感檢測裝置檢測一切工序完成時，幣窗自動打開。捆扎工藝過程，如圖2-2。圖2-2 捆鈔機捆

5、扎工藝流程2.2 總功能分解機械系統(tǒng)的總功能可以分解為分功能（或稱一級功能、二級功能），分功能再分解為功能元（最小單位）。為了將全自動捆鈔機的總能細分為個小功能，我們將機械設(shè)計中常用的基本功能元：物理功能元、邏輯功能元、數(shù)學(xué)功能元，按照功能結(jié)構(gòu)形式分解，見圖2-4，圖2-。圖2- 劃分分功能及功能元圖2- 功能結(jié)構(gòu)2.3 分功能求解通過前面進行的各個工作步驟，已經(jīng)弄清機械系統(tǒng)的總功能、子功能、功能元之間的關(guān)系。這種功能關(guān)系說明系統(tǒng)的輸入和輸出以及內(nèi)部的轉(zhuǎn)換。那么怎樣才能實現(xiàn)這些功能呢？就是功能或功能元的求解問題。分功能求解時方案設(shè)計中重要的“發(fā)散”“搜索”階段，它就是要尋求實現(xiàn)分功能的技術(shù)實體

6、功能載體。在求解全自動捆鈔機的功能或功能元中我們采用直覺法和調(diào)查分析法。我們通過了解當(dāng)前國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，大量查閱文獻資料，包括專業(yè)書刊、專利資料、學(xué)術(shù)報告和研究性論文等，通過對比研究和結(jié)合實際經(jīng)驗初步得出全自動捆鈔機的功能解：全自動捆鈔機采用全程自動控制，減少人力，縮短工作時間，操作安全可靠，對環(huán)境無任何污染，全部資源可繼續(xù)回收利用。2.4 原理解組合原理方案綜合是把分功能解法合成為一個整體以實現(xiàn)總功能的過程。在功能分析階段，確定了產(chǎn)品的分功能；通過分功能求解，經(jīng)選擇與變異，得到一些分功能載體的備選方案；在變體分析中，對主要分功能解的發(fā)展有了較清楚的認識，各備選方案在機構(gòu)、產(chǎn)品發(fā)展演化中的

7、地位有了大致的了解；在這些工作的基礎(chǔ)上，把分功能解加以組合，尋求整體方案最優(yōu)方案。表2-2 形態(tài)學(xué)矩陣功能元功 能 元 求 解12345A 能量轉(zhuǎn)換手搖式電動機液壓馬達B 送帶電動機轉(zhuǎn)動手工C 固定帶頭壓頭施壓D 拉緊手搖電機反轉(zhuǎn)E 聯(lián)接熔接金屬接頭膠水粘合F 切割壓斷剪割G 壓緊齒輪齒條絲桿螺母蝸桿齒條連桿機構(gòu)液壓缸H 啟/停同時啟動單獨啟動可同時又可單獨I 幣窗開/閉齒輪齒條鏈條繩傳動J 支承和聯(lián)接四柱圓定六柱固定四柱移動六柱移動根據(jù)上述，可建立全自動捆鈔機的系統(tǒng)解形態(tài)學(xué)矩陣如表2-2。從表2-2中得到，組合方案數(shù)為：3×2×1×2×3×2

8、×5×3×3×4=12960種方案I：A3+B1+C1+D1+E3+F1+G5+H3+J2方案II：A2+B1+C1+D2+E1+F1+G2+H3+J1方案III：A1+B2+C1+D1+E2+F2+G3+H2+J1在上表的12960種組合方案中，根據(jù)確定方案的3原則，結(jié)合工程設(shè)計經(jīng)驗、現(xiàn)有資料信息及來自其他方面的建議，篩選3個方案供評價決策使用，用工程設(shè)計方案的技術(shù)經(jīng)濟綜合評價的步驟最后決策出最佳方案。2.5 評價與決策1、 根據(jù)設(shè)計要求，分析和確定評價目標(biāo)和重要性系數(shù)，建立目標(biāo)樹以及相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，如圖2-6。圖2-6 全自動捆鈔機評價目標(biāo)樹及重要性

9、系數(shù)分布2、各方案技術(shù)價見表2-4。表2-4 全自動捆鈔機方案技術(shù)評價表評 價 目 標(biāo)重要性系數(shù)gi方 案 I方 案 II方 案 IIINO內(nèi)容單位參數(shù)值評分W1jW1jgi參數(shù)值評分W1jW1jgi參數(shù)值評分W1jW1jgi1捆扎速度秒/捆0.2125102.11581.682040.842捆扎質(zhì)量/0.81中等61.08高等91.62中等101.83捆扎范圍/0.09高等50.45高等60.54高等70.634安全/0.03中等80.72高等70.63中等50.455重量kg0.0513040.1211050.1515070.216特殊加工/0.05無60.3無50.25無60.37專用工

10、具/0.05有50.25無50.25有50.258維護/0.18中等40.72高等81.44中等40.729操作簡單/0.06一般70.42簡單60.36一般60.3610急?？刂?0.06無40.24有70.42無70.426.47.345.98Wi1=0.64Wi2=0.734Wi3=0.5983、各方案經(jīng)濟價如表2-5。表2-5 全自動捆鈔機方案經(jīng)濟評價表方 案 I方 案 II方 案 III實際制造成本/元 H456555786100允許制造成本/元 H255000.840.730.914、技術(shù)經(jīng)濟綜合評價1）總價值W0三個方案的W0均合格，其順序W03>W01>W022)

11、作優(yōu)度圖，如圖2-7。從圖中可知，S2更靠近S，S3的經(jīng)濟價還有待提高，降低生產(chǎn)成本是以途徑。圖2-7 全自動捆鈔機優(yōu)度圖3） 作價值剖面圖，如圖2-8。通過圖，得知方案2的技術(shù)加權(quán)評分值為7.34分，各評價目標(biāo)的打分與它相接近，并較均勻。其中5、6、7項還有待提高。圖2-8 全自動捆鈔機的價值剖面圖紙幣壓緊機構(gòu)與檢測裝置1紙幣壓緊機構(gòu)的設(shè)計1.1 壓緊機構(gòu)的功能原理分析紙幣壓緊機構(gòu)在全自動捆鈔機的整體結(jié)構(gòu)中起到非常重要的作用，對整機性能要求起著決定性作用。壓緊機構(gòu)的合理設(shè)計以及壓緊力的合理確定將能提高捆扎質(zhì)量、工作效率、免紙幣的損壞。為了使捆扎后的現(xiàn)鈔在調(diào)運過程中不出現(xiàn)散鈔、丟張的現(xiàn)象，必須

12、使捆扎帶在捆扎后產(chǎn)生足夠的張力。所以對紙幣在捆扎前需用一定的壓力，而壓實紙幣的力的大小，對捆扎后效果的影響較大。滿足不散捆、不變形、捆扎松緊度不變的要求前提下，應(yīng)使所用壓力為最小的原則。因為本機對壓力控制要求較高，所以為使結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，采用電動機轉(zhuǎn)速控制的方法來實現(xiàn)。壓緊機構(gòu)的作用就是利用壓力壓緊紙幣。它用6mm7mm寬的塑料帶將十把（每把一百張）紙幣通過熱燙的方式捆扎為一捆，以便于金融系統(tǒng)之間紙幣的清點、運輸和保存，解決當(dāng)前部分單位還在采用的手工捆扎的不規(guī)范、不安全的問題。它的捆扎工藝過程如圖4所示。1.2 壓緊機構(gòu)的原理分案自動捆鈔機的壓緊機構(gòu)工作過程如下：a、 放入紙幣，壓緊機構(gòu)電

13、機正轉(zhuǎn)，壓緊機構(gòu)下行，壓板壓緊紙幣，到壓力后撞行程開關(guān) , 向電腦發(fā)出控制信號，執(zhí)行b。b、主電機轉(zhuǎn)動，進行捆扎工藝，包括送帶、抽帶、張緊、燙合及切斷等過程，完成后發(fā)出信號由電腦控制自動執(zhí)行c。c、壓緊機構(gòu)電機反轉(zhuǎn)，壓緊機構(gòu)上行，到位后撞行程開關(guān)X向電腦發(fā)出控制信號，電機停止轉(zhuǎn)動。取出紙幣，放入另一捆紙幣，自動進行下一自動循環(huán)。1.3 壓緊機構(gòu)壓緊力的確定在設(shè)計壓緊機構(gòu)的過程中，首先遇到的問題就是一捆松散的紙幣壓到多大壓力以后再進行塑料帶捆扎，才能使打出的紙幣捆由于紙幣的彈性恢復(fù)， 并可使塑料帶緊緊地扎在紙幣捆上，從而使紙幣捆結(jié)實牢固，摔不散，抽不出，達到捆扎目的。1、 紙幣厚度隨壓力變化的關(guān)

14、系為了獲得紙幣厚度與壓力變化的第一手數(shù)據(jù)，在壓力機上做了實驗。用壓力機對紙幣從0KN開始，每間隔0.5KN施加不同壓力，測出不同壓力下對應(yīng)的紙幣厚度。開始用5元新紙幣做了3次實驗，實驗數(shù)據(jù)見表。根據(jù)表數(shù)據(jù)，繪制了紙幣厚度隨壓力變化的關(guān)系線，如圖所示。后來又用不同面額、不同厚度（80180mm）、不同新舊程度的紙幣做了實驗，發(fā)現(xiàn)其厚度隨壓力變化的關(guān)系都符合圖所示的曲線。紙幣厚度與壓力變化 紙幣厚度隨壓力變化曲線2、壓緊機構(gòu)合理壓力的確定從圖可以看到，當(dāng)壓力達到12.5KN時，紙幣厚度壓到91.1mm，這時，即使再增大壓力，其紙幣的厚度也不再發(fā)生變化。所以，根據(jù)最小壓力原則，以及在降低制造成本的前

15、提下達到所需壓力要求，確定該全自動捆鈔機的壓力為10KN。3、壓緊機構(gòu)壓力恒定的意義壓緊機構(gòu)在壓緊紙幣的過程中，如果壓力不合理，就不能達到預(yù)期的效果。壓力小，壓不緊紙幣；壓力太大，會使電機壓緊紙幣后不能及時發(fā)出停止信號，繼續(xù)轉(zhuǎn)動會使電機堵轉(zhuǎn)發(fā)生損壞。所以必須合理地確定壓緊機構(gòu)的壓力。1.4 壓緊機構(gòu)傳動參數(shù)設(shè)計1、電動機的選擇為提高工作效率，以及考慮到安全操作的要求，壓緊機構(gòu)在壓緊紙幣的過程中，工作臺（如圖）的移動速度必須控制在0.01m/s。同時根據(jù)分析得到捆鈔機紙幣厚度與壓力變化關(guān)系，得到所需捆鈔機的壓力為10KN。捆鈔機所需的壓力F=10000N 捆鈔機工作臺的移動速度=0.01m/s機

16、械傳動的總功率=80%工作臺（如圖）的移動速度必須控制在0.01m/s，初步選擇絲桿的螺距：P=5mm可知：絲桿的轉(zhuǎn)動速度：n=2r/s則： 渦輪的轉(zhuǎn)動速度：n2=120r/min傳動比：根據(jù)機械設(shè)計表11-1，如圖，56293114302296171542961298212982計算得：按工作要求和條件，選用三相籠型異步電動機，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓3800V，Y型。電動機型號額定功率/kw滿載轉(zhuǎn)速r/min堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y801-20.7528252.22.21.5 壓緊機構(gòu)的潤滑、散熱和維護潤滑油的種類很多，需根據(jù)蝸桿；蝸輪配對材料和運轉(zhuǎn)條件合理選用。在鋼蝸桿配青銅蝸輪時，常

17、用的潤滑油見表。 全損耗系統(tǒng)用油牌號L-AN68100150220320460680運動粘度v40(cSt)61.274.890110135165198242288352414506612748粘度指數(shù) 不小于90閃點(開口)(0C)不低于180200220傾點(0C)不高于-8-5潤滑油粘度及給油方法 潤滑油粘度及給油方法，一般根據(jù)相對滑動速度及載荷類型進行選擇。對于閉式傳動，常用的潤滑油粘度及給油方法見表；對于開式傳動，則采用粘度較高的齒輪油或潤滑旨。如果采用噴油潤滑，噴油嘴要對準(zhǔn)蝸桿嚙入端；蝸桿正反轉(zhuǎn)時，兩邊都要裝有噴油嘴，而且要控制一定的油壓。 蝸桿傳動的相對滑動速度0-11-2.50

18、-5>5-10>10-15>15-25>25載荷類型重重中(不限)(不限)(不限)(不限)運動粘度v40(cSt)90050035022015010080給 油 方 法油 池 潤 滑噴池潤滑或油池潤滑噴池潤滑時的噴油壓力(MPa) 0.723潤滑油量 對閉式蝸桿傳動采用油池潤滑時，在攪油損耗不致過大的情況下，應(yīng)有適當(dāng)?shù)挠土?。這樣不僅有利于動壓油膜的形成，而且有助于散熱。對于蝸桿下置式或蝸桿側(cè)置式的傳動，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個齒高；當(dāng)為蝸桿上置式時，浸油深度約為蝸輪外徑的13。(end)2紙幣壓緊機構(gòu)的檢測裝置2.1 檢測裝置的作用為了使對紙幣在捆扎前需用一定的壓力，捆扎后的現(xiàn)鈔在調(diào)運過程中不出現(xiàn)散鈔、丟張的現(xiàn)象，必須使捆扎帶在捆扎后產(chǎn)生足夠的張力。滿采用電動機轉(zhuǎn)速控制的方法來實現(xiàn)。該