大學生機械設計創新實踐：硬幣分離裝置

劉寧

摘 要：截至目前，相關硬幣分離裝置已經能夠很好解決硬幣分離困難，現在基本具備了噪聲小、傳動穩定、性能可靠等特點，大多采用電渦流法，但是仍然不夠全面，不夠系統。針對這一現象，通過機械設計創新實踐，設計一款硬幣分離裝置精細化實現分離、防偽、辨別、計數、打包等一體化功能。

關鍵詞：機械 硬幣 分離 創新

College Students Mechanical Design Innovation Practice Coin Separation Device

Liu Ning

Abstract：Up to now， related coin separation devices have been able to solve the difficulty of coin separation very well. Now they basically have the characteristics of low noise， stable transmission and reliable performance. Most of them adopt eddy current method， but they are still not comprehensive and systematic enough. In view of this phenomenon， the article through mechanical design innovation practice， designed a coin separation device refined to achieve separation， anti-counterfeiting， discrimination， counting， packaging and other integrated functions.

Key words：mechanical， coin， separation， innovate

1 基本工作原理與設計思路

硬幣分離機主要利用各種規格的硬幣物理尺寸的差異設計出不同大小的特定分離孔來進行分離。由上往下分別為：上端蓋，擋板，回轉板，上箱體，法蘭盤，分離盤，導流槽及收集容器。

硬幣進入投入口后由擋板轉動緩沖，分離至四周通過擋板與機體殼之間5mm的縫隙平緩滑入至回轉板上，隨著回轉板回轉的離心力與硬幣之間的相互碰撞，進入回轉板與上箱體的5mm的縫隙，實現硬幣橫向進入。

上箱體四周設有四個傾斜導軌，每個導軌分出兩個并列軌道連接至下方法蘭盤，以分開疊放一起的硬幣。硬幣在下滑過程中后由橫置變為豎直，落入下方法蘭盤的硬幣運輸槽中。

下落后進入法蘭盤運輸槽，其中上箱體下部擋板與法蘭盤留有1.5mm間隙，在法蘭盤旋轉過程中對法蘭盤上方進行橫掃，使未成功插入法蘭盤運輸槽中的硬幣進入法蘭盤中間四個圓形收容口，經軌道落入專門收集容器中，以便進行再次分離。

法蘭盤下方為1mm間隙的分離盤，軌道正好對正法蘭盤運輸槽，硬幣在運輸槽帶動下首先落在分離盤板上。各孔徑大小比對應的硬幣直徑略大，滑軌留有足夠運動軌道，以保證各種硬幣充分分離。

相同的硬幣由從四個不同導流區域經由導流槽匯入同一個收集容器。其中未分離硬幣經由此處中間環形孔繼續滑落，進入下方特定收集容器，等待再次進行硬幣分離任務。

該裝置既可以滿足小型商店及自動售貨機的使用要求，又可以滿足超市、銀行等地的大規模需求。

2 具體零件結構展示及功能分析

2.1 上端蓋

上端蓋由頂部漏斗和底部殼體組成，直徑分別為280mm，324mm，中部為硬幣掉落孔，內部設計與擋板和回轉盤相互配合，實現了漏斗，緩沖，導流的功能。特別是底部為回轉環形槽設計，在回轉盤運轉過程中，通過孔上方與擋板與擋板之間僅有的5mm距離，限制硬幣一次性通過的數量，防止在回轉盤造成堆積，可對硬幣進行緩和導流，使硬幣順序進入下方。

2.2 擋板

擋板為上方帶有弧度，底部有支撐肋板的盤狀，整體直徑為90mm，中間孔采用螺紋與主軸鏈接，在硬幣落下時起到緩沖作用。

通過其弧度及旋轉產生的離心力作用使落下的大量硬幣減速并分散開后由預留空隙滑落到下方回轉盤上，避免堆積。

2.3 回轉盤

回轉盤頂部帶有傾斜弧度，而且設有八條凹槽，起到分割導流的作用，下方為內齒輪和支撐座。工作過程中通過主軸帶動減速器與底部內齒嚙合，產生回轉運動，實現與擋板相反方向旋轉。運轉過程中硬幣通過離心力和與硬幣之間的相互碰撞，在頂部凹槽帶動下橫置滑入回轉盤與箱體間隙，進入上箱體傾斜軌道。

2.4 上箱體

上箱體的設計頂部開口較寬，底部為兩條狹窄的通道，分別對應法蘭盤外側的兩圈深槽。上箱體四周設有四個傾斜導軌，每個導軌分出兩個并列軌道連接至下方法蘭盤，以分開疊放一起的硬幣，兩軌道之間有隔板分開，使硬幣進入不同軌道，避免混亂，保證每個軌道進入一枚硬幣。

硬幣在下滑過程中后由橫置變為豎直，落入下方法蘭盤的硬幣運輸槽中。從回轉盤滑落進入軌道的硬幣，在下落過程隨機進入下方狹窄通道，調整為豎直姿態，隨下方法蘭盤的轉動掉入其深槽中。狹窄通道的設計為每次只允許一枚硬幣掉落，避免硬幣掉落進法蘭盤時發生堆積、卡頓現象。

其中上箱體下部擋板與法蘭盤留有1.5mm間隙，并有特制的擋板在法蘭盤旋轉過程中對其上方進行橫掃，使未成功插入到硬幣運輸槽中的硬幣進入法蘭盤中間四個圓形收容口，經軌道落入專門收集容器中，以便進行再次分離。

2.5 法蘭盤

法蘭盤主要作用是帶著從上箱體的滑軌中滑落出的硬幣轉動，并使其逐個經過下方分離盤上四種大小的硬幣分離孔，達到硬幣分離的目的。該盤的總體直徑276mm，由外向里分別為兩圈插入硬幣的深槽，使硬幣未能成功插入深槽時可以掉落到下方容器的漏幣孔和主軸保護套。運轉過程中上方與帶滑軌的上箱體連接，通過旋轉將導軌中的硬幣裝入外側運幣槽中，下方與硬幣分離盤連接，使硬幣隨著轉動經過不同大小的分離口，完成分離。

其中用來插入硬幣的兩圈深槽分布在直徑為140mm到276mm的圓環之間，長30mm、寬4.76mm、深30mm。其中4.76mm為上方最大開口寬度，槽內尺寸為4mm，用來限制硬幣下落數目，使其最多同時插入兩枚硬幣。由于在圓環中挖槽時越往外寬度越大，而過大和不協調的寬度容易造成在法蘭盤轉動過程中硬幣的脫落、變位。因此在設計時采用多個截面相互配合，確保深槽的寬度由內向外寬度保持不變，使硬幣在插入深槽后不因產生偏轉、變位而影響與分離盤的結合。

運轉過程中，因為硬幣從上方旋轉的回轉盤上進入到上箱體滑軌時具有一定的方向性，并不是完全豎直的，而是順著上方回轉板的旋轉方向產生一定的傾斜。此時若是下方法蘭盤轉向與硬幣傾斜方向一致，則容易產生硬幣插入深槽失敗的情況。針對這一情況，將法蘭盤與下方分離盤的裝配距離定為1.5mm，并且通過傳動齒輪和減速器的配合，既達到減速的目的，又實現了該盤轉動方向與滑軌底部硬幣的傾斜方向相反。這樣在該盤運轉的過程中，深槽的槽壁首先接觸到露出滑軌底部一小部分的硬幣，隨著轉動將傾斜的硬幣擺正，使其掉落到的深槽中。然后隨著法蘭盤轉動依次經過由小到大的分離孔，在對應的孔中掉落，進入下方收集容器。

仍未能順利插入深槽的硬幣，將由與上箱體相連的擋板阻擋，最后滾動到法蘭盤中部區域的漏幣掉落孔中進入下方專門的收集容器。漏幣掉落孔直徑為40mm，共有5個，圍繞主軸保護套均勻分布，運轉中可以確保漏幣充分掉落。最中央部分是直徑為36mm，高度為50mm的主軸保護套，用來防止未成功插入深槽的影響主軸轉動。

2.6 硬幣分離盤

硬幣分離盤主要是實現對不同種類硬幣的分離功能，該盤總體直徑324mm，在其外側有與上方法蘭盤深槽對應的兩條環狀槽，槽內按不同種類的硬幣由小到大的順序分布著對應的分離口。分離口的寬度比對應硬幣的直徑略大，有效防止其他非對應硬幣的錯誤分離。

分離盤軌道正對上方法蘭盤的兩圈運幣槽，硬幣在運幣槽帶動下首先落在分離盤板上，而后在環形槽上方滑動，依次經過與1角、5角、老式一角和1元硬幣，各分離口寬度均比對應類別的硬幣直徑略大，環形槽留有足夠運動距離，以保證各種硬幣在符合條件的分離口上充分掉落。

由于要分離的各種尺寸的硬幣直徑相差不大，且上方運幣槽的寬度為4mm，略大于硬幣厚度，使硬幣在運轉過程中易發生傾斜變位，因此可能出現直徑較大的硬幣在未到達正確的分離口之前與較小分離口之間的卡位現象，造成硬幣的脫落和錯誤分離。為避免此類問題的發生，除了進一步精確法蘭盤運幣槽和分離口寬度外，將分離盤與法蘭盤的裝配間隙定為1mm，這就使得硬幣在未到達正確的分離口之前只有一小部分與分離口的壁相接觸，在運轉過程中上方大部分保留在運幣槽中，在運幣槽的推力作用下順利通過各口徑的分離口。同時為使硬幣下落后進入槽內，更好的在分離軌道上滑行，各分離口之間的交界處設計為兩邊高中間低的倒三角形，使硬幣能夠順利通過。

分離盤中間區域圍繞主軸均勻分布四個扇形通口，使未分離硬幣通過法蘭盤經由此處掉落至下方。而且盤上各個位置開有倒角，確保硬幣滑動順利。

2.7 導流槽

導流槽主要功能是將從上方硬幣分離盤的四個分離區域中分離出來的同種硬幣匯集到一起，按裝配后與上方分離盤上各種硬幣分離口的角度對應關系劃分為四塊導流區域，每塊導流區域有各自設有對應四種硬幣的導流口。為使上方運幣盤內的硬幣在通過硬幣分離口過程中順利滑動，各導流口之間的隔板在對應位置挖有供硬幣通過的凹槽。中間區域為供上方未成功分離的硬幣掉落的圓形漏幣口。

導流槽底部接四個環狀的收集容器，由于市場上流通的硬幣主要以1元居多，結合底部環形存儲容器由內向外半徑不同而造成存儲容量不同。因此不同硬幣的導流口內的擋板依靠其傾斜角度將硬幣按流通占有率的大小導入不同的環形容器當中，其中1元硬幣通過四個導流區域的匯集到最外面的環形儲存容器中，由外向里依次為1元，5角，1角和老式1角。

2.8 盛裝盒與下底盤

硬幣收集裝置由四個90度的扇形盛裝盒組成，扇形圓心位置留有放置發動機和主軸的空間，四個盛裝盒拼湊成一個圓形的盛放裝置，每個盛裝盒之間用銷子連接。盛裝盒安裝在下方的旋轉盤上，最底部為下底盤，中間有一突起的臺柱，旋轉盤通過中心的軸承與下底盤臺柱連接。四個盛放盤可通過在下箱體開口處人為撥動進行旋轉，有選擇的將不同的盛裝盒抽出進行硬幣的清理。每個扇形盛裝盒分為五個盛裝區域，分別與上方導流槽上不同硬幣的出口對應，由外到里盛放的硬幣為1元、5角、1角、老式1角以及在上箱體與法蘭盤連接處未能成功插入運幣槽的漏幣。

參考文獻：

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