雷永剛，馬富強，寇應(yīng)歡，張果

（中原工學(xué)院，河南 新鄭 451191）

一種微型硬幣分離器的研制

雷永剛，馬富強，寇應(yīng)歡，張果

（中原工學(xué)院，河南 新鄭 451191）

針對一元、五角、一角這三種面額不同的新式硬幣，根據(jù)不同面額硬幣直徑的不同，設(shè)計一種簡易、微型硬幣分離器。研制后經(jīng)測試，該微型硬幣分離器分離效果好，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，操作方便。

硬幣；分離器；多軌道并列；凸輪機構(gòu)

1　研究背景及意義

硬幣在人們的日常生活消費中流通率很高，如果積存一定數(shù)量的硬幣，若是沒有合理地存儲和分類，無論是個人家庭還是小型商店超市，使用時再分類都會消耗一定時間，帶來一定的負(fù)擔(dān)。當(dāng)前市場上有很多硬幣分離器，體積大，并且有的功能也很強大，價格相對昂貴，因此不利于在個人家庭和小型商店超市這些場所中推廣。如果能設(shè)計出一種體積小、分離準(zhǔn)確、易收集且經(jīng)濟(jì)的硬幣分離器，既能節(jié)約人們分離硬幣的時間，又便于整理和存儲硬幣，若再將硬幣分離器的外觀造型設(shè)計得具有一定的美觀性，那么在個人家庭和小型商店超市這些場所中一定會有更多的推廣和應(yīng)用價值。

基于這樣的想法，設(shè)計出一種簡易、微型硬幣分離器，該硬幣通過自身重力作用沿特定軌道緩緩下滑，在下滑過程中實現(xiàn)對不同面額的硬幣進(jìn)行分離和收集［1］。該硬幣分離器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小、操作方便、分離精確且穩(wěn)定等特點，可應(yīng)用于家用、小型商戶等場所，具有一定的經(jīng)濟(jì)實用性［2］。

2　設(shè)計方案

該硬幣分離器主要針對三種新式面額不同的硬幣，即一元、五角、一角硬幣，根據(jù)不同面額硬幣直徑的不同，采用了圓孔和軌道相結(jié)合的軌道板方案，該硬幣分離器的結(jié)構(gòu)主要由投料裝置、分離裝置以及收集裝置等構(gòu)成。

該投料裝置設(shè)計方案是用滾筒加扇葉板傳送錢幣，電機以一定的速度帶動滾輪在兩個扇葉之間轉(zhuǎn)動錢幣，當(dāng)轉(zhuǎn)動到下方時錢幣自動落下，達(dá)到錢幣投放目的，投料裝置利用機械原理知識設(shè)計并制作出的實物圖如圖1所示［3］。

圖1　錢幣的投放裝置實物圖

分離裝置主體是一塊有機玻璃板，前段打有直徑19.8 mm的圓孔，用于一角硬幣的掉落，之后是寬為22 mm的方孔軌道，用于五角軌道的掉落，一元硬幣滑落到最后，達(dá)到三種硬幣的分離，用solidworks 2015設(shè)計出的三維效果圖如圖2所示［4］。

圖2　分離裝置三維圖

分離裝置中的輔助動力，也就是本設(shè)計的創(chuàng)新點之一——凸輪機構(gòu)，凸輪通過輔助電機的轉(zhuǎn)動，以400 r/min的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生小幅度的震動，可以有效解決硬幣重力不足而不能下滑進(jìn)而引起堵塞的問題，凸輪機構(gòu)的三維圖形如圖3所示。

圖3　凸輪機構(gòu)的三維圖形

收集裝置是由三個不同尺寸的方盒構(gòu)成，分別對應(yīng)圓孔的長度、方孔的長度以及一元硬幣軌道的長度，能夠有效收集所下落的硬幣。

3　設(shè)計計算

滾筒的規(guī)格：直徑30.5 mm，長127.5 mm。四個相同的扇葉規(guī)格：長127 mm，寬15 mm，厚度5 mm。四個扇葉均勻固定在滾筒的一周，即兩個扇葉之間的絕對夾角為90°。

軌道板長450 mm，寬150 mm，厚5 mm，一角孔長度為220 mm，五角方孔長度80 mm。

一角分離部分圓孔直徑為20 mm，一元軌道寬為22 mm，確保一元硬幣順利滑過，而五角硬幣則會漏下。

一角圓孔直徑19.5 mm；伍角圓孔直徑20.5 mm；一元圓孔直徑26 mm。

所用電機為兩種，都為直流減速電機，工作電壓為12 V，轉(zhuǎn)速分別為：傳送動力電機107 r/min，凸輪電機400 r/min，其中傳送動力電機轉(zhuǎn)速與滾筒轉(zhuǎn)速比為1∶1，凸輪電機轉(zhuǎn)速與凸輪轉(zhuǎn)速比為1∶1。

根據(jù)材料與材料之間摩擦因數(shù)的不同，該硬幣分離器制作時，軌道板所用材料選用有機玻璃板［5］。

4　該硬幣分離器的工作過程

硬幣通過投料裝置的撥動進(jìn)入傳送軌道，有擋板格擋限制，保證硬幣依次下滑。在軌道板上，由于硬幣自身重力的作用，各種硬幣會依次通過軌道下滑，當(dāng)一角硬幣通過設(shè)計的孔掉落進(jìn)入一角硬幣收集器時，五角和一元的硬幣繼續(xù)下滑，當(dāng)?shù)竭_(dá)方孔的位置，五角的則會掉下落入五角硬幣收集器。然而由于一元硬幣的直徑較大，一元硬幣會繼續(xù)沿著軌道向下滑落，直到通過軌道滑到最后，落入一元硬幣收集器，從而達(dá)到三種硬幣的分離效果，目前該硬幣分離器的研制只是針對三種新版硬幣（不包括舊版一角）。

5　結(jié)語

針對三種新式面額不同的硬幣，即一元、五角、一角硬幣，根據(jù)不同面額硬幣直徑的不同，設(shè)計一種簡易、微型硬幣分離器，該硬幣通過自身重力作用沿特定軌道緩緩下滑，在下滑過程中實現(xiàn)對不同面額硬幣的分離。為了增加滑落的速率和分離的效率，在分離軌道的下面安裝有凸輪結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能使軌道板上下小幅度振動，從而解決了硬幣因重力不足產(chǎn)生的堵塞。研制后經(jīng)測試，該微型硬幣分離器分離精確且穩(wěn)定，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小、操作方便等特點，可應(yīng)用于家用、小型商戶等場所進(jìn)行硬幣分離，具有一定的經(jīng)濟(jì)實用性。

［1］孫亮波，黃美發(fā).機械創(chuàng)新設(shè)計與實踐［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2015.

［2］雷永剛，韋沛東，侯文龍，等.一種簡潔硬幣分揀機的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.河南科技，2016（7）：61-62.

［3］張榮.機械原理［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2015.

［4］江洪，于文浩，蔣侃. SolidWorks 2015基礎(chǔ)教程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2016.

［5］趙程，楊建民.機械工程材料［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2015.

（編輯：賈娟）Development of a Miniature Coin Separator

Lei Yonggang，Ma Fuqiang，Kou Yinghuan，Zhang Guo
（Zhongyuan University of Technology，Xinzheng Henan 451191）

According to the difference of the diameter of different denomination coins， a simple and micro coin separator is designed to separate three novel denomination coins， namely a Yuan RMB， 0.5 Yuan RMB，0.1 Yuan RMB. After the test， the miniature coin separator has the advantages of good separation effect， simple structure， small volume and convenient operation.

coin； separator； multi orbit coordinate； cam mechanism

TQ153

A

2095-0748（2016）15-0047-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.15.20

2016-06-08

雷永剛（1983—），男，河南周口人，碩士，助理實驗師，研究方向：機電一體化測控技術(shù)。