功能目標(biāo)任務(wù)書(shū)

1、 全自動(dòng)捆鈔機(jī)的功能原理設(shè)計(jì)1捆鈔機(jī)的功能分析與設(shè)計(jì)要求全自動(dòng)捆鈔機(jī)是金融系統(tǒng)處理紙幣的一種自動(dòng)化辦公設(shè)備。它用捆扎帶將十把（每把一百?gòu)垼┘垘磐ㄟ^(guò)熱燙的方式捆扎為一捆，對(duì)提高工作效率有重要意義，同時(shí)以便于金融系統(tǒng)之間紙幣的清點(diǎn)、運(yùn)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(wèn)題。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jī)要求、安全性要求、包裝和運(yùn)輸要求，見(jiàn)表2-1.表2-1 全自動(dòng)捆鈔機(jī)設(shè)計(jì)要求1功 能基本功能：鈔票捆扎。2適 應(yīng) 性作業(yè)對(duì)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(duì)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(shí)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(shí)段使用，機(jī)器可連續(xù)不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)工作24小時(shí)。7經(jīng)濟(jì)成本材料費(fèi)用、設(shè)計(jì)費(fèi)用、制造加工費(fèi)用、管理費(fèi)用。8人機(jī)工程操作方便、省力、視野寬闊、舒適；儀表顯示清晰；造型美觀(guān)。9安 全保證人身、設(shè)備安全；具有安全保護(hù)裝置，確保操作人員安全；具有節(jié)電功能，30分鐘無(wú)人操作自動(dòng)

3、關(guān)機(jī)；具有自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障停機(jī)報(bào)警。10包裝運(yùn)輸產(chǎn)品運(yùn)輸、移動(dòng)方便，重量輕。11環(huán)保指標(biāo)工作時(shí)不產(chǎn)生煙霧、異味、無(wú)污染，65分貝。2.捆鈔機(jī)的功能原理設(shè)計(jì)2.1 求總功能功能是抽象描述機(jī)械產(chǎn)品輸入量和輸出量之間的因果關(guān)系，對(duì)具體產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，功能是指產(chǎn)品的效能、用途和作用。全自動(dòng)捆鈔機(jī)作為金融系統(tǒng)處理紙幣的一種自動(dòng)化辦公設(shè)備。它用6mm7mm寬的塑料帶（捆扎帶）將十把（每把一百?gòu)垼┘垘磐ㄟ^(guò)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(diǎn)、運(yùn)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(wèn)題。本全自動(dòng)捆鈔機(jī)原理方案采用黑箱圖確定總功能，如圖2-1。圖2-1 全自動(dòng)捆鈔機(jī)黑

4、箱圖全自動(dòng)捆鈔機(jī)的捆扎工藝過(guò)程：捆鈔機(jī)接通電源，等待12分鐘后（捆扎帶熔接裝置預(yù)熱），啟動(dòng)設(shè)備，打開(kāi)幣窗，將碼放整齊、松散的紙幣（厚度：80180mm）放在壓緊臺(tái)上，關(guān)閉幣窗。啟動(dòng)捆鈔機(jī)自動(dòng)控制，壓緊工作臺(tái)將松散的紙幣壓緊，傳感器檢測(cè)壓緊力是否在合理壓力范圍內(nèi)，如達(dá)到合理預(yù)設(shè)壓力，單片機(jī)接收正確的實(shí)際信號(hào)，同時(shí)向橫向送帶和縱向送帶電機(jī)發(fā)送送帶信號(hào)，橫、縱電機(jī)開(kāi)始同時(shí)送帶，傳感器檢測(cè)送帶情況，如達(dá)到合理要求，橫、縱向壓頭將帶頭壓緊，橫、縱送帶電機(jī)反轉(zhuǎn)將捆扎帶收緊，熔接頭開(kāi)始熔接捆扎帶，切割裝置將捆扎帶切割，傳感檢測(cè)裝置檢測(cè)一切工序完成時(shí)，幣窗自動(dòng)打開(kāi)。捆扎工藝過(guò)程，如圖2-2。圖2-2 捆鈔機(jī)捆

5、扎工藝流程2.2 總功能分解機(jī)械系統(tǒng)的總功能可以分解為分功能（或稱(chēng)一級(jí)功能、二級(jí)功能），分功能再分解為功能元（最小單位）。為了將全自動(dòng)捆鈔機(jī)的總能細(xì)分為個(gè)小功能，我們將機(jī)械設(shè)計(jì)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(jiàn)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(guò)前面進(jìn)行的各個(gè)工作步驟，已經(jīng)弄清機(jī)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(shuō)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(shí)現(xiàn)這些功能呢？就是功能或功能元的求解問(wèn)題。分功能求解時(shí)方案設(shè)計(jì)中重要的“發(fā)散”“搜索”階段，它就是要尋求實(shí)現(xiàn)分功能的技術(shù)實(shí)體

6、功能載體。在求解全自動(dòng)捆鈔機(jī)的功能或功能元中我們采用直覺(jué)法和調(diào)查分析法。我們通過(guò)了解當(dāng)前國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，大量查閱文獻(xiàn)資料，包括專(zhuān)業(yè)書(shū)刊、專(zhuān)利資料、學(xué)術(shù)報(bào)告和研究性論文等，通過(guò)對(duì)比研究和結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)初步得出全自動(dòng)捆鈔機(jī)的功能解：全自動(dòng)捆鈔機(jī)采用全程自動(dòng)控制，減少人力，縮短工作時(shí)間，操作安全可靠，對(duì)環(huán)境無(wú)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(gè)整體以實(shí)現(xiàn)總功能的過(guò)程。在功能分析階段，確定了產(chǎn)品的分功能；通過(guò)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(duì)主要分功能解的發(fā)展有了較清楚的認(rèn)識(shí)，各備選方案在機(jī)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(dòng)機(jī)液壓馬達(dá)B 送帶電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)手工C 固定帶頭壓頭施壓D 拉緊手搖電機(jī)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(jī)構(gòu)液壓缸H 啟/停同時(shí)啟動(dòng)單獨(dú)啟動(dòng)可同時(shí)又可單獨(dú)I 幣窗開(kāi)/閉齒輪齒條鏈條繩傳動(dòng)J 支承和聯(lián)接四柱圓定六柱固定四柱移動(dòng)六柱移動(dòng)根據(jù)上述，可建立全自動(dòng)捆鈔機(jī)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(jì)經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)有資料信息及來(lái)自其他方面的建議，篩選3個(gè)方案供評(píng)價(jià)決策使用，用工程設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)的步驟最后決策出最佳方案。2.5 評(píng)價(jià)與決策1、 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，分析和確定評(píng)價(jià)目標(biāo)和重要性系數(shù)，建立目標(biāo)樹(shù)以及相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，如圖2-6。圖2-6 全自動(dòng)捆鈔機(jī)評(píng)價(jià)目標(biāo)樹(shù)及重要性

9、系數(shù)分布2、各方案技術(shù)價(jià)見(jiàn)表2-4。表2-4 全自動(dòng)捆鈔機(jī)方案技術(shù)評(píng)價(jià)表評(píng) 價(jià) 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(píng)分W1jW1jgi參數(shù)值評(píng)分W1jW1jgi參數(shù)值評(píng)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(wú)60.3無(wú)50.25無(wú)60.37專(zhuān)用工

10、具/0.05有50.25無(wú)50.25有50.258維護(hù)/0.18中等40.72高等81.44中等40.729操作簡(jiǎn)單/0.06一般70.42簡(jiǎn)單60.36一般60.3610急?？刂?0.06無(wú)40.24有70.42無(wú)70.426.47.345.98Wi1=0.64Wi2=0.734Wi3=0.5983、各方案經(jīng)濟(jì)價(jià)如表2-5。表2-5 全自動(dòng)捆鈔機(jī)方案經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)表方 案 I方 案 II方 案 III實(shí)際制造成本/元 H456555786100允許制造成本/元 H255000.840.730.914、技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)1）總價(jià)值W0三個(gè)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(jì)價(jià)還有待提高，降低生產(chǎn)成本是以途徑。圖2-7 全自動(dòng)捆鈔機(jī)優(yōu)度圖3） 作價(jià)值剖面圖，如圖2-8。通過(guò)圖，得知方案2的技術(shù)加權(quán)評(píng)分值為7.34分，各評(píng)價(jià)目標(biāo)的打分與它相接近，并較均勻。其中5、6、7項(xiàng)還有待提高。圖2-8 全自動(dòng)捆鈔機(jī)的價(jià)值剖面圖紙幣壓緊機(jī)構(gòu)與檢測(cè)裝置1紙幣壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1.1 壓緊機(jī)構(gòu)的功能原理分析紙幣壓緊機(jī)構(gòu)在全自動(dòng)捆鈔機(jī)的整體結(jié)構(gòu)中起到非常重要的作用，對(duì)整機(jī)性能要求起著決定性作用。壓緊機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)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(yùn)過(guò)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(duì)紙幣在捆扎前需用一定的壓力，而壓實(shí)紙幣的力的大小，對(duì)捆扎后效果的影響較大。滿(mǎn)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?yàn)楸緳C(jī)對(duì)壓力控制要求較高，所以為使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，采用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。壓緊機(jī)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?gòu)垼┘垘磐ㄟ^(guò)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(diǎn)、運(yùn)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(wèn)題。它的捆扎工藝過(guò)程如圖4所示。1.2 壓緊機(jī)構(gòu)的原理分案自動(dòng)捆鈔機(jī)的壓緊機(jī)構(gòu)工作過(guò)程如下：a、 放入紙幣，壓緊機(jī)構(gòu)電

13、機(jī)正轉(zhuǎn)，壓緊機(jī)構(gòu)下行，壓板壓緊紙幣，到壓力后撞行程開(kāi)關(guān) , 向電腦發(fā)出控制信號(hào)，執(zhí)行b。b、主電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行捆扎工藝，包括送帶、抽帶、張緊、燙合及切斷等過(guò)程，完成后發(fā)出信號(hào)由電腦控制自動(dòng)執(zhí)行c。c、壓緊機(jī)構(gòu)電機(jī)反轉(zhuǎn)，壓緊機(jī)構(gòu)上行，到位后撞行程開(kāi)關(guān)X向電腦發(fā)出控制信號(hào)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。取出紙幣，放入另一捆紙幣，自動(dòng)進(jìn)行下一自動(dòng)循環(huán)。1.3 壓緊機(jī)構(gòu)壓緊力的確定在設(shè)計(jì)壓緊機(jī)構(gòu)的過(guò)程中，首先遇到的問(wèn)題就是一捆松散的紙幣壓到多大壓力以后再進(jìn)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(shí)牢固，摔不散，抽不出，達(dá)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?jǐn)?shù)據(jù)，在壓力機(jī)上做了實(shí)驗(yàn)。用壓力機(jī)對(duì)紙幣從0KN開(kāi)始，每間隔0.5KN施加不同壓力，測(cè)出不同壓力下對(duì)應(yīng)的紙幣厚度。開(kāi)始用5元新紙幣做了3次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)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(xiàn)，如圖所示。后來(lái)又用不同面額、不同厚度（80180mm）、不同新舊程度的紙幣做了實(shí)驗(yàn)，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(xiàn)。紙幣厚度與壓力變化 紙幣厚度隨壓力變化曲線(xiàn)2、壓緊機(jī)構(gòu)合理壓力的確定從圖可以看到，當(dāng)壓力達(dá)到12.5KN時(shí)，紙幣厚度壓到91.1mm，這時(shí)，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(dá)到所需壓力要求，確定該全自動(dòng)捆鈔機(jī)的壓力為10KN。3、壓緊機(jī)構(gòu)壓力恒定的意義壓緊機(jī)構(gòu)在壓緊紙幣的過(guò)程中，如果壓力不合理，就不能達(dá)到預(yù)期的效果。壓力小，壓不緊紙幣；壓力太大，會(huì)使電機(jī)壓緊紙幣后不能及時(shí)發(fā)出停止信號(hào)，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使電機(jī)堵轉(zhuǎn)發(fā)生損壞。所以必須合理地確定壓緊機(jī)構(gòu)的壓力。1.4 壓緊機(jī)構(gòu)傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)1、電動(dòng)機(jī)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(jī)構(gòu)在壓緊紙幣的過(guò)程中，工作臺(tái)（如圖）的移動(dòng)速度必須控制在0.01m/s。同時(shí)根據(jù)分析得到捆鈔機(jī)紙幣厚度與壓力變化關(guān)系，得到所需捆鈔機(jī)的壓力為10KN。捆鈔機(jī)所需的壓力F=10000N 捆鈔機(jī)工作臺(tái)的移動(dòng)速度=0.01m/s機(jī)

16、械傳動(dòng)的總功率=80%工作臺(tái)（如圖）的移動(dòng)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(dòng)速度：n=2r/s則： 渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度：n2=120r/min傳動(dòng)比：根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表11-1，如圖，56293114302296171542961298212982計(jì)算得：按工作要求和條件，選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓3800V，Y型。電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率/kw滿(mǎn)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(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑、散熱和維護(hù)潤(rùn)滑油的種類(lèi)很多，需根據(jù)蝸桿；蝸輪配對(duì)材料和運(yùn)轉(zhuǎn)條件合理選用。在鋼蝸桿配青銅蝸輪時(shí)，常

17、用的潤(rùn)滑油見(jiàn)表。 全損耗系統(tǒng)用油牌號(hào)L-AN68100150220320460680運(yùn)動(dòng)粘度v40(cSt)61.274.890110135165198242288352414506612748粘度指數(shù) 不小于90閃點(diǎn)(開(kāi)口)(0C)不低于180200220傾點(diǎn)(0C)不高于-8-5潤(rùn)滑油粘度及給油方法 潤(rùn)滑油粘度及給油方法，一般根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度及載荷類(lèi)型進(jìn)行選擇。對(duì)于閉式傳動(dòng)，常用的潤(rùn)滑油粘度及給油方法見(jiàn)表；對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，則采用粘度較高的齒輪油或潤(rùn)滑旨。如果采用噴油潤(rùn)滑，噴油嘴要對(duì)準(zhǔn)蝸桿嚙入端；蝸桿正反轉(zhuǎn)時(shí)，兩邊都要裝有噴油嘴，而且要控制一定的油壓。 蝸桿傳動(dòng)的相對(duì)滑動(dòng)速度0-11-2.50

18、-5>5-10>10-15>15-25>25載荷類(lèi)型重重中(不限)(不限)(不限)(不限)運(yùn)動(dòng)粘度v40(cSt)90050035022015010080給 油 方 法油 池 潤(rùn) 滑噴池潤(rùn)滑或油池潤(rùn)滑噴池潤(rùn)滑時(shí)的噴油壓力(MPa) 0.723潤(rùn)滑油量 對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)采用油池潤(rùn)滑時(shí)，在攪油損耗不致過(guò)大的情況下，應(yīng)有適當(dāng)?shù)挠土俊＿@樣不僅有利于動(dòng)壓油膜的形成，而且有助于散熱。對(duì)于蝸桿下置式或蝸桿側(cè)置式的傳動(dòng)，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高；當(dāng)為蝸桿上置式時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的13。(end)2紙幣壓緊機(jī)構(gòu)的檢測(cè)裝置2.1 檢測(cè)裝置的作用為了使對(duì)紙幣在捆扎前需用一定的壓力，捆扎后的現(xiàn)鈔在調(diào)運(yùn)過(guò)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(mǎn)采用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。該