冯国梁，张 艳，张凯凯，陈 英，刘 彬

（太原工业学院工程训练中心， 山西 太原 030008）

引言

螺丝是设备制造企业常用的零件之一，不同的产品需要用到不同类型的螺丝。为能够提高螺丝使用效率、分拣效率，需对大量的螺丝进行排列处理。目前市场上已有对螺丝进行排列后使用X射线检测缺陷的设备，能够实现螺丝的高效、同方向排列，但其结构复杂，成本较高[1-2]。

为提供具有较高性价比、能够高效排列螺丝的设备，本文应用SolidWorks，CAXA，麦迪等软件进行设计、仿真，制作了高频振动螺丝排列机构，其具有高效螺丝排列功能，在不同振动频率和不同螺丝规格的情况下，均能够实现高效的螺丝排列。通过试验，表明该设备在螺丝杂乱无章的情况下具有80个/min的排列效率[3-5]。

1 螺丝排列机的设计方案

高频振动螺丝排列机是将大量螺丝通过喂料机持续投送到排列机接收口中，通过扇叶的旋转使螺丝运送到轨道上，将轨道与直线振动模块固定，通过直线振动模块的高频振动带动轨道振动，从而实现对螺丝的有序排列并使其沿轨道直线前进。螺丝排列机结构图如图1所示。

1.1 叶扇的设计

叶扇在排列机的运行过程中起重要作用，叶扇通过旋转利用叶片不断将螺丝送到直线轨道上，从而使排列机进入下一阶段。通过试验，我们发现叶片的数量为6片且均匀分布时效果最佳；且叶片的形状要具有一定的弯曲度，传递作用才能更好。叶扇的整体使用PLA材质的3D打印材料，其质量轻、韧性好且制作方便。图2为其设计模型图[6-8]。

图1 螺丝排列机结构图

1.2 槽型圆筒的设计

槽型圆筒的主要功能是起一定的装载作用，并且能够使叶扇顺利地将螺丝带到叶扇的工作片上，使螺丝能够被正常排列。故其槽型内表面要具有足够的光滑性，来更好地配合叶扇工作。

圆筒的整体材料选用了光敏树脂，其成型速度快、高效方便且耐磨性高。图3为槽型圆筒模型图。

图2 叶扇模型图

图3 槽型圆筒模型图

1.3 斜漏斗的设计

下页图4为其模型图。斜漏斗主要是将机器运行过程中散落的螺丝回收起来，并且送到槽型圆筒底部，使螺丝重新被排列。其设计时具有一定的斜度，收集面要具备足够的宽度才能更好起到收集作用。其底部连接处采用了法兰边的设计，能更好地与箱体连接。

1.4 直线振动模块的设计

直线振动模块是排列机中最为重要的一个零件，螺丝通过叶扇运送到振动模块上的振动轨道中，通过振动器的作用使螺丝有序地排列，并且沿着直线轨道直线前进。通过调节直线轨道的宽度可适应不同尺寸的螺丝，使其排列机的功能更加完善。

振动器振动的幅度要适当。幅度太大，容易使螺丝振动到外面，排列机工作过程中稳定性不高。反之，则对螺丝的排列起不到理想的效果。经实验分析后，选择60直振送料器，为了精确调幅还选择了220 V振动盘控制器。图5所示为振动模块模型图。

图4 斜漏斗模型图

图5 直线振动模块模型图

1.5 驱动装置的设计

驱动装置作为整个排列机运作时的核心零件，其耗能与传递转矩这两方面都重要。如图6所示为直线振动模块的模型设计图，通过对各种电机的试验与比较，且根据扭矩与拉力和力臂的关系，最终选择了微型涡轮蜗杆减速电机。电机的输出端安装的联轴器可以更好地使电机带动叶扇旋转，叶扇背部安装的法兰盘，可以更好地使微型电机与叶扇连接，从而更好地实现其功能。

2 产品功能的优化设计

根据螺丝的种类，共将其分为大、中、小三种类型，通过改变叶扇的大小及振动器振动轨道的宽度，来适应不同种类的螺丝。

根据不同用户的需求，还可以专门为其设计不同规格的叶扇与振动轨道。排列机的可调节性具有很高的实用性，可以大大提高工作效率，更好地体现其实用价值[9-10]。

螺丝排列机的功能经过大量的实验论证，不断进行完善，无论是在材料的选择还是振动装置等的选择上，我们都通过理论知识与实践经验做出了合理的选择。

2.1 倾斜角试验

在斜漏斗的斜度设计中，以10°为单位逐次增加倾斜角度，每次以50个螺丝为单位进行测试。表1为在不同的斜度下，螺丝进入底部的平均值。为了与排列机的整体结构相适应，实验得出60°的结构可以与整体配合更加契合，使结构更加紧凑，故选择60°是最合适的。

2.2 振动特性试验

振动器的幅度对螺丝排列有重要影响，图7为振动盘控制器的幅度调整装置。

表1 不同倾斜角度下螺丝滑落数据

图6 驱动装置模型图

图7 振幅调整盘

以不同规格螺丝的质量、体积、长度为标准进行多次排列实验后发现螺丝的长度对排列影响较大，不同长度螺丝对应不同的振动幅度，经过分类归纳得出了表2的实验数据。小型长度范围为0～15 mm，中型范围为为15～30 mm，大型范围为30～40 mm。

表2 螺丝大小分类表

2.3 振动器安装位置试验

振动器安装在轨道的不同位置对螺丝排列也有不同影响，以50枚螺丝为单位进行多次试验，表3为对不同位置的实验数据分析。通过试验数据可知振动器在轨道的中间位置是最佳的。

表3 振动器不同位置对比表

3 结语

针对排列机机械设计中一些常见结构进行了一定程度的创新，例如利用高频振动的方式进行螺丝高效排列，通过频率与振幅的改变，更好地控制不同类型螺丝的排列；又例如利用喂料的形式，使用叶伞结构高效地提取螺丝到轨道上面，由于其能持续运作，大大提高了运料效率，比人工更加高效，是一种较为新颖的设计。螺丝排列机的设计给使用螺丝较多的工厂，比如家具企业，带来一定的经济效益。