王 碩，朱霄霄，修 霞，謝立孟，張建宇

（青島恒星科技學(xué)院，山東 青島 266000）

引言

目前蓋章大多數(shù)都是人工蓋章，蓋完章還需要人工整理，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大且工作效率低下，像銀行部門，產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)部門，學(xué)校等每天有大量的蓋章工作，人工的工作方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，為了克服以上問題，解放勞動(dòng)力，本文提出一種高效的自動(dòng)蓋章分揀裝置，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，工藝性好，操作方便，通用性高，設(shè)計(jì)效果如圖1 所示。

圖1 自動(dòng)蓋章分揀機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

1 整體方案的設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)主要由機(jī)架，分揀紙張裝置，蓋章裝置三部分組成；機(jī)架主要由安裝導(dǎo)軌的進(jìn)紙盒和出紙盒構(gòu)成，通過導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)完成紙張的進(jìn)出；蓋章裝置的連接桿底端安裝印章，印章可拆卸，實(shí)現(xiàn)不同印章的印蓋，可以對A3、A4 和A5 等多種尺寸的紙張進(jìn)行自動(dòng)蓋章，自動(dòng)蓋章和分揀紙張相結(jié)合解決繁瑣的重復(fù)蓋章問題；通過搓紙輪和分頁器，完成紙張的自動(dòng)分揀。

2 電機(jī)的選擇和應(yīng)用

目前，伺服電機(jī)多用于自動(dòng)化設(shè)備的傳動(dòng)，但考慮到電機(jī)的啟動(dòng)和停止需要一個(gè)加速和減速過程，這將影響重復(fù)定位的精度，并影響系統(tǒng)的速度。在新自動(dòng)蓋章和分揀機(jī)的水平方向和垂直方向上，選擇了低速電機(jī)。同時(shí)，該設(shè)計(jì)進(jìn)行蓋章時(shí)用的力較小，消耗的功率就較小，所以最終選擇型號(hào)為YDS100B5 的電機(jī)，啟動(dòng)時(shí)可以順利地運(yùn)行，對于電動(dòng)機(jī)來說，轉(zhuǎn)速選擇930 r/min，可以保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。功能見表1。

表1 電動(dòng)機(jī)的參數(shù)

3 機(jī)架及其進(jìn)出紙盒的設(shè)計(jì)

機(jī)架的主要功能是在電機(jī)的帶動(dòng)下完成紙張的自動(dòng)進(jìn)出。設(shè)計(jì)如圖2 所示。系統(tǒng)由機(jī)架、進(jìn)紙盒、出紙盒和導(dǎo)向板構(gòu)成；機(jī)架為長方體結(jié)構(gòu)，進(jìn)紙盒與所述出紙盒均安裝有導(dǎo)軌，使用時(shí)分別向左右拉開，所述導(dǎo)向板一側(cè)的兩端通過軸承安裝在所述機(jī)架的軸承座上，另一側(cè)與所述出紙盒內(nèi)側(cè)底面相切。

圖2 系統(tǒng)組成示意圖

4 分揀紙張裝置的設(shè)計(jì)

分揀紙張裝置主要完成紙張的自動(dòng)分揀。目前，市場上大多數(shù)蓋章分揀機(jī)使用電動(dòng)真空吸盤進(jìn)行紙張更換和傳輸。常見的是真空吸盤，然而，真空吸盤的操作需要很大的空間，A4 紙的操作面積幾乎是紙張大小的三倍，無疑增加了成本，在本設(shè)計(jì)中，章分揀機(jī)選用了電機(jī)與紙輪齒輪傳動(dòng)方案。

分揀紙張裝置由電機(jī)、離合器、搓紙輪軸、搓紙輪、分離爪和軸承座構(gòu)成，所述電機(jī)安裝在機(jī)架的上面，離合器套在搓紙輪軸一端，并與電機(jī)相連，搓紙輪軸的另一端通過軸承安裝在機(jī)架上，搓紙輪內(nèi)孔有環(huán)形凸起，卡在搓紙輪軸的中間兩搓紙輪護(hù)板的卡槽中，分離爪有兩個(gè)，與機(jī)架的進(jìn)紙盒放紙板的凹槽相對應(yīng)。具體設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3 分揀紙張裝置

分揀紙張裝置的電機(jī)通電，給離合器電壓，使離合器吸合，帶動(dòng)搓紙輪軸上的搓紙輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使紙張穿過搓紙輪和分離器，沿著導(dǎo)向板整齊地裝進(jìn)出紙盒中。

5 蓋章裝置的設(shè)計(jì)

蓋章結(jié)構(gòu)一般有凸輪推桿機(jī)結(jié)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)結(jié)構(gòu)。

5.1 凸輪推桿結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)功能是將凸輪的連續(xù)往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成印頭的上下往復(fù)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)蓋章功能。它的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，在行程的起此點(diǎn)有較好的邊界條件：在各段不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的鏈接點(diǎn)上滿足。位移、速度連續(xù)，即其運(yùn)動(dòng)曲線應(yīng)光滑過度：各段不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有較好的動(dòng)力性能和工藝性能，打印精度高。缺點(diǎn)是凸輪制造較困難，維護(hù)性不好。

5.2 曲柄滑塊機(jī)結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)功能：將曲柄連續(xù)往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成滑塊在導(dǎo)軌上連續(xù)往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)蓋章功能。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)制作簡單，易于維護(hù)、經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高、使用范圍廣。缺點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)規(guī)律任意性較差，運(yùn)轉(zhuǎn)精度較低。

對以上備選方案在運(yùn)動(dòng)性能，工作性能，動(dòng)力性能，經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)緊湊性等方面的比較，最終自動(dòng)蓋章機(jī)的蓋章機(jī)構(gòu)選擇方案3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。

蓋章裝置包括支撐架、電機(jī)、滾珠絲杠、光桿、移動(dòng)板、齒輪、齒條、短軸、連接桿、螺母、印章和印泥；支撐架為長方體框架結(jié)構(gòu)，軸端的法蘭盤通過螺栓安裝在支撐架上頂面，支撐架上頂面和下底面的并排開有三個(gè)圓孔，電機(jī)通過聯(lián)軸器連接所述滾珠絲杠，聯(lián)軸器使用緊定螺釘實(shí)現(xiàn)軸向固定，滾珠絲杠兩端通過止推軸承固定在所述支撐架上頂面和下底面的中心開的圓孔中，光桿有兩根，通過軸承安裝在支撐架的左右開的圓孔中，分布在滾珠絲杠的左右兩邊，移動(dòng)板相應(yīng)的開有三個(gè)圓孔，中間孔安裝有絲母，與滾珠絲杠連接，左右兩個(gè)圓孔與兩個(gè)光桿配合，在移動(dòng)板位于左側(cè)光桿和滾珠絲杠中間位置前側(cè)開有一個(gè)通孔，安裝短軸，短軸一側(cè)開有鍵槽，與齒輪連接，另一側(cè)連接一個(gè)伸縮桿，伸縮桿前端為扁圓柱體，圓柱體中間開有螺紋，連接桿上開有螺紋，穿過短軸的扁圓柱體，兩端通過螺母固定。結(jié)構(gòu)圖如圖4 所示。

圖4 蓋章裝置結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)電機(jī)通電后，移動(dòng)板的絲母與滾珠絲杠配合，帶動(dòng)齒輪向上移動(dòng)，當(dāng)齒輪與齒條嚙合時(shí)，轉(zhuǎn)化為連接桿的180°轉(zhuǎn)動(dòng)，使印章印一下印泥，當(dāng)移動(dòng)板向下移動(dòng)時(shí)，經(jīng)過齒輪與齒條的再次嚙合，使印章朝下，把章蓋到紙張上，蓋完章。

6 創(chuàng)新點(diǎn)

該設(shè)計(jì)的特色是蓋章裝置與自動(dòng)分揀紙張裝置相結(jié)合：蓋章裝置的齒條通過螺栓固定安裝在支撐架左側(cè)豎直方板內(nèi)側(cè)的中間位置，齒條與齒輪有模數(shù)和壓力角分別相等的輪齒，相互嚙合，通過齒輪嚙合帶動(dòng)連接桿實(shí)現(xiàn)180°的轉(zhuǎn)動(dòng)；蓋章裝置的連接桿底端安裝印章，印章可拆卸，實(shí)現(xiàn)不同印章的印蓋，印泥與印章的軸線重合，安裝在所述蓋章裝置的支撐架上頂面，由四根短立柱固定；與自動(dòng)分揀紙張裝置相結(jié)合，解決了繁瑣的重復(fù)蓋章問題，解放了人力。

7 結(jié)論

通過查閱大量有關(guān)自動(dòng)蓋章分揀機(jī)的資料，對自動(dòng)蓋章分揀機(jī)的發(fā)展過程有了充分的了解。在自動(dòng)蓋章分揀機(jī)生產(chǎn)車間進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，通過軟件進(jìn)行應(yīng)力分析，對現(xiàn)有自動(dòng)分揀蓋章機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并對優(yōu)化前后的效果和效率進(jìn)行對比分析，從而為自動(dòng)分揀蓋章機(jī)行業(yè)的發(fā)展提供參考和依據(jù)。