自动捆扎机及纸带变轨机构设计大学毕设论文

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文大学学士学位论文-PAGEII--PAGEIII-自动捆扎机及纸带变轨机构设计摘要随着科学技术的发展，人们日益完善的生活中，纸币在交易中所占比例与日剧增，纸币的整理就显得繁琐：银行、超市等每天有大量的钞票要进行整理，主要就是对钞票打捆，在打捆过程中，人工打捆效率低下且不美观。为了节约时间，纸币打捆机显得极为重要。本文主要完成的任务有如下：自动捆扎机总体设计，其中包括捆扎机结构设计，涵盖了捆扎机的功能分析，捆扎机的运动过程分析，捆扎机传感器的原理及选择，捆扎机捆扎带的选择和性价分析，捆扎机纸带驱动电机和控制单元驱动电机功率和转速的选择。旋转夹装置结构设计及三维设计，并详细叙述了旋转夹夹片、旋转夹夹头、旋转夹保持块、旋转夹导轨和弹簧的设计，尤其是旋转夹得运动分析。并包括零件的强度、刚度等计算。并对产品进行了技术经济分析，使产品更能适应市场。整个设计过程中，在保证了旋转夹夹紧装置的工作精度和稳定性的同时，也保证机构工作顺序以及构件运动同步性，使自动捆扎机做到结构最优化，性能最大化，经济最合理化，设计人性化，使其为各种金融行业服务。关键词捆扎机；旋转夹；夹具；驱动电机；DesignofAutomaticBundlingMachine

Total

DeviceandRotary

ClampAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,peopleincreasinglyperfectlife,notesinthetransactionaccountsforproportionanddramaincrease,arrangementofnotesiscomplicatedwhen:havealotofmoneytocleanupthebanks,supermarketsandotherdaily,ismainlythebanknotebundling,inthebundlingprocess,artificialbundleoflowefficiencyandnotpretty.Inordertosavetime,papermoneyisveryimportant.Thispaperismainlytocompletethetasksareasfollows:automaticbanknotebindingmachineoveralldesign,includingbundlingmachinestructuredesign,coversthebalerfunctionanalysis,bindingmachine,themovementoftheanalysis,bindingmachinesensorprincipleandselection,bundlingmachinestrappingselectionandpriceanalysis,bundlingmachinetapedrivemotorandcontrolunitdrivestheselectionofmotorpowerandspeed.Rotationclipdevicestructuredesign,3Ddesign,andadetaileddescriptionoftherotatingclamprotaryplate,achuck,arotaryclampsfromaholdingblock,arotaryclampingrailandspringdesign,especiallyfortherotatingclampmovementanalysis.Andincludesthecalculationofthestrengthandrigidityoftheparts.Andtheproductofthetechnicalandeconomicanalysis,sothattheproductcanadapttothemarket.Throughoutthedesignprocess,inensuringtheworkingprecisionandstabilityoftherotatingclampingdeviceatthesametime,butalsotoensureinstitutionsworkingorderandcomponentmotionsynchronization,makeautomaticbanknotebundlingmachinetodothestructureoptimization,tomaximizeperformance,mosteconomicalrationalization,humanizationdesigntheforavarietyoffinancialservicesindustry.Keywordsbundlingmachine,rotaryclamp,fixture,drivemotorPAGEII---PAGEV-目录TOC\o"1-4"\t"标题,1"\h\u24154摘要 I32375Abstract II29467第1章绪论 174401.1课题背景 156641.2研究意义 2109011.3自动捆扎机国内外研究现状分析 22471.4论文研究的主要内容 419070第2章自动捆扎机总体设计 6123082.1自动捆扎机设计方案概述 6642.1.1自动捆扎机总体结构设计 6303682.1.2自动捆扎机功能分析 7250292.1.3自动捆扎机运动过程分析 8278352.2凸轮轴强度、刚度校核 92862.2.1凸轮轴强度计算与校核 953352.2.2凸轮轴的弯曲刚度计算与校核 11217462.2.3凸轮轴扭转刚度校核 1163952.3本章小结 127495第3章旋转夹部件设计 13181443.1旋转夹设计 13285563.1.1旋转夹保持部分设计 14272163.1.2旋转夹夹头部分设计 15112893.1.3旋转夹滑块部分设计 16243713.2旋转夹弹簧选择及校核 16287923.2.1旋转夹弹簧选择 17166713.2.2旋转夹弹簧强度校核 17300083.3本章小结 193188第4章旋转夹三维设计 20315144.1ProEngineer5.0软件简介 20259274.2三维建模 20191554.2.1旋转夹装置建模过程 2068214.2.2滑块的建模过程 2191494.2.3旋转夹齿条的绘制 22289224.2.4齿轮参数化建模 2364414.2.5螺钉标准库提取 25216594.3装配过程 2669654.4本章小结 2824011第5章技术经济分析 2939165.1价值分析概述 2965745.2技术经济分析计算 29158105.2.1可靠性指标 29266315.2.2初步设计阶段的粗略估算 30177015.2.3新产品设计工作完成后的成本估算 30316695.3产品技术经济与评价 3123605.3.1技术评价 31154335.3.2经济评价 326975.3.3综合评价 33310265.4本章小结 3415965结论 359033致谢 363242参考文献 3710185附录A 3710185附录B 43-PAGE5-绪论课题背景随着经济水平的提高，人们手中的流通资金数量更多，因此纸币的打捆整理也逐渐成为金融体系中的重要内容。纸币的打捆机通过将纸币进行分类捆扎的方式，节省了人力打捆的需要，既节约了人工成本，又提高了银行等金融企业的业务处理速度，也使得用户能够享受更为便捷、安全、有效率的金融服务。纸币打捆机的出现也意味着纸币打捆更具标准化、出错率更低、效率更高[1] 。人们拿同等价格的物品用来交易，是在很古老的时候，它标志着是货币古老的方式。用商品间接或直接替代等价物品进行交易。由宋朝最原始的纸币诞生，慢慢浮现出了布币、硬币，在源远流长的历史中占据了很重要的地位[2]。让人烦恼的问题也渐渐多了起来。纸币即使在买卖、捎带的的过程中很便捷，但在存储、清理的时候很费事。此时人类的智慧是无穷的，人类想到用钱袋容纳纸币，用防水材质的钱包装钱。伴随着世界经济快速的发展，纸币的地位在一日生活中显得更为重要，近年来金融业迅速崛起，规模较大的商家遇到很麻烦的问题就是纸币的整理，每天纸币交易的数量简单的装载工具已经满足不了了，所以纸币的整理问题需要快速解决。纸币打捆机首先对纸币按照面值分类，并把相同数额捆扎在一起，以固定数额为捆扎整体，这样不仅能够解决纸币面值不同，难以计算的难题，也使得金融业务更为便利，尤其对大批量纸币进行处理时，纸币打捆机更能发挥其优势。起先对纸币的捆扎是人工用手来操作的，逐渐人类意识到了这一缺点：效能低下、材料的使用局限性大、成本较高，例如银行、交易中心纸币数量流动较大的金融机构对于用机械化捆扎就表现的非常紧要。人类研制出了全机械的纸币捆扎机，伴随着科技不断发展由半自动操控、电机操控到电脑操控、智能一体化操控也在逐渐发展进入更高阶段。科学的发展也使得假钞越来越能够以假乱真，也为纸币捆扎机提出了更高的应用要求。同时，由于经济的迅速发展，流通货币的需要也更为频繁，纸币捆扎机的应用范围和程度都得到扩展。因此在原有捆扎机的基础上，不仅需要提高其机械的稳定性，更要提高效率，确保安全性，同时增加除纸币打捆以外的附加功能。经济的不断发展注定着纸币的流通地位，因此作为纸币整理过程中的重要机械，纸币捆扎机也需要不断地得到开发和利用。1.2研究意义现今自动捆扎机在使用过程中，仅需要将纸币放在全自动捆扎机上，机器能够自动对钞票进行处理。因此，相对于纸币的人工捆扎，无疑解放了人力，降低了人力处理成本[3]。在人力资源短缺的情况下，更应该珍视劳动力的价值，节省劳动力成本，因此纸币捆扎机的研发也就具有一定的必要性。与此同时，相对于人工捆扎，纸币捆扎机的效率更高、出错率更低，避免了金额错误。相对于利用捆扎机进行的纸币捆扎来说，人工捆扎仍然存在许多弊端。如：人工熟练度决定了纸币捆扎的速度，捆扎操作者如果存在捆扎不熟练的情况，将会严重影响金融企业的捆扎效率，也会造成金融业务的不便。与此同时，人工捆扎也存在错误的风险，缺少安全性。因此在这种情况下，自动捆扎机的出现无疑解决了人工捆扎中存在的各种问题。早在19世纪80年代，全机械式的纸币捆扎机就已经出现，但由于技术水平的落后，捆扎机缺乏自动控制能力，且捆扎机的操作较为复杂和繁琐，便利程度不高，因此在当时的金融行业并未有太多影响。同时，由于这种全机械式捆扎机价格高昂，仅有部分国有企业，因为有国家的经济政策支持，才能够对这种机器尽心购买。但这种捆扎机容易对纸币造成破坏，且机器运行时产生噪音较大，且故障时难以进行维修，因此使其难以得到普及和推广。进入到21世纪，微电子芯片的制造技术相对成熟，因此价格开始降低，且日益完善的数控技术都使得传统的机床有了更多改善的技术支撑。在技术发展的背景下，纸币打捆机也得到了迅速发展，由原本的全机械化转变为电力支持，且具有更为完备的自动化水平。从其发展来看，全自动打捆机的发展往往由时代的发展决定，以用户的需要为标准不断发展和进步，同时随着科学技术的演进而不断得到技术上的改善和功能上的丰富，因此在今后的发展过程中，全自动捆扎机的研制有着更深层的意义。1.3自动捆扎机国内外研究现状分析环球上对于全自动捆扎机械的应用都比较广泛，捆扎机械能够将零散的物品进行打包处理，从而使得搬运更为便利。在纸币捆扎方面，全自动纸币捆扎机的应用就更为广泛，且在发展至今，全自动纸币捆扎机已经不仅能够实现对于纸币的捆扎，还能够对票据等进行捆扎，且自动化水平更高。西欧等国家自动打捆机的利用程度高，纸币的整理在其经济发展过程中占据很重要的位置，且在日常的金融业务和生产及生活服务中非常广泛的应用[4]。而在我国，几乎所有的银行及其他金融企业都应用了纸币打捆机，在日常的业务处理和业务服务中得到广泛的应用。但相对于发达国家来说，我国对于捆扎机械的应用发展较晚，且研发技术基本来自国外，缺少自我研发的捆扎机。但也由于我国是世界第一经济大体，人口众多，纸币流通数量大，对于纸币捆扎机的要求也就更为强烈。20世纪80年代，我国开始对全自动打捆机进行研究，这时我国经济发展正处在初级阶段，打捆机的研究可以说是非常有必要。与此同时，纸币打捆机的制造工厂也开始对纸币捆扎机进行批量制造，在我国的各个省份进行打捆机的制造。发展到现在，自动捆扎机不仅仅能够实现对纸币的打捆，还能够捆扎票据和各类纸张。起初我国最为原始的纸币捆扎技术是利用卡具分别纸币面值，同时利用液压系统将纸币压紧，再通过人工利用麻绳或纸带的方式进行包捆。这就造成了流程的繁琐。人工的劳动强度巨大，且对于身体手指部分存在较多损害。且在捆扎过程中，由于机械精度较小，人工在对纸币进行捆扎的过程中，容易对纸币造成损害，产生勒痕，严重时能够将纸币勒断。并且利用麻绳进行捆扎的过程中，麻绳双十字无法形成一个集体，因此在运输过程中捆扎不够牢固，容易出现纸币散落的状况。为此，中国人民银行要求在纸币入库时必须使用宽塑料PP（聚丙脂）进行双十字捆扎，从而避免纸币散落的情况[5-6]。尽管如此，在全自动捆扎机还没有得到广泛应用前，机械捆扎机仍然存在着诸多缺陷。由全机械式打捆机到全自动打捆机的发展，可以说是打捆机历史上的一次重要变革，它从真正意义上实现了打捆机解放劳动力，提高工作效率的目的。在技术层面，打捆机还是对传统机械和光学、电气等技术的结合，通过不同科学领域技术的共同发展，促进捆扎机的发展进步[7]。打捆机在对纸币进行捆扎时，通过微电脑对捆扎过程中进行自动化控制，能够实现对纸币的一次性捆扎，流程非常迅速，且完成度高。目前我国打捆机主要有自动烫接式打捆机、系带式打捆机等等，其均为我国自主研发的捆扎机形式，主要区别在于其捆扎方式的不同。由于自动烫接式打捆机在使用中更具有稳定性，且更成本更低，因此也正在取代传统的纸币打捆机，在金融领域得到更为广泛的应用。也正因如此，全自动烫接式打捆机的研发也得到重视，各类打捆机制造厂商及科技研发人员都参与到机械的研发中来，烫接式打捆机也得到了更为完善的发展。自2000年开始研发后，烫接式打捆机至今已经发展完善，其也由原本每分钟捆扎五次的速度上升为每分钟捆扎二十次。与此同时，机械也更为轻巧，价格也相对低廉。从某种意义上来说，全自动纸币捆扎机的发展不仅是我国经济发展的重要见证，也是现代机械制造业不断发展进步的最好体现。相对于国内捆扎机的发展，国外纸币打捆机的研发已经由基础功能转变到附加功能上来，即纸币打捆机不仅能够实现对于纸币的收集和整理，还能够对纸币进行鉴别等，从而最终是实现纸币捆扎的全自动化。这种捆扎机的应用已经基本能够实现零人工的目的，且能够解决纸币捆扎过程中的各类问题。例如纸币的真伪辨别功能，由于纸币的捆扎基本属于入库的最后一项操作步骤，因此就必须对纸币的真伪进行确认，如果在入库前进行真伪辨别，即在捆扎前就对纸币进行人工整理，并进行真伪鉴定，也就增加了工序和难度。因此在捆扎过程中实现真伪辨别了纸币的分类整理为一体，能够极大程度上缩减纸币捆扎的难度，实现捆扎效率的提升。因此实现捆扎自动化水平的提高，也是其发展的重要方向。国外纸币捆扎机的发展起步较早，因此其在发展的过程中能够在基础功能得到实现的同时，再继续增加其自动化水平，使其能够实现自动化、流水线捆扎作业，降低人工成本。与此同时，国外的经济发展水平较高，由于市场经济自由竞争体系的存在，成本和效率对于所有的金融企业来说都至关重要，因此也就造成了其发展速率较快的情况[8]。现今，国际的塑料带捆扎机械也正在朝着全自动化和高效率化以及多样化发展：一、增强自动捆扎机单体自动化水平，使得其能够在处理过程中完成自动定位和自动捆扎，以及自动转位等功能，实现多种形式的捆扎，与此同时，还能够做到利用微机进行及时控制，且能够实现无人操作的全程自动化水平。二、高效率。捆扎功能的增加和改善也是发展的重点。现今国外自动捆扎机已经能够逐渐实现每分钟40-60道塑料带的捆扎，且在捆扎过程中，能够及时对捆扎的效果进行调节，实现高效率化捆扎。三、多样化。目前外国除了进行全自动捆扎机研发外，还有意拓展多种用途的捆扎机，如台式捆扎机等，并注意研发代替钢带的聚酯带，因而与台式捆扎机的要求相适应。随着科技的进步已经逐渐形成较为完善的纸币分离、清理、分类和捆扎、真伪辨别为一体的，具有高度集成化的设备。纵观其发展过程，纸币的捆扎机正是由于市场的需要，根据市场要求不断进行改造。因此在其发展过程中，必然也会向着更为轻巧和便利的方向发展，对于个体户和家庭来说，都具有很高的实用性。1.4论文研究的主要内容在对研究背景及研究现状进行阐述后，不难看出现今全自动打捆机在经过长期的发展后，自动烫接式纸币打捆机已经成为目前研究的主要目标。因其具有较高的工作效率，且运行成本较低，维修较为便利等优势，使其应用更为广泛。因此论文主要对以下几点进行论述：自动打捆机总体。机械的设计过程中的主要部分及对设备及仪器进行整体设计，根据其最终实现的功能及作用，对设备的零件等进行精细设计，随后才对设备进行初步生产和性能测试等任务。而本次设计则主要根据其生产的总体框架，分为整体设计及部分设计，以研制过程的主要内容为目标。旋转夹内部装置设计。本文的主要任务及对改核心零件进行设计，其主要作用及操作纸带，包括对纸带进行引导和掐断纸带。由于在操作过程中旋转夹装置的运动轨迹和方式都有着非常严格的设定，因此在设计过程中，尤其要注意准确度的达成。主要对转动电机和结构以及刚度、强度计算。对于电机转速以及相关计算将会是设计的紧要部分，其计算结果将直接影响设备的稳定性能。而其他对于机械机构的刚度和强度的计算则处于次要地位，但仍需要对零件进行校核。自动捆扎机总体设计自动捆扎机设计方案概述所有设备设计制造中，其设计生产的物品所有的目的就是要方便社会的日常生产生活，就纸币的捆扎机而言，其设计出发点是相同的。因而纸币捆扎机的整体设计从一开始就是以设备的经济性和实用性为基础的，以这两个为核心的出发点，还有确保设备的稳定运行和安全，在此基础上进行纸币打捆机的制作开发[9-10]。经过以上部分的说明，可以初步的了解目前纸币打捆机的基本工作情况，一般是有打结式和烫接式。就现阶段情况而言，所使用的打结式打捆机现在出现的情况比较多，采用的机械结构部分比较繁琐，从而导致了在维修上的困难，带来成本方面的增多，工作的效率也不高等等。因此，在这次所研究的机械就确定为烫接式纸币打捆机。前期基本确定了纸币打捆的捆扎办法之后，就要针对使用目的来对机械的结构上来进行研究和设计，这里进行这部分工作的构件有：旋转式的夹紧部件、纸带驱动动力、纸带加紧带轮、主要箱体部分、纸带夹紧部件、控制的基础单元和控制基础单元的驱动动力，还有涉及到的各个电路组成等。自动捆扎机总体结构设计进行机械部件的设计工作是在设备的整体设计上，按照已经确认后的办法，设计并给出结构方案图纸，通过这样的方式来体现设备方便社会公众的特点。把设计的方案体现成某个部分的机构或者装置，在这个工作中还需要选取部件的材料、设计基础形状、确定尺寸、进行热处理模式的选择，在这个过程中吗、，还需要充分考虑部件的加工方式、精度、材料强度等。因此在机械的结构设计方面尽管是设计图纸，在部件的设计上不是纯粹的图纸制作，这仅仅是机械制造中设计的语言。就自动捆扎机的主要设计方面而言，其考虑的是设备的经济性以及设备的方便性，结合生产成本和实际的设计问题来设计。在这个装配图纸里，能够一目了然的看到设备的各个部分的部件，整体上观察可以发现设备在部件结构上是较为紧凑的，其一大优点就是在一定程度上可以节省空间，给设备的使用方带来更大的经济效益。但是其也存在一个缺点就是，在设备的加工精度方面不是很高，因此，就设备的整体来说，在这个的设计中都可以达到初始的设计设想。如图2-1所示，就是该型号设备的结构设计图。图2-1自动打捆机的整体结构设计图自动捆扎机功能分析就单纯的自动烫接式的打捆机来说，设备要进行的工作就是要把纸币捆扎好，但是这就要很多的操作来一起进行，在这次的设备设计中，就进行了光电感应方面的研究，要在机械部件设计、电子、光学几个方面来一桶进行，因此在设备中的各个组成部分之间都联系紧密，如果要达到所有部分间的紧密联系还需要单片机，也就是微电脑技术方面。通过这样的方式，实现设备的自动化和智能化，让推广的设备可以得到更多消费者的认可，以此取得更多的经济效益。就现阶段的设想，参考发达国家的生产技术，按照社会大众的实际生产需求，把这个产品设备的构想定位在：确保稳定性的基础上，进一步的让设备里的部件更加紧凑一些。采用合理、科学的结构来进行捆扎的工作。如图2-2所示，就是自动捆扎机的操作示意图。放入纸币放入纸币传感器接受信号纸带控制电机反应加热头及旋转夹控制电机反应单次捆扎完成图2-2自动捆扎机的使用流程图在这个环节中，其关键的工作就是要实现设备里所有部件的紧密配合。确保构件在确定好的时间和位置上来工作完成纸币的打捆，尽可能少的避免错误，确保打捆工作的进行。自动捆扎机运动过程分析设备中的处理元件发出信号到直流电机上，要让纸带驱动电机和控制部分在按照正常的工作来运行，研究设备的运转流程，画出设备的正常运转流程图，如图2-3所示，自动捆扎机运转流程图。纸带驱动电机运动纸带驱动电机运动控制单元驱动电机运动微处理器将信号发送至两个电机驱动器微处理器收到信号图2-3自动捆扎机机械部分工作流程如上图所示，自动捆扎机的要设备内的所有部件紧密的联系，在设备的主要部件微处理器上接收到处理信息之后，紧接着在纸带驱动机上进行。在驱动电机接受的信号后，纸带的驱动机第一步的工作是把纸带抽紧，在设备内的加热头把纸带进行粘合，与此同时把纸带切段之后，把纸带输送到指定位置，以备之后进行纸币的打捆工作。在纸带的驱动电机工作里分为3个部分，在微处理器感应到输入信息时，处理器马上发出信号到纸带驱动电机部件，也就是电机进行运转，这。纸带在收紧之后，配有分度均匀的码盘和感应部件，纸带进行动作，把该信息发送到微处理器，之后反馈的信息通过分析，在纸带的输出长度到合适的长度时，就马上停止了信号的传递，在这个时候会有对应信号的波动，这种误差的出现在正常的正常运转中是在允许范围内的。纸带驱动机的第二个环节，在纸带到达合适的长度范围时，设备的微处理器即刻就会中止信号的输出，在这个时间里，纸带的驱动机不再接收到电机控制部件的信号，在摩擦力的作用下会中止运动。这个时候要独自看纸带驱动电机的工作过程，忽略控制单元的电机工作。在控制单元电机工作结束之后，微处理器就马上回接收到控制部件，也就是凸轮轴尾部的码盘与光电感应器一起发出的信息，在微处理器接收到这个信息之后，朝纸带驱动机控制部件发出信息，这个时候的信号经过控制部件进行信号放大之后到达纸带驱动电机，这个时候把设备内的纸带朝放松向进行，为之后的纸币打捆做铺垫。研究纸带驱动电机之后，现阶段研究十分重要的一步是控制单元电个机，这个运转分为4个部分，还有7个小部分。以下进一步针对纸币的打捆过程进行运行研究。这里的4个部分是：设备旋转夹进行旋转；设备纸带夹运转夹紧；加热头进行粘合切断；其中的每个构件回到初始位置。如图表2-1所示，设备的工作流程图以图表形式标出。表2-1运动规律流程表部件流程表纸币放钞捆扎完成拿走钞票完成抽带抽带纸带夹夹紧放松并后移前移归位旋转夹松开纸带后移向下运动旋转归位加热头向上粘贴纸带并剪断归位送带送带顺序1234完成目前基本流程都使用图表的方式展现，通过这样的方式可以让大众简单、清晰的了解设备的运转过程。就控制部件驱动电机而言，这系列的运转都是闭环的，在部件的尾部有双排的感应装置，这里的所需要的是进行监视和过程控制。作用体现在已下2个部分中，第1个部分是纸带经过加热头的加热粘贴后，这个时候驱动单元的电机会中止运行，这个是第1个光电感应部件的用处，在东西收好之后，设备中的所有构件回到初始位置，为之后的工作铺垫，这个过程是由第2个光电感应器决定，通过这样的方式达到了比较粗糙的闭环控制，当驱动部件的运行速度到达一定时，在阻力的作用下，设备的工作就会维持在一个准确度较好的情况。凸轮轴强度、刚度校核微处理器在设备的控制部件上是重要环节，其决定着驱动电机的运转，机器的运动在通过减速箱的作用后在平稳性方面有了显著的提高。在设备里，驱动运转由凸轮轴所进行，其承载着所出现的应力，因此就在这里进行校核[11]。凸轮轴强度计算与校核通过材料力学的资料得到： (2-1)凭据第三强度上的基础理论： (2-2)如下： (2-3) (2-4)为轴的计算应力，单位为Mpa；M为轴所受的弯矩，单位为N·mm；W为轴的抗弯截面系数，单位为mm3。带入数据计算得： (2-5)最后计算得到： (2-6)遵照扭矩强度计算条件： (2-7) (2-8) (2-9) （凸轮最大处） (2-10)其中：为扭转应力，MPa；为轴所受的扭矩，N·mm；为轴的抗扭截面系数，；为轴的转速，r/min；为轴传递的功率，kW；为许用扭转切应力，单位为Mpa。计算得： N·mm (2-11)轴的最小直径为： (2-12)由机械手册查得在35-55之间，所以小于许用应力，故此设计满足要求。凸轮轴的弯曲刚度计算与校核最大挠度的计算公式为：在处， (2-13)偏转角： (2-14) (2-15)其中： (2-16) (2-17)凸轮轴近似实心圆柱： (2-18)代入公式计算得： (2-19) (2-20)由机械手册得，此轴的弯曲刚度校核合格。凸轮轴扭转刚度校核在材料力学中，实心圆柱的扭转角计算公式为： (2-21)这里：为扭矩，N·mm (2-22)为剪切弹性模量，Mpa (2-23)为轴截面极惯性矩， (2-24)代入上述公式，得： /mm (2-25)依据机械手册可以看到，就传动轴方面来说在精度上的要求比较高，这里的扭矩角要比许用扭转角来得小，所以就确保了扭矩在刚度方面的要求。本章小结本章是对自动捆扎机在总体结构上进行的设计和研究，针对打捆机工作的特点来进行论述，其中对打捆机的详细功能做了充足介绍；并将打捆机的主要运动，打捆的方式，捆扎带的选择等做了充分的解释和说明，打捆机的传感器选择也进行了简单介绍，并且对整个打捆机的主要传动装置，凸轮轴做了强度和刚度校核，从而保证整个机构平稳、顺利运行

旋转夹部件设计旋转夹是由几个零件通过轴套、螺栓连接组成的，其中主要有旋转夹保持块、滑块和旋转夹夹头三部分构成。旋转夹设计对纸带进行夹紧、旋转纸带以此来完成纸币的打捆机械化的工作，这些就是旋转夹夹紧部件的主要内容[12-13]。作为设备的主体设备部件，旋转夹夹紧部件的一般作用是对纸带来操作，这里的工作原理是：在初始阶段，旋转夹夹紧部件会把纸带给夹紧，让纸带在设备里的导轨上确定在适中圆弧，通过这样的方式能够确保钱按原定的方式进入到纸带打捆的位置。在纸币进入设备的检测位置时，纸带上的卡盘在驱动电机的带动下进行运转，在这个时候，进行翻转和向下运转。这里的分运动流程是第一步向后和纸带进行分开，然后进行旋转，通过这样的过程是为再次的打捆做铺垫。在设备加热头和纸带切断部件一起运转把纸带切断，还可以在加热位置把纸带进行粘合，一系列的过程就是纸币打捆的一个完整过程。如下图3-1所示，旋转夹的拼装图。图3-1旋转夹的拼装图在完成打捆工作后，要确保机械化的进行纸币打捆内容，设备里的旋转夹夹紧部件就要完成继续进行的步骤：驱动电机以一定的速度提供纸带，旋转夹加紧部件往后进行旋转，这个时候要确保较好的精度，在纸带抽送的运转中，夹紧部件再次把纸带夹紧，以此来达到完整自动打捆的进程。这样设备部件的工作就往复进行，以此来达到自动纸币打捆的所有过程。旋转夹保持部分设计把设备旋转夹里的小部件分解，小部件分为了3个关键环节吗：滑块局部、旋转夹局部、旋转夹保持局部[14-15]。如下图3-2所示，旋转夹保持部件。图3-2旋转夹保持部件图中所指部件是所有旋转夹里的一些固定部件，由于在运转的操作下，旋转夹囊括6个方向的自由度，因而在固定约束方面就要由2个导轨来约束2个方向的转动以及2个方向的轴向偏离。在2个大小不一致导轨的影响下，在一定程度上提高了设备工作的准确度，在降低了设备工作晃动方面的影响。在2根导轨的稳定中，没有使用原来的螺栓固定，是使用了螺栓残余预紧力来固定，通过这样的方式，固定力就全部是取决于摩擦。其优点在于一方面减少了加工的工序流程，另外一方面也节约了制造零件所付出的时间成本。与此同时，一旦部件有了异常问题，比如断裂，这样就能够做到方便替换使用。在一定程度上，这样的设计是具有科学性的。在滑块上有2个螺纹孔，这个的作用要和箱体进行紧固作用的，一样是使用2个并行的螺纹孔来让旋转夹来确保部件在一个合适的状态下。这里所使用的原材料是铝材，导轨的制作是用铸铁的方式再加上进行电镀，通过这样的方式让旋转夹在移动的时候尽可能的减少受到滑动阻力的影响，让部件运转的更加流畅。套上弹簧的导轨2，在这里的作用是复位。在凸轮把力从杠杆传导到滑块上时，滑块在导轨2上向后运动，在这个时候导轨2上的弹簧受到一个压力的作用。在凸轮到小轮的点上时，滑块就不会受力，滑块借助弹簧的弹力回到初始的地点，这样就完整的进行了运转。旋转夹夹头部分设计就如旋转夹保持，这个部分会稍微繁琐一些，在具体结构上也比较精巧，如果和肢体一般进行了纸带由松弛到收紧的这样一个工作[16]。如下图3-3所示，是旋转夹的部分。在这个部分里是所有的的旋转夹夹紧部件的主要零件，在这里能够看图3-3旋转夹部分到这个部分和肢体一般，纸带是其进行的对象，在旋转夹把纸带牢牢的夹紧。在这些零件里，如果两个导轨都使用了螺栓残余预紧力进行固定的模式，这个的优点在于和旋转夹都确定在一定上的一致。在旋转夹夹头和旋转夹具两者中是一样都使用了螺栓预紧，这样一方面就让旋转夹在松紧的程度上可以进行调整。通过这样的方式就可以适应多种样式的纸带。在这个图示中，没有出现导轨2上的弹簧和尾部的螺栓，在旋转夹进行运转时，这里的工作状态就分为了2个部分，在旋转夹的整体上下进行移动以及旋转夹的回转进行。以此来确保运转的动力是来源于设备的凸轮轴以及导轨2中的弹簧，在待运行的情况下，旋转夹夹头牢牢的夹住纸带，在这个时候在导轨2上的弹簧就是在一个压缩的情况下，但是旋转夹的整体在滑轮的作用下时稳定在上面，凸轮进行运转，让杠杆向下移动，旋转夹部分也向下移动，在向下移动的同时，齿轮在滑块上的齿条影响下进行回转运转，以此来让旋转夹一同来进行回转工作。在这个时候，滑块向后进行运动，以此就完成了所有的动作：旋转夹的夹头在朝后进行把纸带松开，旋转夹进一步的翻转，让旋转夹在之后进行往下的动作，滑块带动旋转夹往前运动，再一次完成夹紧纸带的工作。在这个时候的纸带是正向的，如果后凸轮在带着杠杆让旋转夹到达之前高度的一半，这时候的纸带就是一部分被翻转过来，处在四十五度这样一个角度上，这样就较容易观察到这次打捆是不是完成了。在打捆工作进行到把纸币拿走时，就再一次的向上运转到原来的位置上，在旋转夹旋转到九十度时，纸带就到了反向，纸带在驱动电机的转动中把纸带推出，再一次形成纸带轨迹，为之后的工作做铺垫。旋转夹滑块部分设计作为设备旋转夹运转最重要的一部分，期间的导轨和轴的运动都在这个位置来完成，如下图3-4所示，滑块部分的平面。图3-4滑块部分在设备的滑块部分最重要的一个零件是轴套，由于这些是设备旋转夹机构进行运转的关键。其主要是进行旋转夹前后以及上下4个自由度上的运转。这里滑块的作用是体现在和导轨一样，让设备的旋转夹运转依据轨道来进行，使用铝制的合金并且经过了电镀处理，达到了设备减负的同时，让部件在性能上得到一定程度上的增加，让各个导轨都有2个轴套，通过这样的方式来确保部件运转的顺畅。旋转夹弹簧选择及校核因为设备进行的工作是在纸币的基础上来进行的，设备的部件是由铝合金、铁材料以及钢制材料来进行的，但是就纸币而言，在使用强度上是没有很大的要求，在日常的生产生活中，不要对钱币来进行加工，在实际的过程中校核的情况在很大程度上大于最大强度的要求。这样的方式就会造成生产成本上的浪费，在一定程度上增加了生产的实际成本。因此，在钱币的整理工作里，对这种形式的的校核会变得没有很大的作用。在这个设计工作里，要对2根弹簧的强度来校核。旋转夹弹簧选择下表是设备所要完成的弹簧强度校核，在设备所使用的弹簧选择中，列出如下表3-1。表3-1弹簧材料及性能类别代号许用扭应力[tT]许用弯曲应力[σb]/MPa材料性能钢丝碳素弹簧钢丝0.30.4强度高，性能好，适于做小弹簧60Si2Mn60Si2MnA471627弹性好，回火稳定，易脱碳，适于做受大载荷的弹簧65Si2MnWA

60Si2CrVA560745强度好，耐高温，弹性好30W4Cr2VA442588高温强度好，淬透性好。不锈钢1Cr18Ni9Ti324432耐腐蚀，耐高温，适于做小弹簧4Cr13442588耐腐蚀，耐高温，适于做大弹簧Co40CrNiTiMo500666耐腐蚀，高强度，无磁，低后效，高弹性所采用的是碳素材料的弹簧钢丝，这个原材料的特点符合旋转夹运动的要求，特别是体现在材料的强度高和性能好方面。旋转夹弹簧强度校核在设备的2处弹簧中，在水平方向上设备弹簧是始终在放松的状态，在纵方向上的弹簧是始终在压缩受力的状态，这个工作的状态是放松的状态。以下所进行的是弹簧在强度和刚度方面性能的校核。参数如图3-5。由公式得： (3-1)其中：旋转比；弹簧直径；弹簧圆外径；弹簧圆内径；弹簧圆中径，节距，螺旋升角；自由长度；曲度系数；切向力对扭应力的修正系数。由此可得到扭应力： (3-2) (3-3) (3-4) (3-5) (3-6)钢丝直径为： (3-7)图3-5弹簧的参数通过计算得出在这样的尺寸下，弹簧的强度满足许用条件，并且超出许用条件1.3倍。增加了构件的使用寿命。弹簧受力后轴向形变量： (3-8)其中：为弹簧圈数；为切变模量。得出弹簧圈数： (3-9)刚度： (3-10)经过计算，刚度满足最低许用条件。本章小结本章着重对旋转夹部件从结构功能设计进行剖析，其中包括旋转夹夹片的设计，旋转夹夹头的设计，旋转夹夹头回转轴的选择，旋转夹齿轮齿条配合机制，旋转夹保持块和滑块的设计，轴套的选用，弹簧的选择及强度校核。均符合设计标准，可流畅运行。

旋转夹三维设计ProEngineer5.0软件简介操作软件Pro/Engineer不仅集合了CAE、CAD，还有CAM，是属于美国参数技术公司的三维软件。第一个应用参数化技术的就是该软件，其在参数化方面非常的出名。在如今的三维造型软件圈子内，地位举足轻重。之所以Pro/Engineer会受到全世界的青睐以及认可，主要由于其已成为了现在机械CAD/CAE/CAM领域新的标准。在当下的市场上，这类操作软件在CAD/CAM/CAE软件中占据主导地位，对于我国产品设计来说，也有非常重要的作用[17]。该软件不仅含有基于特征建模、参数化设计的特征，此外还具有单一数据库。这些特征使得软件在运行和处理时，能够发挥更好的效果，特别是在三维建模时，运用的更加便捷。三维建模从旋转夹夹紧装置来看，零件是部件建立三维模型的起始点，通过将不同部件的三维构架画好后，拼接零件并获得不同部分小装配图，利用小装配图进行定位，从而建成旋转夹夹紧装置的三维模型。除此之外，本文还将重点对旋转夹装置的建模过程以及滑块的建模过程进行详细的介绍，旋转夹装置建模过程将Pro/Engineer软件启动后，点击界面中的文件，选择新建。这时，会有一个对话框跳出，在跳出的对话框中选择零件，并为旋转夹零件取名，其中有缺省模板，这项要选择取消。绘图界面在单击确定之后就会出来。通过单击屏幕绘图栏中的拉伸，并在选项中选择放置。在选择主绘图面时，选择front；辅助的参考面选择right。在界面中绘制圆，直径为12。通过单击绘图区域中的对号，草绘过程便结束。在拉伸的选项板中，输入数字58，此为拉伸的尺寸，通过单击选项板右侧的对号，便创建好了旋转轴的其中一部分。在界面中创立2个互相垂直且是以旋转夹的轴线作为中心的参考面，选择选项中的拉伸并单击选项中的草绘。将旋转夹夹头的样式描绘出来后同样也选择深度为12的拉伸，并将中轴线作为基准。通过往上方偏移，移动1；往下方偏移，移动0.5建立模型，并点击界面中的对号。利用相同的方法，将豁口画好，在设计螺纹时，直径的大小要为5。到此，建模的前半部分就全部建好了。选择bottom面，以该面的基准为中心轴线。打一个深度为15的孔，将螺纹直径大小为5的孔，打在与螺纹平行的位置。当操作结束之后，处理全部的棱。在界面中，选择直倒角这一选项，并且选择“角度长度”，角度与长度的输入值分别为：45、0.5。将全部棱都选上，勾选界面中的对号。此时，旋转夹夹头的模型就建立好了。如图4-1所示。图4-1旋转夹头滑块的建模过程接下来，绘制旋转夹滑块，绘制结束后如下图4-2所示。启动软件，并选择新建零件以及毫米制。在绘制面和参考面的选项中，分别选择front面、right面。绘制长度为30的正方形，在拉伸长度一栏中，输入数值为12.5。随后，以该表面作为草绘面进行选择拉伸。绘制一个长方形，长为50、宽为30。长方形拉伸长度输入的数值为12.5，并单击界面中的对号。在对三角形进行绘制时，要用right面，在拉伸时，长度输入50。至此，滑块的整体基本做好。当在绘制横向孔以及纵向孔时，单击界面中的孔工具，选择的参考平面数要为2个，选好后，将孔深以及孔径的数值输入至界面中，完成模型的建立。其中，纵、横向孔的数量都为2个，采取相同的方式对齿条孔进行绘制，绘制好后，全部孔都要进行双面的倒角，角度的尺寸为45，长度的大小为0.5。此时，滑块的建模就结束了。图4-2滑块旋转夹齿条的绘制在拉伸建立长方体之后，将草绘面作为绘制的底面，绘制一个轴，轴的直径大小为10。在测定好齿条的具体尺寸之后，绘制一个以front面作为草绘面的梯形。利用尺寸工具对该梯形进行限制之后，就绘制好了单个齿，在选择拉伸进行取材料之后，便完成全部的制作过程。选中已经绘制的单个齿模型，并在列阵的选项中选择方向阵列，在列阵个数的输入框中，输入数值15，而列阵的间距大小同齿根深度一样，单击完成按钮，完成齿条建模过程，如图4-3。在整个旋转夹中，最为重要的，而且绘制起来难度较大的图形就是前文中所显示的图4-1、2、3。旋转夹夹头对于旋转夹的零件图而已，可谓是核心的部件。此外，零件还有更加细致的，比如，在旋转夹上下运动起导向作用以及旋转夹前后运动起导向作用的导轨、滑块和导轨相互间的连接螺栓、旋转夹的夹具与夹头间的连接螺栓等。在本文中，不对其余零部件进行赘述，其三维建模如图4-4。图4-3齿条图4-4其他零件图齿轮参数化建模已知标准圆柱齿轮的参数为齿数z=10，压力角α=20°，模数m=1mm。利用ProE提供的程序功能精确绘制直齿轮的实际渐开线齿廓曲线，并利用ProE的参数化造型技术完成直齿轮的三维实体造型设计。要求经过ProE的程序设计，当用户只要输入直齿轮新的设计参数后，系统即能够自动快速地创建出该齿轮的三维实体模型[9]。节圆半径： mm (4-1)基圆半径： mm (4-2)周节： (4-3)分度圆齿厚： (4-4)齿顶圆半径： (4-5)齿根圆半径： (4-6)齿轮的基圆齿厚： (4-7)齿轮的基圆齿厚角度： (4-8)齿轮的基圆齿间角度： (4-9)在Pro/E程序被启动之后，选择相关的文件，单击新建的命令。当有对话框弹出时，在对话框的类型选项组里选择相关零件选项，当有子类型出现时，所选择的选项为“实体选项”，此外，还要接将系统已经默认的选项取消。当执行好上述步骤之后，通过将“chilun”作为新建的命名。一旦单击“确定”的按钮，新文件选项的相关对话框就会出现在界面中，并且在新弹出的对话框的模板选项组中，将选项mmns_part_solid作为选取对象。随后通过这一对话框里面的确定按钮，便可以进到ProE系统的零件模块。当工具里面的程序命令被选中，瀑布式的菜单管理器就会出现在界面中，并在其程序菜单一栏中所选的选项为“编辑设计”。这时，记事本应用程序就会被打开，并在其中将公式输入，如果输入程序的步骤已经结束，要单击保存，随后退出。开始创建轮坯。选择插入并单击拉伸命令，单击绘图区右侧工具栏中的工具按钮——草绘，草绘平面选取标准基准平面FRONT，剩余的选项则按照系统已经默认好的设置进行，进入草绘模式。绘制一个圆，半径为任意值，单击操控板中的双侧拉伸按钮创建实体特征，然后拉伸深度值改为1，创建实体。以同样的圆心建立三个圆，半径任意，然后将记事本内的参数一一对应，以RIGHT面建立另一个参考平面，创建首个齿轮中的齿面采用方式为可变剖面扫描，选用之前已经创建好的基准曲线，在按住键盘中的CTRL键的同时，选择刚创建成功的镜像基准曲线，当做附加的轨迹。这时，首次选中的曲线中会出现红色的箭头，这个箭头表示的是扫描的方式，使用鼠标单击在操控版里面的相关参照选项，选取水平控制或者是垂直控制下拉列表里面的“X轨迹”，然后寻找操控版里面的草绘按钮并单击，就可以进到草绘的模式中，绘制一条尺寸不限的直线，通过将关系式加入其中，其实直线尺寸受到控制。此时系统自动再生所绘制的直线，单击确定按钮，退出草绘。隐藏基圆上的基准曲线，以镜像的方式复制出另一个齿面。用切剪材料方式挖出齿槽部分。单击操控板中的选项菜单，在弹出的选项面板中设置为向两侧均拉伸至与所有曲面相交。然后单击确定。创建阵列特征，完成齿轮绘制。如4-5图所示。图4-5齿轮螺钉标准库提取打开ProE，选择装配，先将需要的文件打开，然后在PROE窗口左侧点“文件夹浏览器”，找到“ALLLIBRARIES库文件总目录”，你依次点击即可。比如打开一个螺钉，应点库文件总目录选择GBLIB目录下的JOINTFASTEN并找到SCREWS。选择需要的螺钉。主要过程如图4-6。图4-6螺钉装配过程在三维建模的过程中，装配也很关键。通过几张装配图或者是单张装配图，就可以将零件绘制好。下文将对零件装配过程进行阐述。第一个需要装配的是旋转夹的夹头部分，通过新建一个文件，然后同时选择相关组件，并且选用毫米制，完成图纸的新建。在选择时，对号模板不采用缺省模板对号。单击屏幕中的插入功能，同时选择相关零件，在图吃中，同时插入以及绘制完成的旋转夹的夹头、夹具、中轴以及齿轮和相关的对应螺栓。随后，选取零件之间的对位基准：旋转夹的夹具与夹头之间的基准采用面与面对齐的方式、旋转夹的中轴与夹具间采用的基准为面与面之间的偏移以及轴对齐的方式。其余零件装配的过程也大同小异。旋转夹部分的装配全过程大致如下图4-7。装配的整个过程通过这个流程图能够充分的表现出来，在装配好之后，对全部零件采用爆炸的形式，换句话说，就是利用软件达到非手动拆散的目的。图4-8显示的是旋转夹在装配好之后的整体效果图。打启动软件，选用此前已经做好的装配图。打开装配组件里面的视图管理器，点击分解，建立一个全新的分解视图。单击属性，对分解位置进行编辑，然后将零件平移。在按住ctrl键的同时，选取一到多个零件，随后将光标移至坐标颜色为白色的某轴中，如果可以进行拖拽，轴显示的颜色为红色，通过单击图标——旋转，就可以对零件进行旋转。此时，有选择旋转轴的提示，光标在接近边界的时候，就能够加亮，只要点击就能够将偏移线选中，而想要表达分解的关系，可通过引线达到目的。在切换至分解的视图，单击保存分解，就完成了爆炸的整个过程。图4-9就是旋转夹部分的爆炸图。旋转夹夹具总成旋转夹滑块总成旋转夹保持块总成旋转夹旋转夹夹具总成旋转夹滑块总成旋转夹保持块总成旋转夹夹头、旋转夹夹具、旋转夹中轴、旋转夹齿轮、螺栓等旋转夹滑块、轴套、导轨等滑块、齿条、轴套等旋转夹保持块、导轨、螺栓旋转夹旋转部分旋转夹滑块部分滑块部分旋转夹保持部分旋转夹总成图4-8旋转夹装配图图4-9旋转夹爆炸图本章小结在本章中，重点阐述了零件的绘制、装配以及爆炸图等三维建模的过程。在绘制的全过程里，软件ProE的主要思想是从平面到三维立体，从单个零件到旋转夹机构的拼装，完成旋转夹得三维设计及拼装。

技术经济分析价值分析概述价值分析也是一门科学，是对技术经济效益进行深入研究的科学。其利用产品成本与附属功能的合理化提供拥有较高价值的产品，此外，还能够让企业在技术经济效益方面得到提升。产品设计是工业设计中的主要发现，产品流入至市场后，就成为了商品，而我们设计的产品在形态、价值以及功能等方面的因素影响着消费者的抉择，因此，在设计之初就要对上述因素非常的明确。作为设计师，一定要懂的是怎样去提高产品功能以及价值，使生产的成本降到最低[18-19]。在这一门科学中，对一个事物的有益程度进行评价的标准是价值，而价值通过一个比值来体现，具体为事物的具体效用与取得该效用需要投资的人力和物力等的比值。简而言之，价值等于效用除以投入资源；而产品的价值等于产品的功能除以产品的生命周期费用。 (5-1)从上述的论述中不难看出，产品的价值与功能呈现出了正相关的关系，产品价值与赋予产品一定价值所需要花费的资金成本呈现正相关。从产品的功能角度上看，成本与价值成反比；从产品的成本上看，功能水平与商品的价值呈正比。在评价产品时用价值作为评价依据，可以有效的将产品和功能相互融合起来。价值的高低与产品的好坏有直接的关系，价值如果较低，就意味着有需要改进的地方。不过价值评价却是属于相对的概念。如果价值的标准是相同的，那么在对价值进行评价、进行比较的时候将会更为准确。 (5-2)5-2中的F必表示用户所要求的必要功能；式中的C最低表示如果实现该必要功能需要耗费的最少费用；此时的价值最高等于1，其余情况下，都不会等于或者大于1。技术经济分析计算可靠性指标所谓可靠性，指的是产品在规定的时间与条件中完成既定功能的一种能力。而可靠性的特征量可用数量来表示，也可称之为可靠性指标。可靠度可以使用5-3的式子表示： (5-3)在式子中，R代表可靠度（0≤R≤1）；F代表不可靠度；λ代表故障率；t代表时间。维护度代表的是产品没有故障产生一直工作的概率大小。一般而言，产品不可能在工作过程中无故障产生，而维护度就是用来反映产品在整个使用的过程里产生故障之后可以马上得到修复，并且保持较好运行情况的总体能力。维护度的表达式如下： (5-4)在式子中的M代表维护度、μ代表修理率、t代表时间。有效度试制产品修复时间与无故障工作时间之和等于可靠度。表达式具体为： (5-5)在式子中，T0与tn分别代表的是产品没有出现故障工作的时间、出现故障不能工作的时间；A代表有效度；t0与tλ分别代表平均的工作间隔时间、工作修复时间。初步设计阶段的粗略估算在初步设计时，粗略计算的公式如下： (5-6)式中：C代表的是新产品估算成本，单位为元；C1代表的是相似产品的单位重量偶会尺寸规格的成本；H代表的是新产品的设计质量，kg或者尺寸规格，单位为mm。新产品设计工作完成后的成本估算当新产品被设计好之后，成本估算的计算公式如下： (5-7)式子中，C代表的是新产品的估算成本，单位为元；M1代表的是原料以及核心材料费用，单位为元，预计费用大约为300元；L代表的是生产工人的基本工资以及他们的附加工资，单位为元，预计费用大约为100元；α代表的是车间经费的分配率，单位为%，预计80%；β代表的是企业管理费的分配率，单位为%，预计70%；γ代表的是其他费用所占成本的百分比，单位为%，预计30%。通过计算得出新产品估算成本为446元，原料以及核心材料费用： (5-8)式子中，R代表的是所回收的金属废料价值在全部价值的所占比，单位：%，预计40%；Si代表的是第i种材料的价格，单位：元/kg，铝材料的价格为23元；Gi代表的是i种材料的单位消耗定额，单位：kg；n代表的是材料的具体种类；Mn代表的是外购件具体价值，单位：元。如果是系列产品，其材料成本M2估算的公式如下： (5-9)式子中，H1代表的是某一新产品属于相同系列的某规格老产品的重量大小，单位：kg；H2代表的是新产品的重量，单位为kg；M1代表的是与某一新产品同系列的某规格老产品单位重量的基本材料费用，单位：元/kg。产品技术经济与评价在评价一个新产品的开发设计方案时，评价的内容主要是对技术、经济以及综合的评价。所谓的技术评价，指的是评价产品的技术性能，从而从所有设计方案中挑选在技术性方面最优的方案[20]。技术评价的步骤以及方法总共有三步。第一，对技术性能评价具体项目的确定。归属于技术性能评价的项目涉及很广，只要是可以表示产品功能、工艺性、使用性、质量以及和技术特征有关的指标都可以作为评价的项目。机械产品评价的项目不仅涉及产品的基本功能、质量、可靠性、节能性、便捷性、易维修性、体积、质量以及外观，还涉及了产品和零部件的步标准化程度及结构的工性等；第二，对各评价项目的评分标准进行确定。通过这样的方式能够在相互对比以及评分的时候更加便利；第三，开展技术总评价。依据相关的评分标准，对产品设计方案中的每一个评价项目开展比较以及评分。技术评价技术评价的公式如下： (5-10)式子中，X代表的是技术评价值；理想设计方案的技术评价值为1；P1、P2、…、Pn代表的是开发的新产品各个评价项目的评分值；Pi代表的是第i个评价项目的评分值；Pmax代表的是标准分值，也就是评价项目的最高分值；P代表的是P1、P2、…、Pn的算数平均值。自动捆扎机有三个设计开发方案的技术评价项目和评分结果，如表5-1。技术特征评分分数方案1方案2方案3ABCDEF322234433333443433表5-1方案比较表各方案的技术评价为： (5-11) (5-12) (5-13)评价标准为X等于1，在现实生活中，这样的标准方案较少出现。通常，技术性评价分为三个等级，最好，分值为0.9、很好，分值大约为0.8、不合要求，分值低于0.6。一旦技术评价各个项目间的相对重要性有非常大的差异时，要采取加权评分的方式选择较优的方案。加权评分的计算公式如下： (5-14)式子中，Xg代表的是加权技术评价值；Wi代表的是第i个评价项目的权数。经济评价从经济的角度评价产品的设计方案其目的在于将制造费用最少的方案选择出来，在制造费中，包含了材料的费用、管理的费用、工资的费用等。在计算制造费时，假设将产品研制的相关费用也算在其中，就可用如下的式子从经济方面评价方案。 (5-15)式子中，Y代表的是经济评价值；H代表的是实际制造费用；Hs代表的是标准或者说是理想的制造费用，是允许制造费用的70%。若Y=0.7，意味着佛纳甘的经济性更优，如果＞0.7，那么经济性就更好。综合评价如果一个方案只通过技术或经济方面的评价，那么无法单单从X值或者是单单从Y值作为评价依据选择最好的决策。其原因在于，如果两个方案在比较时，其中某个方案的X与Y值都优于另一个，那么这个X、Y值更优的就必然成为最优方案，但如果某个方案中的X值或Y值其中一个高于另一个方案，而剩余的一个值低于另一个方案，那么此时就很难判断到底哪个方案才是最好的。因此，除了通过上述两种评价方式之外，还要通过综合评价来判断方案的好坏。综合评价的方法为，将每个方案中的X值与Y值相乘，然后对所得值进行开方，方根最大的方案就是佛纳甘最好的。综合评价的计算公式如下： (5-16)式子中的Z表达综合评价值。此外，综合评价还可利用经济评价与技术评价相互间的对比关系曲线来表示，如图5-3。图5-3技术经济综合评价示意图在这个曲线图里，X的数据表现在横坐标中，表示技术评价，Y的数据表现值纵坐标中，表示经济评价。而X值与Y值的交点处就是Z，也就是对经济和技术的综合评价值。从图中不难看出，当X与Y的值都为1时，Z达到了最佳值，即Zmax。所以，如果Z值与Zmax越靠近，那么就表示这个方案在经济效益以及技术性能方面表现的更为出色。一个方案想要有较强的经济生命力，那么不仅要求方案的技术性能高，此外，制造和使用的成本都要低。利用车削加工零件的费用包括了23元的材料费，72元的加工费，以及在工人工资的费用、设备折旧的费用以及企业管理的费用等均摊后的70元，共计106元。在验证完样机的功能性之后，从工艺技术经济角度去分析利用该组零件去做批量生产的具体情况。例如，外包加工，这时其他企业就要支付8万元的制造费用，如果按照3年一共生产1000台的量计算均摊模具的费用，那么每一组零件在这一块需要均摊150元。零件原材料的费用等于材料单位价格乘以重量，共81元；加工的费用等于单位材料的加工费用乘以重量，共52元。除此之外，每组件需要均摊17元的零件包装以及运费方面产生的费用。此外，还需要对技术性进行验证。所使用的车削件在技术上存在一些问题。在加工过程中，使用的设备不仅涉及激光切割机、攻丝机、数控折弯机，还涉及转塔冲床以及钻床等，零件的加工质量以及零件的质量稳定性收到设备精密度的影响。更关键的是，在整体设计结构方面存在局限性，或者说是零件设计的工艺性存在一定问题，是的落料加工整个过程中所出现的内应力无法完全去除，使得折弯之后的零件表面不够光滑，平面度非常低，造成增加人工成本调平零件。不过，人工调平零件存在不够问题的问题以及容易出现反弹的问题，在装机之后，走钞通道的间隙就会太大，而且不是很均匀，这时图像信号以及磁信号的波动就会太大，采集效果不佳，只能通过对零件进行多次的调整或者是对部件进行更换。这降低了装配的质量和装配的效率，此外，机器的功能也会收到一定影响，导致机器的性能无法非常稳定。采用外包加工的方式有诸多好处，除了让成本得到降低之外，钣金件在平面度方面存在的问题也得到了解决。使得走钞通道间距有了保障，磁头与传感器在采集信号之时，间距处在最佳值，实现机器设计所有功能。本章小结本章主要对自动捆扎机的零件进行技术经济分析，并以点概全，通过大数据计算和技术手段分析，完成了打捆机零件加工方式的选择和工厂资源最优化分配，使生产最大化，利益最大化。结论自动捆扎机是面向市场的一个完善的设备。设计初期要对产品进行市场供求分析，从而对将来的收益做到心中有数；第二步进行初期产品分析，主要是整体结构分析，实现自动捆扎功能；第三步进行主要零件结构设计及分析，在设计分析过程中主要使用AUTOCAD及ProEngineer等软件，在图形化的基础上，再进行数据分析，从而使产片变得更加完善。本文主要完成了以下任务：1、自动捆扎机总体设计，其中包括打捆机结构设计，涵盖了打捆机的功能分析，打捆机的运动过程分析，打捆机传感器的原理及选择，打捆机捆扎带的选择和性价分析，打捆机纸带驱动电机和控制单元驱动电机功率和转速的选择。2、旋转夹装置结构设计，并详细叙述了旋转夹夹片、旋转夹夹头、旋转夹保持块、旋转夹导轨和弹簧的设计，尤其是旋转夹得运动分析。并包括零件的强度、刚度等计算。3、旋转夹部件的三维设计，利用ProE先进行单个零件设计，并将所有零件拼装，拼装完成通过调整得到旋转夹部件的爆炸图。4、对整个产品进行技术经济分析，这样做的好处是使产品更好的适应现代社会需求，做到产品最佳性价比自动捆扎机符合现在市场需求，在将来的发展中，将会表现的更加全面。

致谢这篇论文的完成里面有着指导老师的辛勤汗水以及同学的帮助。首先我非常荣幸能够涌入到卓越工程师这个大家庭里来，这是许许多多同学的梦想。在这个团队里有最优秀的老师以及同学，在学校有资历很深的教授知道我们，在工厂有技能扎实踏踏实实的王师傅教导我才能一路克服重重困难顺利完成自动打捆机的组成以及研究其意义，有了很强悍的团队来教我们对于一个机构或者零件的理解，考虑问题的逻辑，动手操作的能力。我再一次感谢在设计过程中给过我无私恩惠的同学，他们在我举步维艰的时刻给了我继续向前走的动力，更给了我更多的设计方案和理念，更加珍惜的是有一个很好的学习氛围，这让我们互相帮助体会到了团队精神是什么样的，应该精诚合作，我们才会走得越远越高。

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