【分享帖】硬币分类装置设计（源于炮手）第一阶段完毕
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2015-11-12
先开个题在这里，待我明天将理论分析完毕和图纸画好了开始发帖分析每一步的过程。(待续。。。)
///***更新第二波（第一波更新完后一不小心没保存，，，）***///：
感觉计算量有点多，所以先把已经计算的结果发发贴吧。我的想法来源于RM炮手的发射机构，所以就在此论坛分享一下，首先说明一下需要分类的硬币种类有一元，五毛，一毛（小的），这个装置只针对我们学校的比赛。
首先把硬币参数给出，如下表：
///***更新第二波（第一波更新完后一不小心没保存，，，）***///：
感觉计算量有点多，所以先把已经计算的结果发发贴吧。我的想法来源于RM炮手的发射机构，所以就在此论坛分享一下，首先说明一下需要分类的硬币种类有一元，五毛，一毛（小的），这个装置只针对我们学校的比赛。
首先把硬币参数给出，如下表：
表1-1
我的想法最开始来源于RM炮手发射机构的供弹装置。先给出目前设计的图纸模型，这只是一个简图，还待完善。如下图所示：
图1-1
这只是一个方案设计图，还待细化，这个看上去是不是很像炮手上的供弹装置呢？嘿嘿{:2_25:}
首先定出设计的目标：10s内完成分拣300个硬币==>1秒分拣30个硬币。
下面开始分析计算。一般分析计算的都是关键的尺寸，而这个分拣机构的关键尺寸有两个：
1.转盘的直径，因为转盘的尺寸决定了整体装置的尺寸；
2.固定板上的出口尺寸，该尺寸决定了硬币能否完美的从转盘上分拣出来。
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首先从简单的开始分析，从只有一环开始分析。
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下面先分析第一个关键尺寸:转盘的半径R。
先给出一些参数的符号及其定义：
一元硬币直径为D1；五毛硬币直径为D2；一毛硬币直径为D3；
设转盘的角速度为ω；一环上有m个圆筒；当转过1秒时转过的角度为β；β角度内有n0个圆孔；设γ=2π /m，表示在γ角度范围内当且仅当只有一个圆筒和出口时，γ为最大的角度；
图1-2
圆孔的直径为D；β角度对应的圆弧长为S͡ ；圆孔之间的间隙为Δ1；β角度范围内所有的圆孔直径D加上所有圆孔之间的间隙Δ1的值为 S͞ ；转盘的半径为R；γ-β角度α对应的圆弧长度为Δ͡S；
图1-3
圆孔与硬币之间的间隙，即直径之差为Δ2；
图1-4
圆孔与转盘边缘的距离为Δ3；
图1-5
下面根据各个参数的定义可以得到一些表达式：
γ=2π /m （公式1-1）；
β=ω*1 （公式1-2）；
Δ2=D-D1 （公式1-3）；
S͡ =βr （公式1-4）；
S͞ =n0*(D+Δ1) （公式1-5）；
由公式1-3和公式1-5得：
S͞ =n0*(D1+Δ) （公式1-6） 其中Δ=Δ1+Δ2 （公式1-7） ；
由于S͡ ≈ S͞ ，所以根据公式1-4和公式1-6得：
r =n0*(D1+Δ) /β （公式1-8）；
由图1-5，可得：
R=r+D/2+Δ3 （公式1-9）；
结合公式1-8和公式1-9，得：
R=n0*(D1+Δ) /β +D/2+Δ3 （公式1-10）；
公式1-10就是我们需要求的结果。下面开始确定参数并计算出结果。
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确定公式1-10中的各个参数
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未知数有n0 、Δ （Δ 1、Δ 2） 、β 、D 、 Δ3 。下面将对这些参数一个一个确定其具体数值。
//***首先确定n0的数值***//
首先来看看n0的定义：β角度内有n0个圆孔。
然后注意一下我们的设计目标是：10s内完成分拣300个硬币==>1秒分拣30个硬币。
则一秒钟就得有30个硬币分拣出来，又已知一秒钟旋转角度是β，而β角内有n0个圆孔，则一秒钟β角内将会有n0个圆孔经过出口。又根据γ角的含义：表示在γ角度范围内当且仅当只有一个圆筒和出口时，γ为最大的角度。其中γ角内存在一个β角。根据公式1-1可知转盘一周上总的有m(m=2π /γ)个γ角。又由于一个γ角内存在一个β角，则将存在m个β角，即旋转一周将会有M个圆孔经过出口，其中M=m*n0。而根据设计目标，1秒分拣30个，即得出M=30。则m*n0为一个常数。因此可以列出一个表格表示，如下表所示：
表1-2
那么n0和m到底取多少才合适呢？这将是下面讨论的热点。
n0和m的取值已经由表1-2决定，一共有12组，不可能每一组都去计算一遍，后面的计算还有很多呢，，，如果有12个人的话可以去试试，，，但是我就一个人，况且是完全手动码字，，，更可恨的是这些字是我在打第二遍（说起都是泪{:2_28:}）。
言归正传，n0和m的该取哪一组呢？首先简单分析一下，直觉（男生的第六感{:2_25:}）告诉我这两个任何一个取大了即组号选择两端的时候都是不合理的。
其实这是可以分析的：
当角速度ω、Δ3和Δ一定时，根据公式1-2可知β也一定，这是n0越大，根据（公式1-9）则转盘的半径R就得越大，则整体尺寸就越大，这和我们的设计准则是相反的，我们的设计准则是在满足功能的条件下尽可能的使得R的值小；
当半径R不变时，由于m越大，根据公式1-1可知γ将越小，由于γ>β，所以β也会变小，将会导致圆孔之间的间隔Δ1越小，这将直接影响转盘的刚度。
所以根据上面的分析，n0和m的值都不能太大太小，那只有取一个中间量了。根据表1-2，我选择了第5组，n0=5，m=6。让m=6是想让圆周的个数是一个偶数。
由此确定出了n0的值。
//***确定β的大小***//
由前面分析已经知道了γ>β（图1-3可知），且γ=2π /m=2π /6=π /3；
所以β<π /3（公式1-11）；
由β的定义可知和角速度ω关系较大，而角速度ω又与转速n有关系，那么β和转速n之间的关系又是什么呢？
首先看看各个参数的单位：ω （rad/s）、β(rad)、n(r/min)
再看看角速度ω和转速n之间的关系：ω=2π n/60=π n/30；
β与ω之间的关系为：β=ω*1；
所以β与转速n之间的关系为：β=π n/30（公式1-12）。
由公式1-11和公式1-12得：
n<10
n的取值主要看我们选择的电机，由于不需要什么增大扭转之类的条件，所以选择直接上电机，则电机选择减速电机，n<10r/min。
经过逛逛淘宝之后，决定选择一个n=5r/min的减速电机，这个具体等于多少每个人选择的不一样，得出的结果也有一定的差异。
为了保证整体尺寸尽量小，所以n不能太小，又由于不能让转盘转速过快，容易导致卡死，所以n也不能太大了。
根据公式1-12得出：
β=π/6 ；
/////*******下面计算见第九楼**********////
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