CN101434030B - 主锥螺母自动拧紧对孔装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主锥螺母自动拧紧对孔装置，显示界面与PLC连接，变频电机(48)通过变频器与PLC连接；制动器(43)通过电流驱动器与PLC连接；预紧力传感器(4)通过放大器后经过数模转换模块与PLC连接；控制面板与PLC连接；电磁阀、行程开关与PLC连接，螺母编码器(46)、凸缘编码器(60)与PLC连接；位移传感器(51)通过放大器后经过数模转换模块与PLC连接，角度编码器(53)与PLC连接。本发明克服了现有技术无法监测螺母槽口与主锥螺杆销孔对准的不足，提供了螺母槽口能方便、准确地自动与螺柱销孔对孔，拧紧效率高的主锥螺母自动拧紧对孔装置，可以广泛应用在主锥螺母装配的领域。

Description

主锥螺母自动拧紧对孔装置
技术领域
本发明涉及用于装配的工具，特别是拧紧螺母的机械
背景技术
在现代制造工业中，经常使用锁紧螺母来调节轴承的预紧状态，既防止螺母松动又保证轴承的回转精度及摩擦阻力，如汽车主减速器上主动齿轮轴螺母。通过螺母相对主锥螺杆的转动从而实现锁紧螺母的拧紧。螺母的拧紧力矩及轴承预紧力矩是主齿锁紧螺母的重要参数。主锥螺母需用数百牛米力矩拧紧以确保支承轴承的内圈与齿轮轴之间有足够的连接刚度，而轴承需要有适当摩擦阻力矩，既保证轴承所需的支承刚度、回转精度而又不致发热升温过大，为进一步防止主锥螺母在剧烈振动等恶劣条件下松动，通常还在主锥螺杆上设置销孔，在螺母上开设孔或槽口，穿开口销防松。这就对拧紧力矩、预紧力矩和对孔均提出了要求。在2008年1月23日公开的名称为“主齿锁紧螺母拧紧机”，公开号为“CN201009075”的专利文献中，公开了一种主齿锁紧螺母拧紧装置，提供一种对不同的产品参数化调节，动态测量拧紧力矩及轴承预紧力矩，测量准确的拧紧装置。该现有技术无法监测螺母槽口与主锥螺杆销孔的对准情况，在螺母拧紧过程中无法方便、准确地与螺柱销孔进行对孔，拧紧效率低。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供解决螺母与螺柱销孔进行对孔的主锥螺母自动拧紧对孔装置。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
主锥螺母自动拧紧对孔装置，变频电机48通过皮带轮47驱动小锥齿轮26带动大锥齿轮25转动。凸缘编码器60与小锥齿轮26同轴转动。大锥齿轮25带动套筒19围绕芯轴18转动。制动器43浮动安装，螺母编码器46通过联轴器45与制动器43同轴转动，通过变频电机48驱动凸缘转动拧紧主锥螺母时，螺母的转动角度通过上小锥齿轮40驱动螺母编码器46转动来测量。气缸33带动套筒19和芯轴18一起上下移动，使拧紧头与转接盘14对接或脱开，芯轴18与上大锥齿轮30用滑动花键连接，套筒19与大锥齿轮25用滑动花键连接，拧紧头上的拨叉16被大锥齿轮25驱动，拨爪17带动上大锥齿轮30转动。转接盘14通过销12与凸缘连接，螺母套筒13直接套于主锥螺母上，待拧主锥总成置于定位盘11上用销连接。定位盘11相对转接盘14的另外一面是圆桶10，圆桶10绕和芯轴18在一条直线的第一轴8转动，并通过传力板5与预紧力传感器4连接。
显示界面与PLC连接，变频电机48通过变频器与PLC连接。制动器43通过电流驱动器与PLC连接。预紧力传感器4通过放大器后经过数模转换模块与PLC连接。控制面板与PLC连接。电磁阀、行程开关与PLC连接，螺母编码器46、凸缘编码器60与PLC连接。
支座56固定，摆动臂57既可上下摆动亦可左右转动，支架58固定于摆动臂57上。待拧主锥总成固定在定位盘11上，支架58上的销钉插入凸缘的孔。主锥螺杆与凸缘之间为花键连接，当摆动臂57使支架58上的销钉插入凸缘孔中时，触头59前端处于销孔所在平面，触头59铰支在第二轴55尾端可绕第二轴55摆动，在第二轴55带动下可绕主锥螺杆轴线旋转并在螺纹表面滑动。当触头59处于主锥螺杆上销孔所在位置时，触头59转动带动滑盘54向下移动，位移传感器51与滑盘54相连，检测滑盘54在第二轴55上的移动量，角度编码器53和第二轴55同轴，第二轴55上安装齿形带轮49，由电机52通过皮带带动旋转。位移传感器51通过放大器后经过数模转换模块与PLC连接，角度编码器53与PLC连接。
更进一步的技术方案是制动器43是磁粉制动器。
更进一步的技术方案是磁粉制动器是空心轴型磁粉制动器。
更进一步的技术方案是磁粉制动器的拧紧制动力矩是最小拧紧力矩的50％，变频器控制电机52以300转/分钟旋转。拧紧力矩达到约束力矩时，制动器开始滑动，电机52转速至以30转/分钟。
更进一步的技术方案是预紧力传感器4是电阻应变式传感器。
更进一步的技术方案是位移传感器51是差动变压器式传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是能实现螺母槽口方便、准确地自动与螺柱销孔对孔，拧紧效率高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中检测主锥螺杆销孔位置机构结构示意图。
图3为本发明的控制系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
如图1所示，主锥螺母自动拧紧对孔装置，采用立式结构，轴承座立式放置，变频电机48通过皮带轮47驱动小齿轮26带动大齿轮25转动。凸缘编码器60与小锥齿轮26同轴转动，大锥齿轮25带动套筒19围绕芯轴18转动。制动器43浮动安装，螺母编码器46通过联轴器45与制动器43同轴转动，通过变频电机48驱动凸缘转动拧紧主锥螺母时，螺母的转动角度通过上小锥齿轮40驱动螺母编码器46转动来测量。气缸33带动套筒19和芯轴18一起上下移动，与拧紧头转接盘14对接或脱开，芯轴18与上大锥齿轮30用滑动花键连接，套筒19与大锥齿轮25用滑动花键连接，拧紧头上的拨叉16被大锥齿轮25驱动，拨爪17带动上大锥齿轮30转动。拧紧头上的转接盘14通过销12与凸缘连接，螺母套筒13直接套于主锥螺母上，待拧主锥总成置于定位盘11上，用销连接。定位盘11相对转接盘14的另外一面是圆桶10，圆桶10绕和芯轴18在一条直线的第一轴8转动，并通过传力板5与预紧力传感器4连接。
如图2所示的检测主锥螺杆销孔位置机构，支座56固定，摆动臂57既可上下摆动亦可左右转动，支架58固定于摆动臂57上。待拧主锥总成固定在定位盘11上，支架58上的销钉插入凸缘的孔。主锥螺杆与凸缘之间为花键连接，当摆动臂57使支架58上的销钉插入凸缘的孔中时，触头59前端处于主锥螺杆销孔所在平面，触头59铰支在第二轴55尾端可绕第二轴55摆动，在第二轴55带动下可绕主锥螺杆轴线旋转并在螺纹表面滑动。当触头59处于主锥螺杆上销孔所在位置时，触头59转动带动滑盘54向下移动，位移传感器51与滑盘54相连，检测滑盘54在第二轴55上的移动量，角度编码器53和第二轴55同轴，第二轴55上安装齿形带轮49，由电机52通过皮带带动旋转。
如图3所示的控制系统，显示界面与PLC连接，变频电机48通过变频器与PLC连接。制动器43通过电流驱动器与PLC连接。预紧力传感器4通过放大器后经过数模转换模块与PLC连接。控制面板与PLC连接。电磁阀、行程开关与PLC连接，螺母编码器46、凸缘编码器60与PLC连接。位移传感器51通过放大器后经过数模转换模块与PLC连接，角度编码器53与PLC连接。
本发明采用两步法解决主锥螺杆销孔对准问题，先进行一次主锥螺杆上的销孔相对转接盘14所处角向位置的预测量，再利用螺母编码器46所确定螺母槽口角向位置和凸缘编码器60所确定转接盘14的角向位置判断螺母槽口是否与主锥螺杆上的销孔对准。
位移传感器51和预紧力传感器4的信号经放大器处理后按照工业标准输送至PLC中通过数模转换模块完成数模转换采样，PLC对螺母编码器46、凸缘编码器60、角度编码器53进行计数，换算成销孔和螺母槽口方位，读取按钮指令和行程开关状态，根据控制程序和运算结果输出控制信号，经D/A转换后控制电流驱动器的输出电流从而改变制动器43制动力矩的大小，通过变频器控制电机48启停和拧紧头上的拨爪17和拨叉16的转速及电磁阀动作，拧紧力矩、预紧力矩和主锥螺杆销孔方位、螺母槽口方位的状态实时显示于人机界面上并在拧紧过程结束后一直保持至下一待拧主锥总成拧紧时更新。
本装置的使用方法如下：
1、人工将压装凸缘后的主锥轴承座在拧紧机的定位盘11上定位，暂时不套螺母。
2、人工将对孔辅助装置提起并转至待拧主锥总成上，让支架58上的销钉插入凸缘的孔中。
主锥螺杆与凸缘之间为花键连接，主锥螺杆上呈十字交叉布置的销孔相对于凸缘处于随机位置，当转动摆动臂57使支架58上的销钉插入凸缘孔中时，触头59前端处于销孔所在平面，触头59铰支在第二轴55尾端可绕其摆动，在第二轴55带动下可绕主锥螺杆轴线旋转在螺纹表面滑动，当触头处于主锥螺杆上销孔所在位置时，触头59转动，滑盘54则向下移动，位移传感器51用于检测其移动量，角度编码器53检测第二轴55所处角向位置，启动电机52旋转一周，根据滑盘54的位移随第二轴55的角向位置变化情况即可得到主锥螺杆上销孔所在位置。
3、人工提起可转动支架58，转至旁边存放位置。
4、人工将待拧主锥总成所对应拧紧头转接盘14放置于凸缘上，通过销12使转接盘14与凸缘可靠连接，确保其能一起转动。
5、人工将螺母套入主锥螺杆上转动2-3圈，使螺母与螺母套筒13、转接盘14与拨爪17大致对正。
6、按拧紧按钮，拧紧机开始自动拧紧。气缸33将套筒19和芯轴18一起上下放下，转接盘14与拨爪17、螺母与螺母套筒13同时对接。气缸33下降到位，自动开始拧紧对孔过程。
7、制动器43用工艺要求的最小拧紧力矩的50％约束螺母，变频器控制电机52带动凸缘以300转/分钟高速旋转，拧紧力矩达到约束力矩时，制动器43开始滑动，降低拧紧变频电机48转速至30转/分钟，逐渐增加制动器43控制电流，增大制动力矩即拧紧力矩，PLC同时检测螺母拧紧力矩、轴承预紧力矩和对孔状况，当三者同时到达工艺要求范围时，制动器43松开，电机48以30转/分钟转速带动突缘继续旋转，PLC测量稳定后的平均预紧力矩值。
8、用制动器43夹持螺母套筒13，变频电机48快速转动使拨叉16带动凸缘转动从而拧紧螺母，达到夹持力矩时，螺母套筒13将被螺母带动一起转动，通过拨爪17带动芯轴18和上大锥齿轮30转动，螺母与主锥螺杆之间无相对转动。逐渐增加螺母套筒13的夹持力矩，螺母转动被逐步限制，螺母相对主锥螺杆产生相对转动实现继续拧紧，同时检测拨爪17和拨叉16的角度位置，PLC综合主锥螺杆销孔相对转接盘14的角度位置偏移量判断对孔情况，PLC检测预紧力矩值和拧紧力矩值，当三者同时达到工艺要求时，在显示界面上报告拧紧完毕，电机48自动停止，气缸33提升，取下主锥总成。
9、PLC监测拧紧力矩未达到工艺要求的最小值而预紧力矩已超过工艺要求上限，则停止拧紧，并在显示界面上报告故障为垫片偏薄。
10、PLC监测若拧紧力矩达到工艺要求的最大值而预紧力矩未达到工艺要求最小值，则停止拧紧，并报显示界面上告故障为垫片偏厚。

Claims (6)

1.主锥螺母自动拧紧对孔装置，变频电机(48)通过皮带轮(47)驱动小锥齿轮(26)带动大锥齿轮(25)转动；凸缘编码器(60)与小锥齿轮(26)同轴转动；大锥齿轮(25)带动套筒(19)围绕芯轴(18)转动；制动器(43)浮动安装，螺母编码器(46)通过联轴器(45)与制动器(43)同轴转动，通过变频电机(48)驱动凸缘转动拧紧主锥螺母时，螺母的转动角度通过上小锥齿轮(40)驱动螺母编码器(46)转动来测量；气缸(33)带动套筒(19)和芯轴(18)一起上下移动，使拧紧头与转接盘(14)对接或脱开，芯轴(18)与上大锥齿轮(30)用滑动花键连接，套筒(19)与大锥齿轮(25)用滑动花键连接，拧紧头上的拨叉(16)被大锥齿轮(25)驱动，拨爪(17)带动上大锥齿轮(30)转动；转接盘(14)通过销(12)与凸缘连接，螺母套筒(13)直接套于主锥螺母上，待拧主锥总成置于定位盘(11)上用销连接；定位盘(11)相对转接盘(14)的另外一面是圆桶(10)，圆桶(10)绕和芯轴(18)在一条直线的第一轴(8)转动，并通过传力板(5)与预紧力传感器(4)连接；
显示界面与PLC连接，变频电机(48)通过变频器与PLC连接；制动器(43)通过电流驱动器与PLC连接；预紧力传感器(4)通过放大器后经过数模转换模块与PLC连接；控制面板与PLC连接；电磁阀、行程开关与PLC连接，螺母编码器(46)、凸缘编码器(60)与PLC连接；
其特征在于检测主锥螺杆销孔位置机构中的支座(56)固定，摆动臂(57)既可上下摆动亦可左右转动，支架(58)固定于摆动臂(57)上；待拧主锥总成固定在定位盘(11)上，支架(58)上的销钉插入凸缘的孔；主锥螺杆与凸缘之间为花键连接，当摆动臂(57)使支架(58)上的销钉插入凸缘孔中时，触头(59)前端处于销孔所在平面，触头(59)铰支在第二轴(55)尾端可绕第二轴(55)摆动，在第二轴(55)带动下可绕主锥螺杆轴线旋转并在螺纹表面滑动；当触头(59)处于主锥螺杆上销孔所在位置时，触头(59)转动带动滑盘(54)向下移动，位移传感器(51)与滑盘(54)相连，检测滑盘(54)在第二轴(55)上的移动量，角度编码器(53)和第二轴(55)同轴，第二轴(55)上安装齿形带轮(49)，由电机(52)通过皮带带动旋转；位移传感器(51)通过放大器后经过数模转换模块与PLC连接，角度编码器(53)与PLC连接。
2.根据权利要求1所述的主锥螺母自动拧紧对孔装置，其特征在于所述的制动器(43)是磁粉制动器。
3.根据权利要求2所述的主锥螺母自动拧紧对孔装置，其特征在于所述的磁粉制动器是空心轴型磁粉制动器。
4.根据权利要求3所述的主锥螺母自动拧紧对孔装置，其特征在于所述的磁粉制动器的拧紧制动力矩是最小拧紧力矩的50％，变频器控制电机(52)以300转/分钟旋转；拧紧力矩达到约束力矩时，制动器开始滑动，电机(52)转速至以30转/分钟。
5.根据权利要求4所述的主锥螺母自动拧紧对孔装置，其特征在于所述的预紧力传感器(4)是电阻应变式传感器。
6.根据权利要求5所述的主锥螺母自动拧紧对孔装置，其特征在于所述的位移传感器(51)是差动变压器式传感器。
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