自动售货机说明书

多功能自动售货机

设

计

说

明

书

学校院系：晋中学院机械系

团队：奋进队

指导教师：曲晓华

学生成员：贺日升，梁红，柴森宏，李鹏

参赛方向：工业与工程设计大赛

竞赛项目：工业设计

设计时间：2013.6.20

目录

一、引言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - （1）

二、商品送出机构- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -（1）

三、送出机构优化- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -（3）

四、设计实例- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - （6）

五、结语- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -（7）

六、参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - （7）

多功能自动售货机说明书

一、引言

自动售货机无需人看守、自动地提供商品销售服务。它作为一种便利、快捷、新型的销售模式，已经得到了人们广泛的重视和青睐,并越来越多地被应用在许多城市中。为推动经济和社会发展起到了显著的作用。自动售货机是集机、电、光于一体的商业自动化设备。根据所售商品的形状不同可分为盒式自动售货机和罐式自动售货机，而商品的送出机构是决定商品是否销售成功的最终关键。因此。本文对已有的一些送货机构进行了简要的分析，并以执行更可靠、造价成本更低、充分利用空间、设计更为合理为原则，针对商品的送出机构进行了研究和改进。

二、商品送出机构

目前，应用于自动售货机上的商品送出机构种类较多，下面是我们设计的一些较典型的送出机构：

1热牛奶槽轮输送机构：

此送出机构把罐体商品放在螺旋导轨上。并在货道底部开设出口槽。由电机带动螺旋导轨转动。当罐体转到开口槽时便出槽下货。这种送出机构要求电机的转矩较大，造价成本较高。设计的罐体送出机构主要有槽轮、推拉杆、推拉销、直线步进电机和前后两边侧板构成。其中槽轮上槽弧的半径为罐体的半径。货道宽度为罐体的直径。如下送出机构示意图1所示

图1送出机构

2．冷饮叶轮输送机构：

推拉电磁铁推动插销，叶轮被卡住的地方放开了，在瓶子的自重作用下，叶轮旋转1/4圈，最下面的瓶子滚下来，同时在叶轮的作用下又有一个瓶子在自重的作用下滚到准备处时，推拉电磁铁插上插销，卡住叶轮，使之停止转动，回到下一次工作时的状态。

1

图2连杆机构

3．香烟摇杆推送机构：

商品的包装都是箱盒罐等,按其形状可分为圆柱体、六方体形、薄片形等。商品在送出时可以“垂直移动”、“水平移动”、“旋转移动”、“螺旋移动”等动作移到取货口。在对香烟类商品自动售货机送出机构设计时，可将方盒形状的商品垂直放置在储货箱中，选择一曲柄滑块式的机构通过滑块的水平移动推出商品，如图3所示。

图3送出机构示意图

1货道；2罐体商品；3槽轮；4．槽轮阻货工作面：5槽轮承货工作面；6．直线步进电机；7推拉杆；8．与槽轮为一体的安装轴；9推拉销；10槽轮上的推拉槽。

送出机构的整个工作过程：如图3所示，自动售货机正处在待售状态下，槽轮的槽开口朝下，利用阻货面来支撑和阻挡上面的罐体，起到阻止罐体下落的作用。当售货机接受到售货信号时，直线步进电机运行并作用于推拉杆，推拉杆同

2

时推动槽轮上下摆动一次。在槽轮摆动的前半周。槽从开口向下转到开口向上,并有一个罐体装入到槽中；在槽轮摆动的后半周。槽的开口向上转到向下。并带动一个罐体向出货侧摆动，同时槽轮的阻货面挡住后面的罐体。电机停止工作，这样就完成的一个罐体的售出。

三、送出机构的优化

（1）热牛奶槽轮输送机构

下面对货道上倒数第一个(也就是最靠近槽轮的)罐体进行分析。如图4和5所示：

图4槽轮与罐体的接触示意图图5 倒数第一个罐体的受力图图2中，B为槽轮转动中心与倒数第一个罐体圆心的连线与水平方向的夹角；图5中。F’为槽轮对罐体的作用反力；f P是槽轮阻罐面与罐体间的静摩擦力；N r 为罐体受到货道的作用反力；f N是罐体与货道侧板间的静摩

擦力；N 为上面罐体向下的压力；G为重力：

建立方程组

∑X1=F’Cosβ =N+f p Sinβ

∑Y1=F’Sinβ+f P Cosβ+f N=Nr+G

f p=F’·μ1

f N=N·μ2

计算得

F’=(N r+G)∕[Sinβ.(1-μ1.μ2)+Cosβ.(μ1+μ2)] (1)

1.设计变量。设罐体对槽轮的压力为式（1）。因此，罐体对槽轮产生的力矩为：M =F·μ1·R

=F’·μ1·R

=(N r+G)∕[Sinβ.(1-μ1.μ2)+Cosβ.(μ1+μ2)] .μ1.R (2)

3

上面表达式中，其中μ1为槽轮与罐体间的静摩擦系数,μ2为罐体与货道侧板间的

摩擦系数，r 为罐体的半径，R 为槽轮的半径，l 为槽轮转动中心离货道左侧板 内壁的距离。由上述分析可知，式(2)为B 的表达式，式(3)、(4)为l 与R 的表达式。因此。主要设计变量为x=(1.R)T 。

2．约束条件。根据所设计自动售货机的实际情况，考虑槽轮的安装情况和空间占用问题，给槽轮转动中心离货道左侧板内壁的距离l 设定最小值k 。同样给槽轮半径设定一个最大值R ；月牙槽的则罐体会被月牙槽的两个槽角卡住而不能装入槽内。这样导致罐体不能跟着槽轮将一起滑出货道。根据图中几何关系，可得：

R= 22r *2r *l *2l ++

代入R 可得到l 的最大值l 。因此。约束条件为l 0≤l ≤l 1, l 0≤R ≤R 1,

2. 目标函数。送出机构要可靠地送出罐体。就必须克服力矩M 。因此，本文对送出机构进行优化。在能可靠地送出罐体的基础上，使罐体对槽轮产生的力矩M 最小，电机需要克服的力矩也就最小。这样，有利于降低造价成本、小型化送出机构、减少空间浪费。综合式(2)、(3)、(4)可得目标函数

minf(x)=M·(N f +G)·u 1·R(R+r)∕[22r)(l -r)(R ++·(1-μ1·μ2)+（l+r ）·(μ1+μ2)]

4 数学模型。minf(x)=M·(N f +G)·u 1·R(R+r)∕[22r)(l -r)(R ++·(1-μ1·μ2)+（l+r ）·(μ1+μ2)]

设计变量

X = X 1 l

X 2 R

约束条件

g 1(x)=l 0-l

g 2(x)=l-l 1

g 3(x)=l 1-R

g 4(x)=R-R 1

5.计算结果。本文根据实际情况。考虑到货道宽度和槽轮的安装空间。设定lo=10mm 和Rl=96mm ，得到约束条件为10≤l ≤57,10≤R ≤96；(N r +G)为常数。可设为1；其他参数为： u1=u2=0 .3；r=33mm ；G=3.85N 。利用MATLAB 的优化工具箱的fmincon 函数[3]。编写优化计算程序。最后得l=10mm ，R=45mm 。

（2）香烟摇杆推送机构

连杆的推力过大易损物品，过小物品不能被送出，这是由于机构运动特性(滑块的V 、a 等)所决定的。这样，为了使物品能够快速准确地被送出，把物品摆放在滑块速度达到最大时的位置。提出了一种以机构的最大速度为目标函数，对机 构进行优化设计的方法。