李莎 張長富

摘要：針對(duì)目前裝配線中螺紋連接工作效率低、對(duì)工作質(zhì)量精度高要求等問題。本文通過UG8.5設(shè)計(jì)出理論裝配模型，通過行星輪系、機(jī)械沖擊、扭矩傳感等裝置，可以實(shí)現(xiàn)沖擊扭矩實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)螺栓緊固過程中進(jìn)行檢測、反饋、顯示和控制等功能。

Abstract： Aiming at the low working efficiency and high precision of thread connection in assembly line. In this paper， a theoretical assembly model is designed through UG8.5. Through planetary gear train， mechanical impact， torque sensing and other devices， the impact torque experimental device can perform functions such as detection， feedback， display and control during bolt fastening.

關(guān)鍵詞：沖擊扭矩;行星輪系;扭矩傳感

Key words： impact torque;planetary gear train;torque sensor

中圖分類號(hào)：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）23-0012-02

0? 引言

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，在裝配過程中螺紋連接因其可重復(fù)拆裝而獲得廣泛的應(yīng)用，其主要的典型應(yīng)用情況見表1所示[1]。

在汽車、飛機(jī)、航天領(lǐng)域、精密制造領(lǐng)域、智能制造領(lǐng)域等等，需要對(duì)裝配精度提出更高的要求，尤其對(duì)于一些重要的螺紋連接，不但要求工作效率高，對(duì)工作的質(zhì)量如擰緊力、扭矩等也有準(zhǔn)確度要求[2-6]。

本文提出的設(shè)計(jì)方案是一種沖擊扭矩實(shí)驗(yàn)裝置。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、沖擊系統(tǒng)、檢測控制系統(tǒng)等組成。通過各裝置可以實(shí)現(xiàn)在螺栓緊固過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、顯示、反饋和控制等功能。其裝置分布圖如圖1所示。

1? 沖擊式扭矩扳手實(shí)驗(yàn)裝置總體設(shè)計(jì)

沖擊扭矩實(shí)驗(yàn)裝置工作時(shí)，實(shí)驗(yàn)若在設(shè)定扭矩情況下進(jìn)行時(shí)，實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行扭矩加載，到達(dá)設(shè)定扭矩會(huì)提示停車制動(dòng);若沒有提前設(shè)定扭矩，通過實(shí)時(shí)觀測采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來決定是否停車制動(dòng)。實(shí)驗(yàn)通過電流表、電壓表、壓頻轉(zhuǎn)換器、應(yīng)變片等采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行控制。沖擊扭矩實(shí)驗(yàn)裝置關(guān)鍵部件及結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

2? 主要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 行星輪系減速裝置

本實(shí)驗(yàn)裝置采用行星輪系對(duì)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速進(jìn)行減速。行星輪系實(shí)物圖如圖3所示。

在行星輪系設(shè)計(jì)中，為滿足工況邊界條件下最大扭矩300Nm的前提下，其齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度校核計(jì)算公式（1）-公式（3）如下：

齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核：

齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核：

在軸Ⅵ上的齒輪齒數(shù)z1=7，星輪齒數(shù)z2=21，太陽輪z3=50。行星架H與軸Ⅴ相連。

即由公式（4）和公式（5）可得軸Ⅴ與軸Ⅵ傳動(dòng)比為：軸Ⅵ轉(zhuǎn)43轉(zhuǎn)時(shí)，軸Ⅴ轉(zhuǎn)7轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)向相反。

2.2 機(jī)械沖擊裝置

在實(shí)驗(yàn)中螺栓試件與靶座芯螺紋擰緊大致可以分為三個(gè)過程。其沖擊裝置結(jié)構(gòu)實(shí)物圖如圖4所示。

首先，螺栓試件與靶座芯螺紋有一段空程階段，其力矩計(jì)算公式（6）如下：

其次，螺栓試件與靶座芯擰緊時(shí)，榫頭受反作用力不再旋轉(zhuǎn)，擺錘受反作用力反壓彈簧Ⅱ，擺錘左移當(dāng)錘頭高過榫頭底部時(shí)，此時(shí)力矩計(jì)算公式（7）如下：

最后，由于彈簧Ⅱ回彈壓力使得擺錘對(duì)榫頭施加沖擊打擊，周而復(fù)始產(chǎn)生連續(xù)沖擊載荷。其整個(gè)沖擊過程力矩與沖擊次數(shù)關(guān)系如圖5所示。

3? 結(jié)束語

本文基于UG8.5設(shè)計(jì)了沖擊扭矩實(shí)驗(yàn)裝置。通過機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械傳動(dòng)、信息采集與處理的裝置，來實(shí)現(xiàn)對(duì)螺栓緊固過程中進(jìn)行檢測和控制的實(shí)驗(yàn)裝置;通過實(shí)驗(yàn)加載擺錘殼和靶座殼產(chǎn)生微小機(jī)械變形，變片Ⅰ和應(yīng)變片Ⅱ測量電阻變化大小，并轉(zhuǎn)換為測點(diǎn)的應(yīng)變值;通過軸Ⅰ、軸Ⅱ、離合器、鋼帶、鋼帶摩擦環(huán)等進(jìn)行制動(dòng)。最終實(shí)現(xiàn)對(duì)螺栓緊固過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、顯示、反饋和控制等功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊武成，宋文學(xué)，羅庚合，王瑜，等.扭矩扳手檢定儀的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].儀表技術(shù)，2013（8）：48-54.

[2]柴繼新，王恩鋒，孫穎，范小燕，徐艦，等.定值式扭矩扳手自動(dòng)檢定裝置[J].計(jì)量裝置及應(yīng)用，2009（4）：32-33.

[3]趙排航，王克印，肖輝，黃海英，等.基于AT89 S52的智能扭矩扳手設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2006（5）：143-150.

[4]宋春華，毛小飛，等.數(shù)顯扭矩扳手的發(fā)展前景[J].裝備制造技術(shù)，2011（2）：97-99.

[5]賈光政，高懷有，等.一種新型扭矩扳手[J].機(jī)械工程師，2000（1）：19-21.

[6]成曄，趙奔，王堃，等.具有施扭合格信號(hào)采集與反債的定扭矩扳手[P].中國：01259405.9，2001-08-24.

[7]上村洋司.油壓式扭矩扳手的沖擊扭矩調(diào)節(jié)裝置[P].日本：201110090630.9，2011-04-12.

[8]伊藤由浩.電動(dòng)旋轉(zhuǎn)工具以及沖擊工具[P].日本：20141025

5521.1，2014-06-10.

[9]劉明，王留軍，任浩宇，等.沖擊式緊固工具的沖擊次數(shù)檢測方法及裝置[P].中國：2016110139159.0，2016-03-14.

[10]戰(zhàn)揚(yáng)，李占太，等.一種用于檢測扭矩扳子扭矩值的檢測裝置[P].中國：201520125583.0，2015-03-04.

[11]呂平.探索大量程扭矩傳感器標(biāo)定難題的解決途徑[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，2007，35（9）：40-41.

[12]袁國華，王克明，等.機(jī)械式扭矩扳手檢測器[P].中國：90210005X，1990-07-25.

[13]陳小艷，胡生清，吳俊亭，等.扭矩檢定系統(tǒng)的研制[J].傳感器技術(shù)，2004，23（4）：31-33.

[14]加奧貴史，中谷宣雄，遷本泰介，等.扭矩檢測裝置及其制造[P].日本：200710006230.9，2007-08-15.

[15]曾國華.可控扭矩電動(dòng)扳手的設(shè)計(jì)[J].工具技術(shù)，2002，36（5）：15-17.