黃昊 王會(huì)良 胡鵬宇 莫旭 翟忠奧 杜猛 郭金榮

（河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南 洛陽 471003）

1 概述

電動(dòng)螺絲刀廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑等行業(yè)，主要用于攻螺釘，其工作過程為：先往螺絲刀頭上放一顆螺釘，然后將其對(duì)準(zhǔn)工作點(diǎn)后攻入。這種重復(fù)拿放螺釘再將其攻入工作面的操作不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且在攻入的過程中常常由于施力不穩(wěn)，會(huì)使得攻入的螺釘不垂直于工作面；如果操作不當(dāng)，還容易使手指受傷[1]。本文將介紹一種螺釘自動(dòng)供給與攻入裝置，可以實(shí)現(xiàn)螺釘供給與攻入的半自動(dòng)化，并且能提高工作效率、螺釘被正確攻入的成功率和使用的安全性。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本裝置主體機(jī)械結(jié)構(gòu)由螺釘彈夾、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器、滑軌、螺釘軌道約束器和普通手電鉆組成，具有裝拆方便、安全高效等特點(diǎn)。圖1 為螺釘自動(dòng)供給與攻入裝置總裝配圖，如圖1所示，滑軌后端連接著普通手電鉆，螺釘軌道約束器連接在滑軌前端，螺釘彈夾卡在滑軌的下部，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器裝于螺釘彈夾上方。本裝置操作簡單，先將本裝置的瞄準(zhǔn)器對(duì)準(zhǔn)施工點(diǎn)，按下電鉆的開關(guān)，往前方推動(dòng)，使螺釘完全攻入工作面后再將裝置拿離工作面，就能完成了一次螺釘?shù)墓ト搿?/p>

圖1 螺釘自動(dòng)供給與攻入裝置總裝配圖

2.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程

隨之旋轉(zhuǎn)到與螺絲刀（圖2-10）同軸位置。此時(shí)，瞄準(zhǔn)器達(dá)到軸向極限位置，再向前繼續(xù)推動(dòng)電鉆，使得主彈簧（圖2-9）被壓縮，螺絲刀抵達(dá)螺釘處。最后，向前繼續(xù)推動(dòng)電圖2為螺釘自動(dòng)供給與攻入裝置的槍體結(jié)構(gòu)零件圖，如圖2 所示。首先，將瞄準(zhǔn)器（圖2-24）準(zhǔn)確放在工作面上。然后，按下手電鉆的開關(guān)按鈕，向前推動(dòng)此裝置，瞄準(zhǔn)器受到施工面的反作用力向后運(yùn)動(dòng)，然后推動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器（圖4），使得上鏈輪（圖4-19）旋轉(zhuǎn)11.25°，并帶動(dòng)螺釘鏈條（圖2-27）旋轉(zhuǎn)。之后，螺釘（圖2-20）鉆，使得螺絲刀將同軸心的螺釘推出螺釘鏈條（圖2-27）。然后，螺釘進(jìn)入螺釘-軌道約束器（圖2-1），螺釘受到軌道約束器（圖2-1）的約束作用，保持著與螺絲刀同軸方向的運(yùn)動(dòng)。最后，螺釘順利地被釘入施工面。之后再向后拉動(dòng)電鉆，主彈簧（圖2-9）由于受著彈簧的彈力，使前導(dǎo)軌（圖2-6）和后導(dǎo)軌（圖2-8）恢復(fù)至最大行程。然后，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器回推彈簧（圖2-22）將旋轉(zhuǎn)桿（圖2-21）推至卡槽套筒（圖2-16）后端鋸齒的底部，使旋轉(zhuǎn)桿同向旋轉(zhuǎn)33.75°，從而帶動(dòng)上鏈輪（圖2-19）旋轉(zhuǎn)33.75°而再次驅(qū)動(dòng)螺釘鏈條。

圖2 槍體結(jié)構(gòu)零件圖

2.3 局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1 螺釘軌道約束器

螺釘軌道約束器位于螺釘出口處，作用是約束螺釘?shù)倪\(yùn)動(dòng)，使其沿螺絲刀軸線方向運(yùn)動(dòng)。軌道約束器由韌性材料制成，內(nèi)部含有多組三爪式約束片，模擬人類手指控制螺釘，兼容不同直徑的螺釘。管身有三片方形卡板，便于放置在槍體銜接器（圖3-5）中并調(diào)整位置，使裝置兼容不同長度的螺釘。其結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。

圖3 螺釘軌道約束器與槍體銜接器結(jié)構(gòu)圖

2.3.2 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器

旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器是驅(qū)動(dòng)鏈條運(yùn)動(dòng)的裝置，圖4 是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖，如圖4 所示。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器由推桿17、卡槽套筒16、旋轉(zhuǎn)桿21 和上鏈輪19 組成。卡槽套筒由三顆螺栓固定在螺釘彈夾（圖1-2）上，無法相對(duì)于螺釘彈夾運(yùn)動(dòng)，推桿周向的八個(gè)矩形突起與卡槽套筒的內(nèi)部的八個(gè)卡槽配合形成滑動(dòng)副限制推桿周向轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)桿21 后端套有回推彈簧（圖2-22），回推彈簧頂住旋轉(zhuǎn)桿21 后端圓環(huán)。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器處于初始狀態(tài)時(shí)，旋轉(zhuǎn)桿19 與推桿17 被回推彈簧推入卡槽套筒16 中，此時(shí)旋轉(zhuǎn)桿21 前端的45°斜面與卡槽套筒16 末端的45°斜面共面。推桿17 向后運(yùn)功，將推動(dòng)旋轉(zhuǎn)桿21 脫離卡槽套筒16；脫離過程中，旋轉(zhuǎn)桿21 四個(gè)周向分布凸起的側(cè)面與卡槽套筒后的端鋸齒的直平面共面且相對(duì)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)旋轉(zhuǎn)桿21 脫離卡槽套16 的同時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)桿21 受到回推彈簧的彈力，而且此時(shí)旋轉(zhuǎn)桿21 末端45°斜面未滑至推桿17 鋸齒的最凹處，所以旋轉(zhuǎn)桿21 脫離卡槽套筒16 時(shí)，旋轉(zhuǎn)桿21 的斜面齒會(huì)滑至推桿17 鋸齒的最凹處，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)桿21 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)11.25°。當(dāng)推桿受到的向后推力減小至小于回推彈簧的彈力時(shí)，旋轉(zhuǎn)桿21 和推桿17 會(huì)因?yàn)榛赝茝椈傻耐屏Χ蚯耙苿?dòng)；移動(dòng)過程中，旋轉(zhuǎn)桿21 的斜面齒將順著卡槽套筒16的下一個(gè)鋸齒斜面滑至卡槽套筒16 的鋸齒最底部，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)33.75°。這兩次旋轉(zhuǎn)桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將驅(qū)動(dòng)上鏈輪旋轉(zhuǎn)45°，從而驅(qū)動(dòng)螺釘鏈條（圖5）運(yùn)動(dòng)。

圖4 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖

2.3.3 螺釘鏈條

螺釘鏈條是用來存儲(chǔ)螺釘?shù)臋C(jī)構(gòu)，由普通鏈條改進(jìn)而成，單個(gè)鏈節(jié)上面都設(shè)計(jì)有三卡爪，可以適應(yīng)不同型號(hào)的螺釘。螺釘鏈條可以容納36 顆螺釘，而且螺釘鏈條的外殼為雙開門結(jié)構(gòu)，方便裝填螺釘。本機(jī)構(gòu)為鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)平穩(wěn)、精度高，結(jié)構(gòu)緊湊[2]。另外，四卡槽鏈輪與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器配合，螺釘運(yùn)動(dòng)軌跡精確穩(wěn)定。其結(jié)構(gòu)圖如圖5 所示，單個(gè)鏈節(jié)結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖5 螺釘鏈條圖

圖6 螺釘鏈條單鏈節(jié)圖

2.3.4 可拆卸式螺釘彈夾

螺釘彈夾置于槍體銜接器下端，如圖7 所示。螺釘彈夾最上端的前后位置存在卡槽，槍體銜接器下端的內(nèi)部前后存在卡齒，螺釘彈夾可水平向右滑入槍體銜接器，之后由槍體銜接器右側(cè)擋板和螺釘彈夾卡扣限制螺釘彈夾位置。如圖7所示，螺釘彈夾卡扣由右齒條、固定螺絲、圓柱銷、上蓋、左齒條、彈簧和中間齒輪組成；處于初始狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)彈簧頂住左齒條，左齒條通過中間齒輪使得右齒條受到向前的推力，在右齒條的右側(cè)，螺釘彈夾有凸起，與右齒條相接觸可以限制螺釘彈夾向左的位移。向前按動(dòng)左齒條可以使得右齒條向后移動(dòng)從而取下螺釘彈夾。螺釘彈夾內(nèi)可裝配螺釘鏈條裝置（圖5），且螺釘彈夾為雙開門設(shè)計(jì)，方便裝填螺釘。

圖7 可拆卸式螺釘彈夾結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的螺釘自動(dòng)供給與攻入裝置動(dòng)作可靠、安全高效、操作方法簡單，只要將本工具的瞄準(zhǔn)器對(duì)準(zhǔn)施工點(diǎn)，按住電鉆開關(guān)，進(jìn)行一推一拉的運(yùn)動(dòng)，就能將螺釘攻入工作面。螺釘彈夾可容納36 顆螺釘，相較于普通電動(dòng)螺絲刀，可以減少手動(dòng)上釘?shù)墓ぷ?，提高工作效率和安全性。螺釘鏈條單鏈節(jié)的三卡爪擁有錐度，可以使得該工具適應(yīng)不同大徑的螺釘，螺釘軌道約束器可前后調(diào)節(jié)，使得該工具適應(yīng)不同長度的螺釘。螺釘彈夾為雙后蓋設(shè)計(jì)，方便裝填螺釘[3]。本裝置改善了傳統(tǒng)電動(dòng)螺絲刀攻螺釘效率、安全性和正確攻入工作面的成功率低下等問題，具有較好的應(yīng)用前景。