黃昊 王會良 胡鵬宇 莫旭 翟忠奧 杜猛 郭金榮

（河南科技大學(xué)機電工程學(xué)院，河南 洛陽 471003）

1 概述

電動螺絲刀廣泛應(yīng)用于機械、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，然后將其對準(zhǔn)工作點后攻入。這種重復(fù)拿放螺釘再將其攻入工作面的操作不僅浪費時間，而且在攻入的過程中常常由于施力不穩(wěn)，會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供給與攻入裝置，可以實現(xiàn)螺釘供給與攻入的半自動化，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)計方案

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本裝置主體機械結(jié)構(gòu)由螺釘彈夾、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器、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。圖1 為螺釘自動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)器對準(zhǔn)施工點，按下電鉆的開關(guān)，往前方推動，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 螺釘自動供給與攻入裝置總裝配圖

2.2 機構(gòu)運動過程

隨之旋轉(zhuǎn)到與螺絲刀（圖2-10）同軸位置。此時，瞄準(zhǔn)器達到軸向極限位置，再向前繼續(xù)推動電鉆，使得主彈簧（圖2-9）被壓縮，螺絲刀抵達螺釘處。最后，向前繼續(xù)推動電圖2為螺釘自動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，向前推動此裝置，瞄準(zhǔn)器受到施工面的反作用力向后運動，然后推動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器（圖4），使得上鏈輪（圖4-19）旋轉(zhuǎn)11.25°，并帶動螺釘鏈條（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動。最后，螺釘順利地被釘入施工面。之后再向后拉動電鉆，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°，從而帶動上鏈輪（圖2-19）旋轉(zhuǎn)33.75°而再次驅(qū)動螺釘鏈條。

圖2 槍體結(jié)構(gòu)零件圖

2.3 局部結(jié)構(gòu)設(shè)計

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\動，使其沿螺絲刀軸線方向運動。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)動器

旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器是驅(qū)動鏈條運動的裝置，圖4 是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器結(jié)構(gòu)圖，如圖4 所示。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器由推桿17、卡槽套筒16、旋轉(zhuǎn)桿21 和上鏈輪19 組成?？ú厶淄灿扇w螺栓固定在螺釘彈夾（圖1-2）上，無法相對于螺釘彈夾運動，推桿周向的八個矩形突起與卡槽套筒的內(nèi)部的八個卡槽配合形成滑動副限制推桿周向轉(zhuǎn)動，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)動器處于初始狀態(tài)時，旋轉(zhuǎn)桿19 與推桿17 被回推彈簧推入卡槽套筒16 中，此時旋轉(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 向后運功，將推動旋轉(zhuǎn)桿21 脫離卡槽套筒16；脫離過程中，旋轉(zhuǎn)桿21 四個周向分布凸起的側(cè)面與卡槽套筒后的端鋸齒的直平面共面且相對運動；當(dāng)旋轉(zhuǎn)桿21 脫離卡槽套16 的同時，由于旋轉(zhuǎn)桿21 受到回推彈簧的彈力，而且此時旋轉(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，旋轉(zhuǎn)桿21 的斜面齒會滑至推桿17 鋸齒的最凹處，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)桿21 順時針旋轉(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，旋轉(zhuǎn)桿21 和推桿17 會因為回推彈簧的推力而向前移動；移動過程中，旋轉(zhuǎn)桿21 的斜面齒將順著卡槽套筒16的下一個鋸齒斜面滑至卡槽套筒16 的鋸齒最底部，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)桿順時針旋轉(zhuǎn)33.75°。這兩次旋轉(zhuǎn)桿的旋轉(zhuǎn)運動將驅(qū)動上鏈輪旋轉(zhuǎn)45°，從而驅(qū)動螺釘鏈條（圖5）運動。

圖4 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器結(jié)構(gòu)圖

2.3.3 螺釘鏈條

螺釘鏈條是用來存儲螺釘?shù)臋C構(gòu)，由普通鏈條改進而成，單個鏈節(jié)上面都設(shè)計有三卡爪，可以適應(yīng)不同型號的螺釘。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。本機構(gòu)為鏈傳動設(shè)計，傳動平穩(wěn)、精度高，結(jié)構(gòu)緊湊[2]。另外，四卡槽鏈輪與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器配合，螺釘運動軌跡精確穩(wěn)定。其結(jié)構(gòu)圖如圖5 所示，單個鏈節(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，兩個彈簧頂住左齒條，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。向前按動左齒條可以使得右齒條向后移動從而取下螺釘彈夾。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，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)計的螺釘自動供給與攻入裝置動作可靠、安全高效、操作方法簡單，只要將本工具的瞄準(zhǔn)器對準(zhǔn)施工點，按住電鉆開關(guān)，進行一推一拉的運動，就能將螺釘攻入工作面。螺釘彈夾可容納36 顆螺釘，相較于普通電動螺絲刀，可以減少手動上釘?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，方便裝填螺釘[3]。本裝置改善了傳統(tǒng)電動螺絲刀攻螺釘效率、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。