一種標(biāo)準(zhǔn)件自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

郭天佑

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，工業(yè)的發(fā)展在全球掀起一陣?yán)顺?，各行各業(yè)對(duì)機(jī)械零件的需求也越來也大。但是，零件在加工過程中總是存在一定誤差，所以一些達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的零件需要挑揀出來。通常，零件挑揀采用人工流水線作業(yè)方式，但是由于人為因素的影響，隨著工作時(shí)間的增長(zhǎng)，人在操作的過程中難免會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。為了解決標(biāo)準(zhǔn)件分揀目前存在的問題，提高零件分揀的效率和準(zhǔn)確度，本文設(shè)計(jì)出一種自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)。研究表明，這種標(biāo)準(zhǔn)件自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)可以提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低人們的勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)件;自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu);準(zhǔn)確度;效率

中圖分類號(hào)：TH789;TP212.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）02-0064-03

Design of an Automatic Sorting Mechanism for Standard Parts

GUO Tianyou

（School of Mechanical Engineering， North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan 450045）

Abstract： With the rapid progress of science and technology， the development of industry has set off a wave in the world， and the demand for mechanical parts in all walks of life is also increasing. However， there are always certain errors in the processing of parts， so some parts that do not meet the standards need to be picked out. Usually， parts picking adopts manual assembly line operation， but due to the influence of human factors， with the increase of working time， people will inevitably make mistakes in the process of operation. In order to solve the current problems of standard parts sorting and improve the efficiency and accuracy of parts sorting， this paper designed an automatic sorting mechanism. Research shows that this kind of automatic sorting mechanism for standard parts can improve the production efficiency of enterprises and reduce the labor intensity of people.

Keywords： standard parts;automatic sorting mechanism;accuracy;efficiency

目前，由于加工技術(shù)水平的限制，零件生產(chǎn)期間難免會(huì)出現(xiàn)不合格的產(chǎn)品，這些次品達(dá)不到相關(guān)使用標(biāo)準(zhǔn)，所以人們需要把它們分揀出來。早期，次品分揀完全依靠人力操作，當(dāng)零件生產(chǎn)規(guī)模不大時(shí)，人力分揀還可以滿足分揀標(biāo)準(zhǔn)，但是當(dāng)零件大批量生產(chǎn)時(shí)，人力分揀就不能有效滿足分揀標(biāo)準(zhǔn)，這樣就會(huì)影響企業(yè)的生產(chǎn)效率和效益。為了解決目前標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)企業(yè)普遍存在的問題，本文提出一種自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

1 整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)主要由振動(dòng)篩、傳動(dòng)帶、電動(dòng)推桿、傳感器、計(jì)數(shù)器、電機(jī)、收集機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)等部分組成[1]。根據(jù)不同部件的功能，這種自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)又可以分為多種機(jī)構(gòu)[2]。其中，上料機(jī)構(gòu)主要利用振動(dòng)篩送料;動(dòng)力機(jī)構(gòu)采用小型電動(dòng)機(jī);傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是傳動(dòng)帶和滾筒;檢測(cè)機(jī)構(gòu)是傳感器;執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電動(dòng)推桿;收集機(jī)構(gòu)是收集箱;計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)是計(jì)數(shù)器。此外，其還包括托輥組、托輥支架等。

這種自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)如下功能：把生產(chǎn)好的標(biāo)準(zhǔn)件零件從輸送帶的一端向另一端傳送，輸送期間實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件次品的分揀;可以實(shí)現(xiàn)不同品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)件的分揀和計(jì)數(shù)，為機(jī)械零件的分揀和包裝提供很大的方便;設(shè)有次品收集裝置，次品既可以作為原材料回用于加工生產(chǎn)，又可以降低能耗，減少浪費(fèi)。

這種自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)的工作流程如圖1所示。在設(shè)備未通電之前，將加工好的零件放入振動(dòng)篩中，檢查各個(gè)機(jī)構(gòu)是否能夠安全有效地運(yùn)行;確認(rèn)無誤后，將設(shè)備通電;振動(dòng)篩將工件抖落到傳動(dòng)帶上，在抖動(dòng)的過程中，原本錯(cuò)亂排列的零件由于振動(dòng)篩的抖動(dòng)，變得有一定的順序，在零件落到傳動(dòng)帶上后，依靠與傳動(dòng)帶的摩擦力作用，零件隨著傳動(dòng)帶朝檢測(cè)的方向前進(jìn);在零件通過第一個(gè)傳感器的下面時(shí)，傳感器迅速采集零件的信息，然后傳送到控制系統(tǒng)中，如果達(dá)到第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，那么一號(hào)推桿就會(huì)被觸發(fā)，將檢測(cè)到的零件推入相應(yīng)的收集箱中，零件經(jīng)過滑軌落入收集箱的過程中，固定在滑道上的傳感器被觸發(fā)，向控制系統(tǒng)傳遞一個(gè)信號(hào)，表示已經(jīng)收集一個(gè)零件;接著，零件繼續(xù)向前傳送，工作過程和前面一樣，在經(jīng)過最后一個(gè)傳感器后，傳動(dòng)帶上的零件已經(jīng)被分揀得差不多;傳動(dòng)帶尾端下部有一個(gè)收集箱，傳動(dòng)帶上剩余的零件落入收集箱內(nèi)。

在檢測(cè)過程中，由于傳感器檢測(cè)誤差，可能會(huì)有零件遺漏，所以可以再次對(duì)最后收集的零件進(jìn)行檢測(cè)和分揀，以保證分揀精確。

2 傳動(dòng)帶參數(shù)的確定

在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，傳動(dòng)帶在各領(lǐng)域的應(yīng)用頻率要遠(yuǎn)高于其他輸送方式，但是輸送裝置經(jīng)過頻繁使用后，受物體與傳動(dòng)帶之間的摩擦力作用，傳動(dòng)帶表面產(chǎn)生較大的磨損，導(dǎo)致其使用壽命大大降低[3]。所以，在選擇傳動(dòng)帶材料時(shí)，要提前研究傳動(dòng)帶工作環(huán)境，以便延長(zhǎng)傳動(dòng)帶的使用壽命。橡膠材料具備良好的耐熱性和抗拉強(qiáng)度，相較于其他傳動(dòng)帶材料，其具有較長(zhǎng)的使用壽命。

2.1 傳動(dòng)帶尺寸的確定

在設(shè)計(jì)傳動(dòng)帶時(shí)，考慮實(shí)際的分揀作業(yè)，傳動(dòng)帶的左右跨度設(shè)計(jì)為9 000 mm。某種標(biāo)準(zhǔn)件的長(zhǎng)度為60 mm左右，外形是圓柱體，在傳動(dòng)的過程中可能會(huì)發(fā)生滾動(dòng)。為防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，本研究將傳動(dòng)帶的寬度設(shè)置為200 mm。傳動(dòng)帶工作時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，所以傳動(dòng)帶的厚度要選大一些，防止斷裂。傳動(dòng)帶的厚度不宜過低，厚度選定為8 mm。所以，本文最終確定傳送帶的尺寸，如圖2、圖3所示。

2.2 傳動(dòng)帶速度的選擇

標(biāo)準(zhǔn)件在檢測(cè)后到達(dá)指定位置，在電動(dòng)推桿的推動(dòng)下，進(jìn)入對(duì)應(yīng)的收集箱內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)件在傳動(dòng)帶上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在電動(dòng)推桿的推作用下，會(huì)獲得一個(gè)垂直于傳動(dòng)帶方向的速度，由于速度的復(fù)合，標(biāo)準(zhǔn)件的滑落類似于一種拋物線運(yùn)動(dòng)，如圖4所示。

標(biāo)準(zhǔn)件沿傳動(dòng)帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，其相對(duì)于傳動(dòng)帶來說是靜止的，如果傳動(dòng)帶速度過大，標(biāo)準(zhǔn)件就不能準(zhǔn)確地落入收集箱內(nèi)，所以選擇合適的傳送速度很重要。

在標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，滑料板的槽口寬度為1 000 mm，推桿的速度一般能達(dá)到60 m/s，零件到收集裝置的最遠(yuǎn)距離為300 mm，螺柱到達(dá)收集箱的開口需要5 s;當(dāng)傳動(dòng)帶速度為0.2 m/s時(shí)，零件到達(dá)收集箱需要5 s。

研究發(fā)現(xiàn)，傳動(dòng)帶的速度不宜過快，其應(yīng)該控制在0.0～0.2 m/s。

3 傳感器的選擇

根據(jù)工作原理，傳感器可以分為電學(xué)式傳感器、磁學(xué)式傳感器、光電式傳感器和位移傳感器等。在標(biāo)準(zhǔn)件分揀的過程中，傳動(dòng)帶上分布著不同尺寸的零件，所以人們要選用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)去衡量零件偏差，依據(jù)這種檢測(cè)原理，本設(shè)計(jì)選用光電式傳感器。其工作原理如下：利用光電效應(yīng)，由發(fā)射源發(fā)出光線，照射到物體上引起反射，將其轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的形式，然后通過內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換元件來檢測(cè)零件尺寸。

4 主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

4.1 托輥組的設(shè)計(jì)

托輥組由滾筒、托輥架、開口銷和滾筒支架組成，如圖5所示。

4.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇電動(dòng)推桿（見圖6），相較于其他類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在發(fā)揮相同功能的前提下，它能夠有效地節(jié)省空間和能耗。

4.3 托輥支架的設(shè)計(jì)

如圖7所示，托輥支架固定在傳送帶的兩側(cè)，主要有兩方面的作用。一是對(duì)滾筒起到軸向的約束，二是防止傳動(dòng)帶發(fā)生打滑現(xiàn)象，保證傳動(dòng)帶安全平穩(wěn)地運(yùn)行。

5 電機(jī)的選型設(shè)計(jì)

5.1 電機(jī)類型的選擇

電機(jī)是一種動(dòng)力提供裝置，當(dāng)前，人們主要以滿載轉(zhuǎn)速和額定功率作為選擇標(biāo)準(zhǔn)。電機(jī)功率不宜過大，這樣不僅會(huì)造成電機(jī)的過量發(fā)熱，導(dǎo)致電機(jī)燒壞，還會(huì)造成能源浪費(fèi);電機(jī)功率也不宜過小，這樣無法滿足機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需求，導(dǎo)致有些環(huán)節(jié)難以發(fā)揮應(yīng)有的功能。因此，結(jié)合傳送帶的工作條件，通過設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇合適的電機(jī)非常重要。

小節(jié)2確定傳送帶的速度為0.0～0.2 m/s，所以本研究選擇具有減速功能的小型減速電機(jī)，避免功率過高而導(dǎo)致電機(jī)燒壞，通過減速作用后，帶輪的轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到傳送帶的工作要求。

5.2 傳動(dòng)裝置效率的確定

查詢相關(guān)資料可得，聯(lián)軸器的效率[η1=0.99];滾動(dòng)軸承的效率[η2=0.99];閉式圓柱齒輪的效率[η3=0.97];工作機(jī)的效率[ηw=0.96]。因此，傳動(dòng)裝置的效率為：[ηa=η1×η24×η33×ηw=0.99×0.994×0.973×0.96=0.833]。

5.3 電機(jī)的三維設(shè)計(jì)

下面對(duì)電機(jī)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，其三維模型的三視圖如圖8、圖9和圖10所示。電機(jī)分布在尾部，中間部分為減速器，最左端為輸出軸，輸出軸上分布有鍵槽，將平鍵安裝在電機(jī)輸出軸的鍵槽內(nèi)。

6 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)件自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)由多種裝置組合而成，各個(gè)裝置準(zhǔn)確地配合工作，能夠有效地把零件按照不同等級(jí)的要求分揀出來，大大地節(jié)省了人力，而且挑揀精度要比人工分揀高得多，其在企業(yè)生產(chǎn)中能夠創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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