自动售卖机说明书(37页)

第一章绪论

时间过的真快，大学生活即将结束。通过大学三年的学习生活，我在知识水平和实际工作能力方面都有很大的提高。这是在老师的殷切指导和无限关怀下才有的结果。没有老师传授知识的热忱，我们就无法更好的掌握和理解书本上的知识。在这里我要向诸位老师说一声：“老师，您辛苦了。”

毕业设计是在完成全部基础课，专业课，课程设计和毕业实习后进行的，是为培养机械工程师的基本技能而安排的，是整个教学过程中最重要的教育环节，是对我们三年来所学过的知识的综合运用的全面考察和检测。

毕业设计的目的是培养我们独立从事科学研究的方法，步骤和工作能力，进一步提高我们的设计水平，让我们将所学到的知识更加系统化，条理化。

在本次设计中，由于本人的知识和设计水平有限，，实际经验的缺乏，设计中难免有一些缺点，恳请诸位老师给予批评和指导。

在设计中我经常想老师们请教问题，得到了老师的指导和帮助。得以完成毕业设计。忠心的感谢各位老师，这使我在理论和实践运用方面有所提高，也让我看到了自己的缺点和不足，我将引以为戒，力争在近乎的工作岗位上不断的完善知识结构，更好的完成本职工作为母校争光。

第二章自动售货机的发展史及目标意义

自动售货机发展简史

自动售货机最早出现在二十世纪五、六十年代的西欧，当时在美国的地铁系统中，人们可以用1美分在自动售货机上买到一块口香糖。作为一种全新的零售方式，八十年代以来，自动售货机在美、日等发达国家得到了迅速地普及和发展：被广泛地布放于车站、油站、码头、机场、宾馆、写字楼、娱乐场所及大街小巷和公路旁。人们通过自动售货机可以买到食品、香烟、饮料、报纸、票、卡甚至鲜花和小宠物等物品。目前自动售货机是一种集声、光、机电一体化的高新智能化产品。

它诞生的历史至今发展过程如下：

诞生于公元前215年的古埃及神庙，用于分配圣水。

1700年，英国酒馆里有了能用硬币购买的售烟盒。

1706年，中国人造出使用硬币操作的自动售铅笔机。

1905年，美国邮局开始使用邮票售卖机。

20世纪20年代，商用的自动售烟机开始进入市场。

1936年，NAMA（国际自动售货机协会）成立。

1946年，发明出自动售咖啡机。

1960年，纸币兑换机出现在银行柜台。

1980年，电子组件装备自动售货机。

1985年，信用/借计卡消费在自动售货机上实现。

1993年，自动售货机机器数据无线传输实现。

2000年，手机购物在自动售货机上实现。

2.1自动售货机的发展现状

2.1.1 国外现发展状

自动售货机商业起源于20世纪60年代，在美国、日本迅猛发展。

20世纪80年代，开始在经济发达国家迅速普及，销售商品领域相应扩大。目前世界上已有近50个国家广泛普及。

日本有近600万台自动售货机，平均23人拥有1台。

美国有近700万台自动售货机，平均40人拥有1台。

欧洲平均每60人拥有1台自动售货机。

日本可口可乐公司已拥有近100万台自动售冷饮机，每台机器年售出上万罐饮料。日本可口可乐在自动售货机的销量占其总销量的70％。

全世界每年通过自动售货机销售商品的总额已近2000亿美元。

2.1.2国内发展现状

1993年，日本、美国、韩国的二手自动售货机进入中国，只能识别人民币硬币。

1995年，可口可乐、百事可乐开始小量布放使用硬币的自动售冷饮机。 1997年，南开戈德开发出“GD人民币智能识别系统”。

1998年，南开戈德自行研制成功“GD自动售货机”，成为我国第一家规模生产同时识别纸币硬币自动售货机的公司。

1998年,加拿大“科汇”公司在广州开始销售、摆放“Vendo”等进口机器。

1998年10月，南开戈德组建“天津戈德微超贸易有限公司”（现“天津戈德移动商务有限公司”前身），成为国内第一家规模经营自动售货机的单位。

2000～2001年，青岛“澳柯玛”、番禺“智强”、广州“金沙”、长沙“艾博” 等相继进入自动售货机行业。

管理部门投入少，产出高能获得较高的经济效益，学生可以选购物美价廉的货品；管理部门无需为日常的管理投入大量人力、物力，节省了管理费用，通过查询功能可以快速的统计销售额，管理科学、方便。

自助式的智能消费提高了整个管理部门的档次，并为“校园一卡通”的实现奠定了基础，充分体现了文明、现代化的气息。

安全性：门锁与柜体、货仓同时连接，取物口采用翻板式结构，防止手臂伸入货仓。本机门逢、铰链、视窗、柜背板和柜底板等处都有防水结构，电源箱采用吊装，压缩机接线密封并可靠接地，安全性可靠。

发展前景：

自古以来，人类生产活动都是与技术关联在一起的。进入文明社会后，科学通过其应用转变为新技术，介入到人们的生产、经营活动之中。自动售货机是第二次世界大战以后迅速发展起来的一种零售业态，在二十世纪五十年代曾风靡美国和欧洲等一些国家；到了二十世纪八、九十年代，世界上一

些发达国家的自动售货机发展已达到相当高的水平。这是科学技术运用于市场经济的重大成果，是社会经济发展的必然结果。自动售货机的起源和兴起自动售货机的起源比较早，早在古希腊时，科学家希罗设计了一种发放圣水的壶，当地居民投入一枚银币，就能从壶嘴中流出一股圣水，这种运用杠杆原理制作的圣壶可谓是自动售货机的鼻祖。在17世纪初的英国酒馆里，也出现了投币式的自动售货机，顾客往币孔中投入一便士，箱盖的锁就自动打开，顾客可取出烟斗用的烟丝。这种交易方式是建立在对客人十分信任的基础上的。1867年，德国的卡尔阿丹取得了自动售货机的专利，主要销售手帕、纸烟、点心等。英国的埃贝利设计的明信片售货机是最早取得商业成功的自动售货机。1886年，埃贝利在美国申请了专利。1888年美国开始使用自动售货机，并在短时期内迅速普及。1895年德国人开始研制自动售货机餐馆。到了二十世纪二十年代，自动售货机的功能已经比较完善了。

虽然自动售货机的起源比较早，但是整个行业的勃兴还是在第二次世界大战以后。促使其兴起的缘由主要以下几个方面：

（1）第二次世界大战以后，市场竞争日趋激烈，国际保护主义抬头，导致外销萎缩。制造厂商为了寻求产品出路，只能转向内销市场发展，因此扩大销售便成了增加商品行销的主要途径，而零售形式的更新也是吸引销售的重要因素。

（2）在一些资本主义国家，第一产业和第二产业具有相当规模，劳动生产率空前提高，商品充足、质量保证，商品的包装和宣传也得到重视，这一切无不为商业流通领域的发展提供了强大的物质基础。

（3）由于地窄人稠的城市集中化日益发展，造成店面紧张、店租高涨，传统的店面行销方式面临越来越大的挑战，促使了自动售货机的迅速发展。

（4）社会经济的发展和生活水平的提高使消费者在消费形态上产生了新的要求，传统的零售业形式已不能完全满足人们的这种新要求，尤其是对个性化的消费趋势和对新产品的接受程度提高，而自动售货机正是具有这种满足购物者需求的特性。

（5）自动售货机可使消费者以最简便、快捷的方式完成购物过程，社会的发展促使人们的生活节奏加快，人际关系疏远，而自动售货机能针对这一特点，使顾客在轻松、自由和没有防卫心理的气氛下购物。

（6）零售业经过一定时期的不景气，企业期望改变经营方式，追求合理化的经营，包括积极更新经营面貌，参与新形态的经营方式等。

总而言之，是经济的发展冲击了传统的市场零售方式，对自动售货机

的发展起到了巨大的推进作用。

自动售货机在部分发达国家的发展应用：

（1）自动售货机在美国的发展大致经历了三次“革命”，第一次是四“C”（即咖啡、糕点、糖果、香烟）的零售自动化；第二次是食品供应的完全自动化；第三次是多种多样商品出售的自动化。从技术上来看，美国在二十世纪三十年代初就为自动售货机增设了冷藏设施，用以出售冰淇淋、瓶装饮料。到二十世纪五十年代，自动售货机被广泛应用于出售各种预先包装好的食品；以此代替和补充传统的食品供应方式；到了二十世纪八十年代，全美国有7000多家自动售货公司、600多万台自动售货机。目前，美国是世界上拥有自动售货机最多的国家。

（2）加拿大的自动售货机在应用新技术方面比较领先，他们的自动售货机有相当一部分已摒弃投币的方式，而是应用一种具有先进信息功能的纽扣式触摸技术，只要将戴在手上的形似戒指或串在钥匙圈上的信息纽扣与售货机接触一下，交易信息就会准确无误的记录下来并及时发送到信息管理中心进行处理。

（3）英国是开展自动售货服务最早的国家之一。英国的自动售货机是在1942年从食品行业开始的。1950年，食品杂货行业的500家采用自动售货方式，到1968年猛增到23000家，1988年与1968年相比又增加了45倍之多。经营商品的范围也从原来的饮料、食品等扩大到文化用品、唱片等行业。20世纪70年代，英国有40多万家香烟、饮料商店采用自动售货机售货并以此作为对企业经营的一种重要补充。1980年英国有这一类的商店达到50 万家，年销售额8．81亿英镑。到了销售吕种，开拓服务范围。至二十世纪八十年代初，法国的自动售货机已将近200万台，出售的商品种类特别多。尤其在四通八达的多层地铁的各个站点，自动售货机出售的商品多达数千种。（4）日本的自动售货机业态发展神速，自二十世纪五十年代后期引进自动售货机后，很快就受到广大消费者的青睐。为了适应自动售货机的需求，日本政府曾发行了大量的硬币，方便人们使用售货机。目前日本已拥有600 多万台自动售货机，平均每20人就有一台，是世界上人均拥有量最高的国家，这些机器每年创造着价值400 多亿英镑的利润，日本各大城市的街头巷尾遍布自动售货机，成为日本零售额收入的重要组成部分。

自动售货机在我国的起步与发展：

据初步统计，我国进入市场的自动售货机约三、四万台。1993年，由日本和韩国进口的能够接受人民币的自动售货机在我国的广东省和上海市开始

出现，引起了过往行人的驻足观看，成为都市景观的一道亮丽风景线。人们感到新奇、方便，想喝什么饮料，想买什么小商品，不再是人与人一对一的你卖我买，只要投入适量的钱币，需要的东西就出来了。之后，自动售货机在我国东南沿海地区逐渐推广。目前，这类能够接受人民币硬币的自动售货机已经扩展到内地以及西部城市，从上海、北京、天津到武汉、沈阳、西安、昆明、乌鲁木齐等，出售的商品有饮料、报刊、糖果、小食品等等。

作为国内最大的自动售货机生产厂商之一的天津市戈德微超贸易公司于1998年在天津市铺设100 多台自动售货机作为首批试点。不久，有相当一部分市民接受了这种售货方式，虽然初期赢利并没有想象中的那么乐观，但这种新的消费时尚已被市民所接受。戈德微超贸易公司于2000年内在天津市的主要繁华街道和车站、码头、学校、居民小区等人流集中的场所摆放了1000台左右的自动售货机，主要提供饮料、香烟、食品等，以满足市民的需求。经初步统计，在天津市一台自动售货机每天平均销售额为二百元，年销售额为七万多元。戈德微超贸易公司对自动售货机的网络化经营很有信心，他们称要争取自动售货机早日在街头“遍地开花”。在北京，自动售货机主要集中在机场、一部分大医院和高档写字楼里，虽然应用还不够普及，但北京市的相关部门认为，北京作为一个现代化的国际大都市，需要有先进的市容环境和国际化的规范服务，所以要在北京尽快的推进自动售货机业态发展。2000年起，北京的一些大学校园、大商场门口陆续新添了漂亮的自动售货机，引起了人们的关注和兴趣。北京市还计划将在城市的地铁站、公园、闹市、部分街道等地方安装自动售货机，目前已着手安装的准备工作。在上海，相对于超市、大卖场等来说，自动售货机的发展比较迟缓。九十年代以来，上海引进、推出了少量自动售货机，得到了一部分消费群体的认可。上海市区自动售货机的投放主要分布在机场、地铁车站、闹市、宾馆等场所，并以出售饮料为主。近年来的上海南京路步行街等场所矗立起的一批由天津戈德电子有限公司生产的自动售货机，它们无论在外观形态上还是在实际使用上，都比以前有很大的进步。当然，与世界上一些发达国家相比，上海的差距是太大了。从总体上来说，上海街头的自动售货机数量比较少，技术不够先进，能接受的人还不多，发展不尽如人意。这其中是由多方面的因素造成的。

近年来，我国自动售货机的制造技术已有瞩目的发展。天津南开大学戈德电子有限公司近年来依托南开大学的科技优势，开发防伪识别技术、数码技术和软件技术，将识别纸币自动售货机作为研究方向，已成功解决了人民币纸币的防伪识别和认读难题，现已掌握自动售货机的关键技术，为自动售

货机在中国的推广提供了良好的条件。目前，戈德电子有限公司生产的自动售货机在市场上的影响力正在迅速扩大，产品的质量不断提高，成本也不断的下降。另外，沈阳东宇自动售货设备有限公司生产的东宇牌自动售货机在质量、外观、功能上都比较先进，受到广大用户的好评。

自动售货机在任何一个国家的发展与该国的经济必然有着密切的关联，相对来看，经济发达国家的自动售货机业态发展神速，而发展中国家或经济落后国家的自动售货机业态发展滞后。我国是一个改革开放的国家，尤其是在加入WTO 以后，我们的经济在各方面要与国际接轨。虽然目前我国的自动售货机业态还不发达，但随着流通领域日新月异的变革和人们消费观的进步，相信在不久的将来，自动售货机一定会在我国各大城市的大街小巷中“遍地开花”。

2.3发展目标

随着社会的不断进步与发展，最终是要实现理想的社会主义，那么精神生活就一定要与物质生活同时进步，为此为了满足市民的要求，那么相应的公共设施就一定要跟得上社会的进步，在国外也同样，一种简单的售货机也代表着该国家的发展水平，它就是文明社会的一个简单的代名词，所以我们一定满足市民的物质文化要求，相应的在各个公共场合设立这种饮料售货机，自然提高了市民的消费水平，提高了市民的生活水平，最终的发展目标就是能在大家都需要的地方设立这种方便大家的售货机，让人们能随时方便的购买所需要的饮料。

2.4技术参数

技术参数：产品名称听装饮料自动售货机放置环境室内、外机器内部温度环境温度在-15℃到40℃时，机内温度为3℃到5℃触电保护类型I类外观尺寸18022*904*726mm(高*宽*深) 重量机器净重约270Kg 地角螺丝调节量20mm 电压交流220V (+10% ~ -15%) 频率50Hz 额定电流制冷时3.5A，加热时6.5A 货物容量听装饮料:360听(直径66mm,长度123mm或直径66，长度90) 硬币器容量

约600枚使用人民币1元和5角硬币。

第三章总体设计方案

现有自动售货机机中易拉罐出罐机构主要有以下几中方式：

（1）弹簧推动方式：此结构的特点是易拉罐置于螺旋式弹簧上，弹簧一端连接电机，电机转动一圈，弹簧推出一罐易拉罐。这种结构实现简单，但是每根弹簧能带动的数量有限，因此机器内货道数多，电机的功率增大，成本高，并且处于高层的易拉罐下落时容易破，而且会砸伤机器。

（2）转盘方式：其结构是在大圆盘圆周边开有小槽，易拉罐位于槽内，电机带动转盘，转盘带动易拉罐沿转盘圆周运动，当易拉罐运动到指定位置时3便下落出货。这种结构主要的缺点是转盘圈内大量空间浪费，机器装罐量低，另外高层下落容易砸伤机器。

（3）电磁铁吸合方式：这种结构利用三角形原理，三角形的第一边长度可以伸缩，第二边和第三边长度固定。电磁铁固定在第一边上，当吸合时，第一边伸长，而用于支撑易拉罐的二三边的交点高度就会降低，易拉罐便可以下落出罐；当电磁铁离合时，一边缩短，二三的交点会升高，支撑阻挡住其余住易拉罐不下落，这种结构对电磁铁的控制要精确，否则影响出罐质量，并且只适合垂直排货道内罐装数量不能太多。

等等，所以我综合考虑后设计了一个利用电磁结构的售货机，它的综合性程度要比以上的都合理，简单，实用。下面我就分布先介绍一下各个部分的选择。

3.1采用电磁控制

为了避免结构设计的复杂，控制的驱动部分采用电磁控制。

首先，当机柜通电时，两个电磁机构都不工作，当有收钱信号和选择信号时，该选择的储物槽侧面的电磁系统工作，底部的电磁系统不工作，那么侧面的挡物板卡住以上所有的货物，在经过信号接入，底部电磁控制开始工作，螺杆向牵引方向移动，翻板一侧没有支撑物，会随着饮料的自身重力下坠，推开翻板下落，

然后翻板靠翻转弹簧的弹力返回原位置，这时信号再次接入，底部电磁机构停止工作，翻板再次可以继续承受重力，信号再次接入，侧面的电磁机构停止工作，上方饮料靠自身重力自然下坠。然后再重新开始。

3.2采用双层结构设计

采用双层结构设计是为了尽量的避免浪费空间，而增加存货量，所以采用同结构同原理的设计方法。每层储物槽都采用调距板来控制饮料的长短和

活动空间，因该听装饮料的规格普遍有两种，一种是66×123，另一种的是66×90。

而第一种是最普遍的，所以为了满足大部分的市场供应要求，把每格储物槽的长度设计为140，宽度为70，因为这个间距是可以调整的，所以也可以把长度缩短为100，宽度不变，这样也方便第二种饮料的安装。这个调距槽是随时可拆卸的，为了就是便于再向第二层里安装饮料，这样就不可以用手了，因为槽的宽度不够，手无法伸进去，所以用一种专业的抓手来安装饮料，不过这样会影响装饮料的速度，但为了空间和储货多两种想法考虑后，这种设计方案是可行的。

设计时，只设计了九种选择按纽，因为听装饮料的样式不是很多，所以9种即可，设计为两层，所以设计为前后两层都放同一种饮料，控制部分可由单片机来完成，前一个出完后，后面的下次再出。

第四章 机械结构的设计及计算

4.1轴的设计及计算

4.1.1轴的选用计算

轴是组成机械的一个重要零件。它支撑着其他转动件回转并传递转矩，同时它又通过轴承和机架连接。所有轴上零件都围绕轴心线作回转运动，形成了一个以轴为基准的组合体-轴系部件。所以，在轴的设计中，不能只考虑轴的本身，还必须和轴系，部件的整个结构密切联系起来。

轴按受载情况分：

a. 转轴 既支撑传动机件又传动动力，即承受弯矩和扭矩两种作用。

b. 心轴 只起到支撑旋转机件作用而不传递动力，既只承受弯矩作用。心轴又可分为固定心轴（工作时轴不转动）和转动心轴（工作时转动）两种。

c. 传动轴 主要传动动力，即主要承受扭矩作用。

本设计中采用的是心轴。

轴的结构设计

轴的结构决定于受载情况，轴上零件的布置和固定方式，轴承的类型和尺寸、轴的毛坯、制造和装配工艺几安装、运输等条件。轴的结构应是尽量减少应力集中，受力合理，有良好的工艺性，并使轴上零件定位可靠，拆装方便。

轴的材料选择45号钢，直径是10毫米。

3.1.3轴的结构计算

心轴许用弯曲应力计算公式

322)(10d T m ασ+=

322]1[)(10-+≥σαT M d

σ-轴计算截面上的工作应力 MPa ：

d-轴的直径mm;

M-轴计算截面上的合成弯矩 N 。mm;

T-轴计算截面上的合成弯矩 N 。mm;

α-根据扭应力变化性质而定的校正系数

该心轴在此设计中只需要计算剪切强度

破坏剪力 2

F F Q = （1） 将此破坏剪力除以剪切面积A ，得到事件的剪切极限应力为

A F Qb

b =τ （2）

将b τ除以安全因素n,即得到许用切应力

n b

ττ=][ （3）

此时构件的工作最大载荷F 为80牛，

剪切面积为42

23)105(14.3mm -???

所以根据公式（2）得出该心轴的的最大剪切应力为Pa 51055.2?

远远小于它的许用切应力M P a 60][=τ

所以该轴满足强度校核。

轴的结构设计的任务，就是在满足强度、刚度和振动稳定性的基础上，根据轴上零件的定位要求及轴的加工、装配工艺性要求，合理地定出轴的结构形状和全部尺寸。

1.轴结构的组成

轴主要由轴颈、轴头、轴身三部分组成，轴上被支承部分叫做轴颈；安装轮毂部分叫做轴头；连接轴颈和轴头的部分叫轴身。

2.零件在轴上的定位

1）零件在轴上的轴向定位：零件在轴上的轴向定位方法，主要取决于

它所受轴向力的大小。此外，还应考虑轴的制造及轴上零件装拆的难易程度、对轴强度的影响及工作可靠性等因素。

常用轴向定位方法有：轴肩（或轴环）、套筒、圆螺母、挡圈、圆锥形轴头等

2）轴上零件的周向固定

常用的周向固定方法有键、花键、成形、弹性环、销和过盈配合等联接。

4.1.2轴的分类

1. 按照轴线形状分类：轴可分为直轴、曲轴和软轴

(1)直轴：直轴按外形不同可分为光轴、阶梯轴及一些特殊用途的轴，如凸轮轴、花键轴齿轮轴及蜗杆轴等。

(2)曲轴：曲轴是内燃机、曲柄压力机等机器上的专用零件，用以将往复运动转变为旋转运动，或作相反转变。

(3)软轴：软轴主要用于两传动轴线不在同一直线或工作时彼此有相对运动的空间传动，也可用于受连续振动的场合，以缓和冲击。

2.按照所受载荷性质分类：轴可分为心轴、转轴和传动轴。

(1)心轴：通常指只承受弯矩而不承受转矩的轴。如自行车前、后轮轴，汽车轮轴。

(2)转轴：既受弯矩又受转矩的轴。转轴在各种机器中最为常见。

(3)传动轴：只受转矩不受弯矩或受很小弯矩的轴。车床上的光轴、连接汽车发动机输出轴和后桥的轴，均是传动轴。

此设计轴为传动轴。

4.1.3轴的材料和毛坯

1.轴的材料：首先应有足够的强度，对应力集中敏感性低；还应满足刚度、耐磨性、耐腐蚀性及良好的加工性。常用的材料主要有碳钢、合金钢、球墨铸铁和高强度铸铁。

选择轴的材料时，应考虑轴所受载荷的大小和性质、转速高低、周围环境、轴的形状和尺寸、生产批量、重要程度、材料机械性能及经济性等因素，选用时注意如下几点：

（1）碳钢有足够高的强度，对应力集中敏感性较低，便于进行各种热处理及机械加工，价格低、供应充足，故应用最广。一般机器中的轴，可用30、40、45、50等牌号的优质中碳钢制造，尤以45号钢经调质处理最常用。

（2）合金钢机械性能更高，常用于制造高速、重载的轴，或受力大而要求尺寸小、重量轻的轴。至于那些处于高温、低温或腐蚀介质中工作的轴，

多数用合金钢制造。常用的合金钢有：12CrNi2、12CrNi3、20Cr、40Cr、38SiMnMo 等。

（3）通过进行各种热处理、化学处理及表面强化处理，可以提高用碳钢或合金钢制造的轴的强度及耐磨性。特别是合金钢，只有进行热处理后才能充分显示其优越的机械性能。

（4）合金钢对应力集中的敏感性高，所以合金钢轴的结构形状必须合理，否则就失去用合金钢的意义。另外，在一般工作温度下，合金钢和碳钢的弹性模量十分接近，因此依靠选用合金钢来提高轴的刚度是不行的，此时应通过增大轴径等方式来解决。

（5）球墨铸铁和高强度铸铁的机械强度比碳钢低，但因铸造工艺性好，易于得到较复杂的外形，吸振性、耐磨性好，对应力集中敏感性低，价廉，故应用日趋增多。

选得：轴为45钢

4.1.4失效形式与设计准则

1．轴的失效形式：主要有因疲劳强度不足而产生的疲劳簖裂、因静强度不足而产生的塑性变形或脆性簖裂、磨损、超过允许范围的变形和振动等。

2.轴的设计应满足如下准则：

（1）根据轴的工作条件、生产批量和经济性原则，选取适合的材料、毛坯形式及热处理方法。

（2）根据轴的受力情况、轴上零件的安装位置、配合尺寸及定位方式、轴的加工方法等具体要求，确定轴的合理结构形状及尺寸，即进行轴的结构设计。

（3）轴的强度计算或校核。对受力大的细长轴（如蜗杆轴）和对刚度要求高的轴，还要进行刚度计算。在对高速工作下的轴，因有共振危险，

故应进行振动稳定性计算。

4.2电磁铁应用设计计算方法

电磁铁不仅是许多自动化电器元件的主体，就是在一般工业技术中也常用到。随着工农业生产和科学技术的蓬勃发展，生产过程的机械化、自动化使得电磁铁的应用范围日益扩大。电磁铁是一种通电后对铁磁物质产生吸力，把电磁能转变为机械能电器，许多自动化电器和自控遥控中操纵各种气阀、油阀的电磁阀都是以电磁机构为主而构成的。

4.2.1电磁学基本原理

单位面积穿过磁力线条数称磁感应强度。

用公式表示为： S B φ

= （1）

式中 B----磁感应强度（高斯）；

φ----磁通（麦）；

S----截面积（2厘米）

磁通沿着磁路流通时主要经过导磁体和气隙两部分，磁通流过导磁体和气隙时要受到一定阻力，这种阻力称为磁阻，用符号表示为M R ，磁阻倒数为磁导，用符号表示为G ，两者关系为：

G=M

R 1 （2） 式中 G----磁导（亨）；

M R ----磁阻（1/亨）

磁路中的磁势定义为：

810-??=M R IW φ （3）

式中 I----电流（安培）；

W----匝数。

式中的810-为单位换算进去的常数。磁阻的大小与磁路长度成正比，与磁路截面积成反比，两者关系表示为：

s

L R M μ= （4） 式中 L----磁路长度（厘米）；

μ----导磁系数（亨/厘米）。

根据磁阻一磁导两者的关系这个式子为：

L s

G ?=μ

如果是恒定的空气气隙导磁系数那么磁导的表达式为：

h s

G h 0μ= （5）

式中中 h G ----气隙中磁导（亨）

0μ----空气导磁系数，等于1.25810-?亨/厘米；

h ----气隙长度（厘米）。

磁感应强度与磁场强度之间也有一定的表达式，他们之间用不同的材料的导磁系数μ联系，即：

810-??=H B μ （6）

式中 H----磁场强度（安匝/厘米）。

将空气的导磁系数0μ=1.25810-?亨/厘米代入（6）式得到：

B=1.25H （7）

由此可以看出空气中的磁感强度是磁场的1.25倍。单位同前。

如果将（6）式中的表达式带入（4）可得到磁阻的另一表达:式： 841010?=?==φ

μHL BS HL s L R M （8）_ 由于磁路与电路有它的相似性,所以用基尔霍夫第一定律,第二定律得出表达式为:

∑=0φ (9)

∑∑∑-==810M R HL IW φ (10) 式中

∑符号代表总和的意思,磁压的方向与磁通一致时取正号反之取负

号.

法拉第通过实验创造了感应电势的表达式： dt

d W

e φ= 此表达式实际用起来很不方便由此可以化成实用的表达式：

81044.4-=m fw E φ （11）

其中 E----感应电势有效值（伏）；

m φ----磁通最大值（麦）

； W----线圈匝数。

感应电势的方向由楞次定律确定。即磁通增加电阻时阻碍磁通增加。磁通减少时不阻碍磁通减少。

4.2.2电磁铁吸力计算

当线圈通电是就产生一定大小的磁通，磁通的一部分经过电磁铁的铁心和衔铁而形成闭合回路。此时衔铁被磁化而产生电磁力。因为磁力线具有收缩能力，所以电磁力方向指向铁心。如果磁极端面上的磁通量的分布是均匀的并且电磁铁处在吸合位置或接近吸合位置时所产生的电磁力为：

)(1)5000()5000(22公斤S

S B F h ?=?=φ （12） 式中 h φ----气隙中磁通（麦）

h B ----气隙中磁感应强度；

S----磁极端面初截面积。

在计算较大气隙所产生的吸力时，可以把上式加上一个休正系数，用来修正大气隙磁通不均匀分布所产生的误差。这时上式改写为：

)11(1)5000(11)5000(22δ

φδa S a S B F h h +?=+??= （13） 式中 α----修正系数，经验越为3~5‘

δ----气隙长度（厘米）。

直流电磁铁吸力的计算

电磁铁吸力计算可归纳为两大类：第一类已知电磁铁激磁安匝IW ，根据磁路计算出响应的磁通φ，在代入吸力公式计算出吸力F ；第二类已知吸力F 大小

，在通过吸力公式算出所需的磁通φ，然后由磁路计算出所需的磁势IW 值。 一般电磁铁若他的磁感应强度B 不很高，磁路处在不饱和情况下，气隙很小

时，则漏磁通是较小的，做磁路计算时可以忽略不计。如果气隙较大时，磁通值较大，这时考虑漏磁通影响。另外铁心磁阻也影响较大，计算吸力公式时也应考虑进去。因为本次设计力求结构简单方便，所以就采用直流电磁铁。

4.3弹簧的选用设计及计算

该设计中选用的压缩弹簧材料为Ni42CrTi

该材料的特点为耐腐蚀，弱磁性，高弹性，这在设计思路中其到了很好的效果。

首先耐腐蚀，因为机柜中采用了制冷压缩机，而且里面装的都是饮料（液体），所以难免里面会有水蒸汽，如遇空气易产生腐蚀性的酸，该材料的这个特点正好避免的它易腐蚀性。

其次显弱磁性，因设计中采用的是电磁控制，所以对一般的金属物质容易产生磁化，会对结构反映产生一定的滞慢动作，该材料显弱磁性，因此也避免了它的磁化而带来的负面效应。

再次高弹性，因该材料的弹簧弹性高，对与应用压缩弹簧的结构中是最难得的，它的寿命也因此可以长久。

所以我选用该材料做为弹簧的选用材料

弹簧功用

弹簧是通过其自身产生较大弹性变形进行工作的一种弹性元件。在各类机器中的应用十分广泛。其主要功用是：

1）控制机械的运动，例如内燃机中控制气缸阀门启闭的弹簧、离合器中的控制弹簧；

2）吸收振动和冲击能量，例如各种车辆中的减振弹簧及各种缓冲器的弹簧等；

3）存储和释放能量，例如钟表弹簧、枪栓弹簧等；

4）测量力的大小，例如弹簧秤和测力器中的弹簧等等。

弹簧参数的计算

弹簧总圈数与其工作圈数间的关系为：

??

? ??+=45~4

320n n =25 弹簧节距t 一般按下式取：

； t =d =1.2 （对拉伸弹簧）；

弹簧钢丝间距： δ = t-d ；

弹簧的自由长度： H = （n+1）d +D 1=25

弹簧螺旋升角：???

? ??=-21D t tg πα 通常α取5～90。 弹簧丝材料的长度：

l n D L +=απc o s

02（对拉伸弹簧）； 其中l 为钩环尺寸。 从受力分析可见，弹簧受到的应力主要为扭矩和横向力引起的剪应力，对于圆形弹簧丝

[]τππππτ≤=??? ??+=?+??

=+=32322

32821184162d FD K C d FD d F d D F A Q W T s T 系数K s 可以理解为切向力作用时对扭应力的修正系数，进一步考虑到弹簧丝曲率的影响，可得到扭应力：

[]τπτ≤=3

28d FD K 4414615.0--+=C C C K 式中K 为曲度系数。它考虑了弹簧丝曲率和切向力对扭应力的影响。一定条件下钢丝直径： []τKFC d 6

.1==1.2

圆柱弹簧受载后的轴向变形量 Gd

n FC Gd n FD 343288==λ 式中n 为弹簧的有效圈数；G 为弹簧的切变模量。

这样弹簧的圈数及刚度分别为：

332488FC

n Gd FD Gd n ==λ=20 n C Gd n D Gd F

k 332488===λ 对于拉伸弹簧，n >20时，一般圆整为整圈数，n <20时，可圆整为1/2圈；对于压缩弹簧总圈数n 的尾数宜取1/4、1/2或整圈数，常用1/2圈。为了保证弹簧具有稳定的性能，通常弹簧的有效圈数最少为2圈。C 值大小对弹簧刚度影响很大。若其它条件相同时，C 值愈小的弹簧，刚度愈大，弹簧也就愈硬；反之则愈软。不过，C 值愈小的弹簧卷制愈困难，且在工作时会引起较大的切应力。此外，k 值还和G 、d 、n 有关，在调整弹簧刚度时，应综合考虑这些因素的影响。

3.1压缩弹簧的计算

图3.1-1

压缩和弹簧的结构和载荷-变形图分别见3.1-1

d---弹簧丝直径 mm

D 、D1、D2---弹簧的外、内、中径 mm

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