4.2.3　振盘的定向原理

（1）选向机构

选向机构的作用类似螺旋轨道上的一系列关卡，对每一个经过该机构的工件姿态方向进行检查，符合要求姿态方向的工件才能继续通行。由于工件爬行时的姿态方向是随机的，必然有许多姿态方向不符合要求的工件，这些工件在经过选向机构时会受到选向机构的阻挡而无法通行，但工件又受到振盘的振动驱动力不断向上运动，最后这些工件只能从螺旋轨道上落下，掉入料斗底部重新开始沿螺旋轨道向上爬行。或者使姿态方向不符合要求的工件从螺旋轨道上某些特殊设计的漏孔中掉入料斗底部，只有符合要求姿态方向的工件才能通过各种选向机构最后到达输料槽的出口。

选向机构的作用实际上就是对各种姿态方向的工件进行筛选，当各种姿态方向的工件经过该机构时，让符合要求姿态方向的工件通过并继续向上前进。选向机构是对工件姿态方向进行被动地选择。工程上常用的选向机构有缺口、挡块或挡条。

①选向机构实例一　图4-7所示为某振盘螺旋轨道上的选向机构。在以随机姿态方向沿螺旋轨道向上运动的工件中，选取三个最具代表性的工件2、4、5，分析它们被选向机构选择姿态方向的过程。

a.工件是一种直径为D、高度为H的圆套类工件，开口为沉孔，自动化专机要求工件最后以开口向上的方向自动送出振盘输料槽。

b.在振盘螺旋轨道上设置有两种选向机构：挡条3、缺口7。挡条3设置在螺旋轨道的上方，挡条与螺旋轨道之间的空间高度比工件高度H稍大，刚好能让工件以平放的姿态通过。所以工件2、5都可以通过挡条3继续向前运动。

c.如果工件以竖直姿态运动（例如工件4）到达挡条3时，由于此时工件的有效高度为D，大于挡条3下方的空间高度，工件无法从挡条3下方通过。对于这种无法通过的工件必须让其回到料斗的底部重新开始向上振动爬行，所以挡条3是按以下技巧进行设置的。

挡条3不是与该处螺旋轨道的切线方向（即工件的运动方向）垂直的，而是倾斜的，越靠振盘中心的一侧，挡条越向工件运动方向前方倾斜，这样可以使工件边向前运动边向振盘中心一侧移动，直到最后从螺旋轨道上落下掉入料斗底部，这就是挡条的选向过程。显然只有直径D及高度H满足D>H关系的工件才能这样选向。

d.当工件以卧式姿态运动到挡条3时（如工件2、5），由于工件有效高度小于挡条3下方的空间高度，所以工件可以从挡条下通过。

由于工件的孔是不对称结构，所以还必须对工件进行二次选向，只让开口向上的工件（如工件2）继续向前运动直至振盘出口，而开口向下的工件（如工件5）不符合要求的姿态，必须让其从螺旋轨道上落下掉入料斗底部重新开始向上振动爬行。

e.为了使以卧式姿态运动但开口向下的工件落下掉入料斗底部，在螺旋轨道上挡条3的前方设置了两处机构，针对工件的形状专门设置了两个部分环形的缺口7。这种缺口的形状是针对工件的形状及直径尺寸特殊设计的，例如到达此处的工件5下方为圆孔结构，该工件经过此处刚好使工件的外侧悬空，在工件重力的作用下，工件的重心会发生偏移，这样工件就向振盘中心一侧落下掉入料斗底部。但上述缺口不会给符合姿态方向（即开口朝上）的工件带来任何影响，开口向上的工件（例如工件2）仍然可以顺利地通过上述缺口。

②选向机构实例二　图4-8所示为某振盘螺旋轨道上的选向机构。工件为轴类形状，两端直径不同，要求工件最后以大端向上的姿态方向从振盘输送出来。图4-8所示机构同时利用了挡条与缺口进行选向。

a.图4-8在设计上充分利用了工件形状上的差异，在螺旋轨道4上设置一段特殊设计的挡条1，同时在该部位沿振盘中心一侧设置一段缺口5。当工件以小端朝下的要求姿态运动至此时，由于在惯性离心力的作用下工件始终是靠振盘外侧方向运动的，因此这种以小端朝下姿态前进至此的工件紧靠挡条向前运动，可以顺利通过缺口5。

b.当工件以大端向下的姿态（例如工件2）运动至此时，由于缺口5的存在，工件下方一部分平面被悬空，在工件自身重力的作用下，工件向振盘中心一侧翻倒，掉入料斗底部重新开始振动爬行。

c.当工件以圆柱面与螺旋轨道接触的姿态（例如工件3）运动至此时，由于缺口5和挡条1的存在，工件重心与螺旋轨道支承面同样存在偏移，在重力作用下，工件也会向振盘中心一侧翻倒，掉入料斗底部重新开始振动爬行。

③选向机构实例三　图4-9所示为另一种工件选向机构实例。工件为细长圆柱形，直径D小于高度H，要求工件以图示的卧式姿态方向送出振盘。在图4-9中，工件可能以多种姿态沿螺旋轨道向前运动，可以按姿态分为两类：卧式姿态、立式姿态。

a.以立式姿态运动的工件不符合要求的姿态，所以此类姿态的工件都必须筛掉，使其返回料斗底部重新振动爬行。为此在螺旋轨道上靠料斗壁一侧专门设计了选向槽形漏孔4，当此类姿态的工件经过漏孔时，由于漏孔的宽度大于工件的直径，而且工件运动时因为惯性离心力的作用始终沿料斗壁一侧运动，所以当工件经过槽形漏孔4时会从孔中自动落下，掉入振盘料斗底部重新振动爬行。

b.以卧式姿态运动的工件中，仍然可能有多种姿态，还要继续从多种姿态方向的工件中将不符合要求姿态的工件筛掉。其中以卧式姿态运动、但工件的轴线与振盘径向垂直的工件经过槽孔时仍然可以从孔中自动落下。

c.虽然以卧式姿态前进，但姿态方向不是严格符合工件3所示的正确姿态时（例如工件7），这样的工件运动至选向缺口6时会因为重心的偏移在该处翻倒，自动掉入振盘料斗底。

最后只有以工件3那样的姿态运动的工件才能顺利地通过缺口6、槽形漏孔4、由挡条5和料斗壁组成的槽形空间进入输料槽输出。挡条5的形状是弧形的而且与料斗壁平行，挡条与料斗壁之间的槽形空间宽度比工件长度H稍大，刚好可以让工件以要求的姿态运动通过。

④选向机构实例四　图4-10所示为某圆盘形工件的选向机构实例，工件形状为一侧带凸台的圆盘，要求工件送出时以凸台向下的水平姿态输出。

a.根据工件的具体形状特征，在螺旋轨道中将其中一段设置为倾斜的结构。该段倾斜的轨道与两端的水平轨道之间平缓过渡，当凸台朝上的工件经过这段倾斜的螺旋轨道时，在工件重力的作用下，工件从倾斜面上滑落掉入料斗底部。

b.当凸台朝下的工件经过该段倾斜的螺旋轨道时，由于工件下方的凸台被轨道的槽口托住，工件不会从倾斜面上滑落而顺利通过，然后又依靠重力的作用顺螺旋轨道方向自动纠正到水平方向，最后以凸台向下的水平姿态送出振盘。

⑤选向机构总结

a.挡条的作用。挡条（或挡块）可以作为工件的选向机构，其原理是利用工件在不同方向上尺寸的差异，将挡条设置在螺旋轨道的上方。当符合姿态方向的工件经过挡条时，挡条与螺旋轨道之间的空间高度刚好可以让这类工件通过，而当不符合姿态方向的工件经过上述挡条时，由于工件的高度比挡条下的空间高度大，因而被挡条挡住，在振盘的振动驱动下工件逐渐向振盘中心方向移动直至掉入料斗底部。

b.缺口的作用。缺口可以作为工件的选向机构，其原理是利用工件不同方向形状的特殊差异（如一面为平面而另一面为带孔的结构，或一端尺寸大而另一端尺寸小等），当不符合姿态方向的工件通过该缺口时，由于螺旋轨道上缺乏足够的支承面积，在重力的作用下，工件会发生翻倒，从缺口处自动落下掉入料斗底部，重新开始沿螺旋轨道向上前进；而当方向正确的工件经过该缺口时则不会出现上述情况，工件能够自动通过。

c.斜面的作用。在输料槽上设置一段斜面，既可以使不符合姿态要求的工件自动向下滑落掉入料斗，又可以利用工件重力的作用，使工件顺着斜面自动改变方向，例如由竖直姿态逐渐改变为水平姿态，或者由水平姿态逐渐改变为竖直姿态，这种方法在自动包装机械中也大量采用。

需要注意的是，上述缺口、挡条、斜面都是针对工件的特定形状设计的，而且还要经过反复试验，所以振盘的设计全部是针对特定形状的工件专门设计的，需要集中人类的智慧与技巧，也依赖于工程经验的积累。

（2）定向机构

为了提高振盘的工作效率，保证振盘具有足够的出料速度，希望有尽可能多的工件在爬行过程中能够一次到达振盘的出口。选向机构作为一种被动的方向选择机构并不能提高振盘的出料效率，因此，在振盘的螺旋轨道上还设置了一系列的定向机构，对一部分不符合要求姿态方向的工件进行姿态纠正，依靠工件自身不停的前进运动使之由不正确的姿态自动纠正为正确的姿态。与选向机构相比，定向机构是对工件姿态进行自动纠正的，这是一种主动行为，可以提高振盘的送料效率。工程上常用的定向机构有：挡条或挡块、压缩空气喷嘴。

①定向机构实例一　图4-11所示为某振盘上采用的挡条定向机构，通过挡条实现工件的自动偏转，纠正姿态。工件为一带针脚的长方形电子元件，要求工件最后以针脚向上的姿态输送出振盘。

a.对于这种平面尺寸大、厚度尺寸较小的工件，工件重心低，在重力和振盘施加给它的驱动力的作用下，工件总会以最大面积的平面在螺旋轨道上运动，因此工件稳定运动时总是呈卧式姿态。

b.对于姿态为针脚面向料斗中心一侧的工件（例如工件3），机构在螺旋轨道上专门设计了一个倾斜的挡条5，工件3在倾斜挡条5的作用下，边向前运动边依靠重力的作用逐渐发生偏转直至偏转90°，最后自动转向为针脚向上的要求姿态。

c.对于姿态为针脚面向料斗壁一侧的工件（例如工件2），由于在惯性离心力的作用下工件始终是紧靠螺旋轨道的料斗壁一侧运动的，这类工件难以通过上述挡条纠正姿态，必须筛选掉，让其自动落入料斗底部重新开始向上振动爬行。因此在工件运动到达挡条5之前就设置了一道选向缺口4，此类工件运动到缺口4时，由于螺旋轨道上支承面不够大，在重力的作用下，工件因为重心偏移而翻倒，从缺口处自动落下掉入料斗底部，重新开始沿螺旋轨道向上振动前进。

②定向机构实例二　图4-12所示为某振盘上采用的挡条定向机构。工件为一侧带圆柱凸台的矩形工件，要求工件最后以凸台向上、且凸台位于振盘中心一侧的图示姿态方向输出振盘。

a.与图4-11所示实例类似，对于这种平面面积大、厚度较小的工件，工件重心低，在重力和振盘驱动力的作用下，工件总会以最大面积的平面在螺旋轨道上运动，因此工件稳定运动时也总是呈卧式姿态。

b.在卧式姿态中，可能的姿态一类为凸台向上，另一类为凸台向下。凸台向下的工件不符合要求的姿态，因此在螺旋轨道上针对这种姿态的工件专门设计了一道倾斜的缺口3，由于缺口的宽度大于工件凸台的直径，当凸台向下的工件运动到此时，在重力的作用下凸台必有一个时刻会自动落入到缺口3中，工件边前进边通过缺口的导向作用向料斗中央运动，最后自动落入料斗底部，重新开始振动爬行。

c.对于另一类凸台向上的工件，凸台既可能位于振盘中央一侧，又可能位于料斗壁一侧，或者工件长度方向与料斗壁方向平行（例如工件1），为此在缺口3的后方专门设计了一个挡条定向机构5，当凸台不在振盘中央一侧的工件经过时，挡条5会使工件边前进边发生偏转，最后纠正为所要求的姿态方向，而对刚好符合要求姿态的工件没有任何影响。

③定向机构实例三　图4-13所示为某螺钉自动送料振盘上采用的定向、选向机构。工件为一普通的一字槽平头螺钉，要求螺钉最后以钉头朝上的姿态经过一输料槽输送出振盘。

a.对于这种形状的螺钉工件，在振盘驱动力及重力的作用下，工件在螺旋轨道上可能的姿态为钉头朝下的立式姿态（例如工件4）、钉头随机方向的卧式姿态（例如工件2）两类。

b.对于立式姿态（例如工件4）的工件，在轨道上方设置一个倾斜的挡条3，工件边向前运动边在挡条的作用下向料斗中央移动，最后滑落掉入料斗底部重新开始振动爬行。

c.对于以卧式姿态运动的工件，由于挡条3下方的高度大于钉头的直径，所以全部都可以通过挡条3。如果钉头位于料斗的中央一侧，则当工件经过挡条前方的选向缺口6时，因为钉头处于悬空状态，工件的重心发生偏移，工件会自动落入料斗底部重新开始振动爬行。

d.对于以卧式姿态通过了挡条3及缺口6的工件，在缺口6前方的螺旋轨道上专门设计了一个定向槽1，当螺钉的螺纹部分经过此定向槽时，由于重力的作用，螺钉螺纹部分会自动落入槽内，在重力的作用下工件自动由卧式姿态纠正为所要求的钉头朝上的立式姿态，在振盘的驱动下，工件继续在定向槽内向前方运动送出振盘。

④定向机构总结

a.挡条或挡块的定向作用。利用工件自身的前进运动，辅助以一定的斜面，让工件边前进边改变重心的位置，最后在重力的作用下实现一定的偏转或翻转，达到改变其姿态的目的。当然，上述挡条或挡块并不妨碍符合姿态工件的正常通行。

b.压缩空气喷嘴的定向作用。在很多场合，在挡条或挡块对工件的定向过程中，有些工件因为形状或质量的原因使得其偏转或翻转存在一定的困难，要纠正工件的姿态借助振盘的驱动力还不够，尤其是质量较大的工件。因此，这种场合下，在上述定向机构的基础上，再增加压缩空气喷嘴，使压缩空气喷嘴对准工件偏转或翻转的某一位置不停地喷射，当有工件刚好经过时压缩空气喷嘴喷出的压缩空气对工件施加一定的辅助推力，使工件更容易完成姿态纠正动作。喷嘴的方向必须经过仔细的试验直到效果最佳。

在实际应用中，压缩空气喷嘴除用于对工件进行辅助定向外，还大量应用在振盘输料槽上对工件提供辅助推力。通常将压缩空气喷嘴倾斜设置于输料槽的上方并对准工件前进方向，压缩空气对准工件前进方向不停地喷射，每一个工件在输料槽中运动到该位置时都受压缩空气的喷射作用，获得一个向前的辅助推力，对振盘的驱动力也起到一定的补充作用。压缩空气喷嘴也经常用于快速驱动输料管中的工件（例如螺钉），如图4-14所示。

通过上述实例可以看出，定向机构是一种主动的姿态控制机构，而选向机构则是一种被动的姿态控制机构。在振盘结构上，仅靠被动的选向机构是不够的，这样工件的一次通过率会较低，因而振盘的出料速度也较低。为了提高振盘的送料效率（出料速度），必须辅助以主动的定向机构，两者结合起来才能使振盘具有较高的出料速度。因此在振盘的设计过程中，选向机构与定向机构一般是同时使用的。