螺絲排列機的設計★

馮國梁，張 艷，張凱凱，陳 英，劉 彬

（太原工業學院工程訓練中心， 山西 太原 030008）

引言

螺絲是設備制造企業常用的零件之一，不同的產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，需對大量的螺絲進行排列處理。目前市場上已有對螺絲進行排列后使用X射線檢測缺陷的設備，能夠實現螺絲的高效、同方向排列，但其結構復雜，成本較高[1-2]。

為提供具有較高性價比、能夠高效排列螺絲的設備，本文應用SolidWorks，CAXA，麥迪等軟件進行設計、仿真，制作了高頻振動螺絲排列機構，其具有高效螺絲排列功能，在不同振動頻率和不同螺絲規格的情況下，均能夠實現高效的螺絲排列。通過試驗，表明該設備在螺絲雜亂無章的情況下具有80個/min的排列效率[3-5]。

1 螺絲排列機的設計方案

高頻振動螺絲排列機是將大量螺絲通過喂料機持續投送到排列機接收口中，通過扇葉的旋轉使螺絲運送到軌道上，將軌道與直線振動模塊固定，通過直線振動模塊的高頻振動帶動軌道振動，從而實現對螺絲的有序排列并使其沿軌道直線前進。螺絲排列機結構圖如圖1所示。

1.1 葉扇的設計

葉扇在排列機的運行過程中起重要作用，葉扇通過旋轉利用葉片不斷將螺絲送到直線軌道上，從而使排列機進入下一階段。通過試驗，我們發現葉片的數量為6片且均勻分布時效果最佳；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材質的3D打印材料，其質量輕、韌性好且制作方便。圖2為其設計模型圖[6-8]。

圖1 螺絲排列機結構圖

1.2 槽型圓筒的設計

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。故其槽型內表面要具有足夠的光滑性，來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 斜漏斗的設計

下頁圖4為其模型圖。斜漏斗主要是將機器運行過程中散落的螺絲回收起來，并且送到槽型圓筒底部，使螺絲重新被排列。其設計時具有一定的斜度，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計，能更好地與箱體連接。

1.4 直線振動模塊的設計

直線振動模塊是排列機中最為重要的一個零件，螺絲通過葉扇運送到振動模塊上的振動軌道中，通過振動器的作用使螺絲有序地排列，并且沿著直線軌道直線前進。通過調節直線軌道的寬度可適應不同尺寸的螺絲，使其排列機的功能更加完善。

振動器振動的幅度要適當。幅度太大，容易使螺絲振動到外面，排列機工作過程中穩定性不高。反之，則對螺絲的排列起不到理想的效果。經實驗分析后，選擇60直振送料器，為了精確調幅還選擇了220 V振動盤控制器。圖5所示為振動模塊模型圖。

圖4 斜漏斗模型圖

圖5 直線振動模塊模型圖

1.5 驅動裝置的設計

驅動裝置作為整個排列機運作時的核心零件，其耗能與傳遞轉矩這兩方面都重要。如圖6所示為直線振動模塊的模型設計圖，通過對各種電機的試驗與比較，且根據扭矩與拉力和力臂的關系，最終選擇了微型渦輪蝸桿減速電機。電機的輸出端安裝的聯軸器可以更好地使電機帶動葉扇旋轉，葉扇背部安裝的法蘭盤，可以更好地使微型電機與葉扇連接，從而更好地實現其功能。

2 產品功能的優化設計

根據螺絲的種類，共將其分為大、中、小三種類型，通過改變葉扇的大小及振動器振動軌道的寬度，來適應不同種類的螺絲。

根據不同用戶的需求，還可以專門為其設計不同規格的葉扇與振動軌道。排列機的可調節性具有很高的實用性，可以大大提高工作效率，更好地體現其實用價值[9-10]。

螺絲排列機的功能經過大量的實驗論證，不斷進行完善，無論是在材料的選擇還是振動裝置等的選擇上，我們都通過理論知識與實踐經驗做出了合理的選擇。

2.1 傾斜角試驗

在斜漏斗的斜度設計中，以10°為單位逐次增加傾斜角度，每次以50個螺絲為單位進行測試。表1為在不同的斜度下，螺絲進入底部的平均值。為了與排列機的整體結構相適應，實驗得出60°的結構可以與整體配合更加契合，使結構更加緊湊，故選擇60°是最合適的。

2.2 振動特性試驗

振動器的幅度對螺絲排列有重要影響，圖7為振動盤控制器的幅度調整裝置。

表1 不同傾斜角度下螺絲滑落數據

圖6 驅動裝置模型圖

圖7 振幅調整盤

以不同規格螺絲的質量、體積、長度為標準進行多次排列實驗后發現螺絲的長度對排列影響較大，不同長度螺絲對應不同的振動幅度，經過分類歸納得出了表2的實驗數據。小型長度范圍為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 振動器安裝位置試驗

振動器安裝在軌道的不同位置對螺絲排列也有不同影響，以50枚螺絲為單位進行多次試驗，表3為對不同位置的實驗數據分析。通過試驗數據可知振動器在軌道的中間位置是最佳的。

表3 振動器不同位置對比表

3 結語

針對排列機機械設計中一些常見結構進行了一定程度的創新，例如利用高頻振動的方式進行螺絲高效排列，通過頻率與振幅的改變，更好地控制不同類型螺絲的排列；又例如利用喂料的形式，使用葉傘結構高效地提取螺絲到軌道上面，由于其能持續運作，大大提高了運料效率，比人工更加高效，是一種較為新穎的設計。螺絲排列機的設計給使用螺絲較多的工廠，比如家具企業，帶來一定的經濟效益。