馮國(guó)梁，張 艷，張凱凱，陳 英，劉 彬

（太原工業(yè)學(xué)院工程訓(xùn)練中心， 山西 太原 030008）

引言

螺絲是設(shè)備制造企業(yè)常用的零件之一，不同的產(chǎn)品需要用到不同類型的螺絲。為能夠提高螺絲使用效率、分揀效率，需對(duì)大量的螺絲進(jìn)行排列處理。目前市場(chǎng)上已有對(duì)螺絲進(jìn)行排列后使用X射線檢測(cè)缺陷的設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)螺絲的高效、同方向排列，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高[1-2]。

為提供具有較高性價(jià)比、能夠高效排列螺絲的設(shè)備，本文應(yīng)用SolidWorks，CAXA，麥迪等軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真，制作了高頻振動(dòng)螺絲排列機(jī)構(gòu)，其具有高效螺絲排列功能，在不同振動(dòng)頻率和不同螺絲規(guī)格的情況下，均能夠?qū)崿F(xiàn)高效的螺絲排列。通過(guò)試驗(yàn)，表明該設(shè)備在螺絲雜亂無(wú)章的情況下具有80個(gè)/min的排列效率[3-5]。

1 螺絲排列機(jī)的設(shè)計(jì)方案

高頻振動(dòng)螺絲排列機(jī)是將大量螺絲通過(guò)喂料機(jī)持續(xù)投送到排列機(jī)接收口中，通過(guò)扇葉的旋轉(zhuǎn)使螺絲運(yùn)送到軌道上，將軌道與直線振動(dòng)模塊固定，通過(guò)直線振動(dòng)模塊的高頻振動(dòng)帶動(dòng)軌道振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)螺絲的有序排列并使其沿軌道直線前進(jìn)。螺絲排列機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 葉扇的設(shè)計(jì)

葉扇在排列機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中起重要作用，葉扇通過(guò)旋轉(zhuǎn)利用葉片不斷將螺絲送到直線軌道上，從而使排列機(jī)進(jìn)入下一階段。通過(guò)試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)葉片的數(shù)量為6片且均勻分布時(shí)效果最佳；且葉片的形狀要具有一定的彎曲度，傳遞作用才能更好。葉扇的整體使用PLA材質(zhì)的3D打印材料，其質(zhì)量輕、韌性好且制作方便。圖2為其設(shè)計(jì)模型圖[6-8]。

圖1 螺絲排列機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.2 槽型圓筒的設(shè)計(jì)

槽型圓筒的主要功能是起一定的裝載作用，并且能夠使葉扇順利地將螺絲帶到葉扇的工作片上，使螺絲能夠被正常排列。故其槽型內(nèi)表面要具有足夠的光滑性，來(lái)更好地配合葉扇工作。

圓筒的整體材料選用了光敏樹脂，其成型速度快、高效方便且耐磨性高。圖3為槽型圓筒模型圖。

圖2 葉扇模型圖

圖3 槽型圓筒模型圖

1.3 斜漏斗的設(shè)計(jì)

下頁(yè)圖4為其模型圖。斜漏斗主要是將機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中散落的螺絲回收起來(lái)，并且送到槽型圓筒底部，使螺絲重新被排列。其設(shè)計(jì)時(shí)具有一定的斜度，收集面要具備足夠的寬度才能更好起到收集作用。其底部連接處采用了法蘭邊的設(shè)計(jì)，能更好地與箱體連接。

1.4 直線振動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)

直線振動(dòng)模塊是排列機(jī)中最為重要的一個(gè)零件，螺絲通過(guò)葉扇運(yùn)送到振動(dòng)模塊上的振動(dòng)軌道中，通過(guò)振動(dòng)器的作用使螺絲有序地排列，并且沿著直線軌道直線前進(jìn)。通過(guò)調(diào)節(jié)直線軌道的寬度可適應(yīng)不同尺寸的螺絲，使其排列機(jī)的功能更加完善。

振動(dòng)器振動(dòng)的幅度要適當(dāng)。幅度太大，容易使螺絲振動(dòng)到外面，排列機(jī)工作過(guò)程中穩(wěn)定性不高。反之，則對(duì)螺絲的排列起不到理想的效果。經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析后，選擇60直振送料器，為了精確調(diào)幅還選擇了220 V振動(dòng)盤控制器。圖5所示為振動(dòng)模塊模型圖。

圖4 斜漏斗模型圖

圖5 直線振動(dòng)模塊模型圖

1.5 驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)裝置作為整個(gè)排列機(jī)運(yùn)作時(shí)的核心零件，其耗能與傳遞轉(zhuǎn)矩這兩方面都重要。如圖6所示為直線振動(dòng)模塊的模型設(shè)計(jì)圖，通過(guò)對(duì)各種電機(jī)的試驗(yàn)與比較，且根據(jù)扭矩與拉力和力臂的關(guān)系，最終選擇了微型渦輪蝸桿減速電機(jī)。電機(jī)的輸出端安裝的聯(lián)軸器可以更好地使電機(jī)帶動(dòng)葉扇旋轉(zhuǎn)，葉扇背部安裝的法蘭盤，可以更好地使微型電機(jī)與葉扇連接，從而更好地實(shí)現(xiàn)其功能。

2 產(chǎn)品功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)螺絲的種類，共將其分為大、中、小三種類型，通過(guò)改變?nèi)~扇的大小及振動(dòng)器振動(dòng)軌道的寬度，來(lái)適應(yīng)不同種類的螺絲。

根據(jù)不同用戶的需求，還可以專門為其設(shè)計(jì)不同規(guī)格的葉扇與振動(dòng)軌道。排列機(jī)的可調(diào)節(jié)性具有很高的實(shí)用性，可以大大提高工作效率，更好地體現(xiàn)其實(shí)用價(jià)值[9-10]。

螺絲排列機(jī)的功能經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)論證，不斷進(jìn)行完善，無(wú)論是在材料的選擇還是振動(dòng)裝置等的選擇上，我們都通過(guò)理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)做出了合理的選擇。

2.1 傾斜角試驗(yàn)

在斜漏斗的斜度設(shè)計(jì)中，以10°為單位逐次增加傾斜角度，每次以50個(gè)螺絲為單位進(jìn)行測(cè)試。表1為在不同的斜度下，螺絲進(jìn)入底部的平均值。為了與排列機(jī)的整體結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，實(shí)驗(yàn)得出60°的結(jié)構(gòu)可以與整體配合更加契合，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，故選擇60°是最合適的。

2.2 振動(dòng)特性試驗(yàn)

振動(dòng)器的幅度對(duì)螺絲排列有重要影響，圖7為振動(dòng)盤控制器的幅度調(diào)整裝置。

表1 不同傾斜角度下螺絲滑落數(shù)據(jù)

圖6 驅(qū)動(dòng)裝置模型圖

圖7 振幅調(diào)整盤

以不同規(guī)格螺絲的質(zhì)量、體積、長(zhǎng)度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行多次排列實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)螺絲的長(zhǎng)度對(duì)排列影響較大，不同長(zhǎng)度螺絲對(duì)應(yīng)不同的振動(dòng)幅度，經(jīng)過(guò)分類歸納得出了表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。小型長(zhǎng)度范圍為0～15 mm，中型范圍為為15～30 mm，大型范圍為30～40 mm。

表2 螺絲大小分類表

2.3 振動(dòng)器安裝位置試驗(yàn)

振動(dòng)器安裝在軌道的不同位置對(duì)螺絲排列也有不同影響，以50枚螺絲為單位進(jìn)行多次試驗(yàn)，表3為對(duì)不同位置的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知振動(dòng)器在軌道的中間位置是最佳的。

表3 振動(dòng)器不同位置對(duì)比表

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)排列機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)中一些常見(jiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一定程度的創(chuàng)新，例如利用高頻振動(dòng)的方式進(jìn)行螺絲高效排列，通過(guò)頻率與振幅的改變，更好地控制不同類型螺絲的排列；又例如利用喂料的形式，使用葉傘結(jié)構(gòu)高效地提取螺絲到軌道上面，由于其能持續(xù)運(yùn)作，大大提高了運(yùn)料效率，比人工更加高效，是一種較為新穎的設(shè)計(jì)。螺絲排列機(jī)的設(shè)計(jì)給使用螺絲較多的工廠，比如家具企業(yè)，帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。