CN102528437B - 一种自动监测主齿螺母拧紧装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械装配技术领域，公开了一种自动监测主齿螺母拧紧装置，其包括：用于固定所述主齿螺母系统底部并抵消所述主齿螺母拧紧过程中产生反力矩的固定工装；所述固定工装的上方设置有可转动的主齿螺母旋转机构及可转动的凸缘法兰旋转机构，所述主齿螺母旋转机构及凸缘法兰旋转机构通过差速拧紧所述主齿螺母；所述装置还包括用于监测主齿螺母拧紧过程中所述主齿螺母拧紧力矩的主齿螺母拧紧力矩监测机构及用于监测主齿螺母拧紧过程中主齿轴承预紧力矩的主齿轴承预紧力矩监测机构。本装置通过双伺服电机差速拧紧螺母，压缩隔套变形达到预紧主齿轴承，实现同步拧紧螺母及监测主齿轴承的预紧力矩，大大提高了生产效率，提高一次性产品合格率。

Description

一种自动监测主齿螺母拧紧装置及方法

技术领域

本发明涉及机械装配技术领域，特别是涉及一种自动监测主齿螺母拧紧装置。

背景技术

现有技术中的主齿螺母拧紧(波纹套结构)主要还是靠人工来完成，利用的工具为：气动拧紧扳手、力矩扳手等工具。参见图1来简要说明现有技术中的拧紧方式(通常工件要求主齿螺母的拧紧力矩为：190-245NM，主齿轴承的预紧力矩为1-2NM)：

第一步：利用工装固定住凸缘法兰2，利用气动扳手拧紧主齿螺母1，拧紧力矩控制在190NM。

第二步：利用力矩扳手监测主齿轴承28的预紧力矩。

第三步：如果第二步监测的主齿轴承28的预紧力矩小于工艺要求的预紧力矩，则再用扭矩扳手慢慢的拧紧主齿螺母1，再进行监测主齿轴承28的预紧力矩，周而复始，最终要保证工艺要求的主齿螺母1的拧紧力矩及主齿轴承28的预紧力矩。

现有的工作方式其弊端主要有如下几点：

第一、生产节拍及其慢，经统计，如果要完成此项工作，熟练工人需要5-8分钟左右，并且不能保证一次成功。需要反复调教，生产效率太低，以中国现在汽车业飞速发展的良机相矛盾；

第二、对人员的依赖性太强，高级技工经过长时间的摸索可能会些许得出些经验，调教可能会稍好一些。假如此人离职，此工位新人上岗必将会影响整个装配过程的进度，最终影响产品质量。在者，根据生产人员的情绪波动也必会影响此工位的产品合格率；

第三、如果此工位不能一次性拧紧成功，必定需要重新装配，这样波纹套就将报废，浪费资源，也与我们所提倡的节能减排不相符。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种自动监测主齿螺母拧紧装置，可以实现对主齿螺母自动准确的拧紧，保证质量，提高工作效率。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自动监测主齿螺母拧紧装置，所述装置包括：

用于固定所述主齿螺母系统底部并抵消所述主齿螺母拧紧过程中产生反力矩的固定工装；所述固定工装的上方设置有可转动的主齿螺母旋转机构及可转动的凸缘法兰旋转机构，所述主齿螺母旋转机构及凸缘法兰旋转机构通过差速拧紧所述主齿螺母；所述装置还包括用于监测主齿螺母拧紧过程中所述主齿螺母拧紧力矩的主齿螺母拧紧力矩监测机构及用于监测主齿螺母拧紧过程中主齿轴承预紧力矩的主齿轴承预紧力矩监测机构。

作为上述技术方案的优选，所述主齿螺母旋转机构包括：正对所述主齿螺母上方的中心轴及驱动所述中心轴的第一伺服电机；所述中心轴与所述主齿螺母的端的形状与所述主齿螺母相配合；所述主齿螺母拧紧力矩监测机构具有中心轴拧紧力矩监测传感器，所述中心轴拧紧力矩监测传感器与所述中心轴接触。

作为上述技术方案的优选，所述凸缘法兰旋转机构包括：套接在所述中心轴外侧的套轴及驱动其转动的第二伺服电机，所述套轴与所述主齿螺母的端用于连接所述主齿螺母外侧的凸缘法兰，用于抵消所述第二伺服电机拧紧时的反力矩。

作为上述技术方案的优选，所述主齿螺母旋转机构及所述凸缘法兰旋转机构设置于位于所述固定工装的上方设置有滑台的下方，所述滑台连接有进给气缸驱动其沿竖直方向设置的导轨在所述固定工装的上方上下移动，所述滑台在竖直方向上还设置有第一定位块。

作为上述技术方案的优选，所述固定工装包括用于固定所述主齿螺母系统的卡具及与所述主齿螺母同轴的顶尖结构，所述顶尖结构位于所述主齿螺母系统的下方；所述卡具与所述顶尖结构均可竖直方向上移动，保证工件与卡具脱离接触；在工件同一水平位置，设置有可水平方向上移动的轴承预紧力检测滑台，所述轴承预紧力检测滑台上安装有主齿轴承预紧力矩监测机构，其具有主齿轴承预紧力矩监测传感器，所述主齿轴承预紧力矩监测传感器与所述主齿螺母系统壳体的外部接触。

作为上述技术方案的优选，所述自动监测主齿螺母拧紧装置还包括操作面板、信号灯及报警装置，所述操作面板用于对装置的设定及实时显示所述主齿螺母的拧紧力矩值及所述主齿轴承预紧力矩值，所述信号灯用于显示拧紧工艺是否合格信息，所述报警装置用于提示拧紧工艺不合格。

本发明还提供了一种自动监测主齿螺母拧紧方法，在主齿螺母的拧紧过程中对所述主齿螺母的拧紧力矩及所述主齿轴承的预紧力矩实时监测；当主齿螺母的拧紧力矩及所述主齿轴承的预紧力矩均达到其预定值范围内时，完成对所述主齿螺母的拧紧。

作为上述技术方案的优选，所述主齿螺母的拧紧过程为位于同侧的伺服电机分别作用于所述主齿螺母及所述凸缘法兰使其转动，通过差速拧紧所述主齿螺母。

作为上述技术方案的优选，当所述主齿螺母的拧紧力矩达到未其预定值范围的下限时，而所述主齿轴承的预紧力矩超出其预定值范围的上限，则拧紧工艺不合格。

作为上述技术方案的优选，当所述主齿螺母的拧紧力矩达到其预定值范围的下限时，

若所述主齿轴承的预紧力矩超出其预定值范围的上限，则拧紧工艺不合格；

若所述主齿轴承的预紧力矩位于其预定值范围内时，则拧紧工艺合格；

若所述主齿轴承的预紧力矩还未达到其预定值范围的下限，则继续拧紧所述主齿螺母：

当主齿轴承的预紧力矩达到其预定值范围内，而所述主齿螺母的拧紧力矩也在其预定值范围内，则拧紧工艺合格；

当主齿轴承的预紧力矩还未到达其预定值范围的下限，而所述主齿螺母的拧紧力矩已经超出其预定值范围的上限，则拧紧工艺不合格。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的自动监测主齿螺母拧紧装置，其包括：用于固定所述主齿螺母系统底部并抵消所述主齿螺母拧紧过程中产生反力矩的固定工装；所述固定工装的上方设置有可转动的主齿螺母旋转机构及可转动的凸缘法兰旋转机构，所述主齿螺母旋转机构及凸缘法兰旋转机构通过差速拧紧所述主齿螺母；所述装置还包括用于监测主齿螺母拧紧过程中所述主齿螺母拧紧力矩的主齿螺母拧紧力矩监测机构及用于监测主齿螺母拧紧过程中主齿轴承预紧力矩的主齿轴承预紧力矩监测机构主齿螺母旋转机构与所述主齿螺母的连接端设置有主齿螺母拧紧力矩监测机构，所述凸缘法兰的外侧壳体部位连接有凸缘法兰转动力矩监测机构，所述主齿螺母拧紧力矩监测机构及所述凸缘法兰转动力矩监测机构分别用于监测主齿螺母拧紧过程中所述主齿螺母的拧紧力矩值及凸缘法兰的转动力矩值。本装置通过双伺服电机差速拧紧螺母，压缩隔套变形达到预紧主齿轴承，实现同步拧紧螺母及监测主齿轴承的预紧力矩，大大提高了生产效率，提高一次性产品合格率。同时，本发明还提供了一种自动监测主齿螺母拧紧方法。

附图说明

图1是主齿螺母系统(波纹套结构)结构示意图；

图2是本发明实施例的自动监测主齿螺母拧紧装置的正面的结构示意图；

图3是图2中I部的局部放大示意图；

图4是本发明实施例的自动监测主齿螺母拧紧装置的侧面的结构示意图；

图5是图4中II部的局部放大示意图；

其中，1：主齿螺母；2：凸缘法兰；3：轴承；4：输送架及托盘；5：进给气缸；6：固定工装；7：主齿轴承预紧力矩监测机构；8：主齿螺母旋转机构及可转动的凸缘法兰旋转机构；9：第一伺服电机；10：第二伺服电机；11：床身；12：下顶尖升降机构；13：接盘；14：电气系统；15：气动系统；16：第二定位块；17：操作面板；18：滑台；19：固定工装升降机构；20：顶尖结构；21：中心轴；22：中心轴与主齿螺母配合端；23：套轴；24：套轴与凸缘法兰配合端；25：第一定位块；26：导轨；27：隔套；28：主齿轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图2至5所示，图2为本实施例的自动监测主齿螺母拧紧装置的正面结构示意图，图3为图2中I部的局部放大示意图。该装置主要包括：用于固定所述主齿螺母系统底部并抵消所述主齿螺母拧紧过程中产生反力矩的固定工装6；固定工装6的上方设置有可转动的主齿螺母旋转机构及可转动的凸缘法兰旋转机构8，主齿螺母旋转机构及凸缘法兰旋转机构8通过差速拧紧主齿螺母1；主齿螺母旋转机构与主齿螺母的连接端设置有主齿螺母拧紧力矩监测机构，凸缘法兰的外侧壳体部位连接有主齿轴承预紧力矩监测机构7(如图4中所示)，主齿螺母拧紧力矩监测机构及主齿轴承预紧力矩监测机构7分别用于监测主齿螺母1拧紧过程中主齿螺母1的拧紧力矩值及主齿轴承28的预紧力矩值。在差速拧紧主齿螺母1的同时，通过主齿螺母拧紧力矩监测机构及主齿轴承预紧力矩监测机构7的共同监测下，实现自动对主齿螺母1及主齿轴承28的力矩的监测，使拧紧过程自动调整主齿螺母旋转机构及凸缘法兰旋转机构8。在力矩达到预定范围时装置停止运行，并报告产品合格；当所监测的力矩值超出预定范围时，装置报警报告产品不合格。凸缘法兰2的内部连接到第一轴承3通过隔套27连接到主齿轴承28。

结合图4及图5主齿螺母旋转机构包括：正对主齿螺母上方的中心轴21及驱动中心轴的第一伺服电机9；中心轴21与主齿螺母1的端(图5中：中心轴与主齿螺母配合端22)的形状与主齿螺母1相配合；主齿螺母拧紧力矩监测机构具有中心轴拧紧力矩监测传感器，中心轴拧紧力矩监测传感器位于中心轴21上。中心轴21在第一伺服电机9的驱动下带动其与主齿螺母1转动，同时在其上设置中心轴拧紧力矩监测传感器来监测主齿螺母1的拧紧力矩。

凸缘法兰旋转机构包括：套接在中心轴21外侧的套轴23及驱动其转动的第二伺服电机10，套轴23与主齿螺母的端(图5中：套轴与凸缘法兰配合端24)用于连接主齿螺母1外侧的凸缘法兰2，用于抵消所述第二伺服电机10拧紧时的反力矩。套轴23在第二伺服电机10的驱动下带动其与凸缘法兰2转动，主齿轴承预紧力矩监测传感器与所述主齿螺母系统壳体的外部接触，该主齿轴承预紧力矩监测机构7来监测主齿轴承28的预紧力矩。通过主齿轴承预紧力矩监测传感器对主齿螺母系统壳体的接触，可以间接的测量主齿轴承的预紧力矩。这样就实现了在转动主齿螺母1时对主齿轴承28的预紧力矩的实时监测。本装置中双伺服电机差速拧紧主齿螺母1，通过轴承3传递并压缩隔套27使之变形达到预紧主齿轴承28的目的，本装置可以实现同步拧紧主齿螺母1及检测主齿轴承28预紧力。

套轴2与凸缘法兰1之间还连接有接盘13，接盘13用于保护凸缘法兰2。由于凸缘法兰2是精密的器件，所以在拧紧主齿螺母1的同时需要避免对凸缘法兰2的伤害。

主齿螺母旋转机构及凸缘法兰旋转机构8设置于位于固定工装6上方设置有滑台18的下方，滑台18连接有进给气缸5驱动其沿竖直方向设置的导轨26在固定工装6的上方上下移动，滑台18在竖直方向上还设置有第一定位块25。滑台18在进给气缸5的驱动下可以做竖直方向的进给运动。第一定位块25用于在滑台18向下滑动时实现自动定位，无需操作者手工操作，保证了拧紧主齿螺母1时的准确性。进给气缸5是由气动系统15提供动力。

固定工装6包括用于固定主齿螺母系统的卡具及与主齿螺母同轴的顶尖结构20，顶尖结构20位于主齿螺母系统的下方；卡具与顶尖结构20均可竖直方向上移动，保证工件与卡具脱离接触；在工件同一水平位置，设置有可水平方向上移动的轴承预紧力检测滑台，所述轴承预紧力检测滑台上安装有主齿轴承预紧力矩监测机构，其具有主齿轴承预紧力矩监测传感器，所述主齿轴承预紧力矩监测传感器与所述主齿螺母系统壳体的外部接触。。顶尖机构20用于支撑波纹套结构的底部，使其上端可以随着主齿螺母旋转机构及可转动的凸缘法兰旋转机构7转动，从而对主齿螺母1的旋紧。顶尖机构20还设置有顶尖升降机构12，用于顶尖机构20的上下移动调整可以是例如丝杠螺母结构或气动装置沿轨道推动。同时如图2中所示，固定工装的底部还有固定工装升降机构19，其用于固定工装在竖直方向上位置的调整，以便调整与其上方的旋转机构的配合。固定工装升降机构19的上方还设置有第二定位块16，用于对固定工装升降机构19的定位。该固定工装升降机构19同时也方便操作者对其的操作如检修，对波纹套结构的装卡等操作。

本实施例中滑台18、固定工装6等均安装在床身11上。与上述第一伺服电机9、第二伺服电机10等电气设备提供动力的为电气系统14。

如图2及图4，自动监测主齿螺母拧紧装置还包括操作面板17、信号灯及报警装置，操作面板17用于对装置的设定及实时显示主齿螺母的拧紧力矩值及主齿轴承28的预紧力矩值。信号灯用于显示拧紧工艺是否合格信息，如红色信号显示产品工艺不合格，绿色信号灯显示产品工艺合格，报警装置用于提示操作者拧紧工艺不合格。上述设置便于操作者对装置的监控及相应操作。

在操作过程中，操作者将输送架及托盘4上输送来的波纹套结构固定安装到固定工装6上，然后开启装置，本实施例提供的装置对主齿螺母1拧紧，同时自动监测主齿螺母1的拧紧力矩，及主齿轴承28的预紧力矩，最终实现对主齿螺母1的拧紧。

本发明还提供了自动监测主齿螺母的拧紧方法，在主齿螺母1的拧紧过程中对主齿螺母1的拧紧力矩及主齿轴承28的预紧力矩实时监测；当主齿螺母1的拧紧力矩及主齿轴承28的预紧力矩均达到其预定值范围内时，完成对主齿螺母的拧紧。如本实施例中要求主齿螺母1的拧紧力矩为：190-245NM，主齿轴承28的预紧力矩为1-2NM。当两者的力矩均在预定值范围内时，产品合格。

主齿螺母1的拧紧过程为位于同侧的转动机构分别作用于主齿螺母1及凸缘法兰2使其转动，通过差速拧紧主齿螺母1。本实施例中位于同侧的转动机构为图2及图4中所示的主齿螺母旋转机构及可转动的凸缘法兰旋转机构8。位于同侧的转动机构可以使得拧紧装置更加简洁，减少了布线及控制系统的设置难度。

当主齿螺母1的拧紧力矩达到未其预定值范围的下限时，而主齿轴承28的预紧力矩超出其预定值范围的上限，则拧紧工艺不合格。

当主齿螺母1的拧紧力矩达到其预定值范围的下限时，若主齿轴承28的预紧力矩超出其预定值范围的上限，则拧紧工艺不合格；若主齿轴承28的预紧力矩位于其预定值范围内时，则拧紧工艺合格；若主齿轴承28的预紧力矩还未达到其预定值范围的下限，则继续拧紧主齿螺母1：当主齿轴承28的预紧力矩达到其预定值范围内，而主齿螺母1的拧紧力矩也在其预定值范围内，则拧紧工艺合格；当主齿轴承27的预紧力矩还未到达其预定值范围的下限，而主齿螺母1的拧紧力矩已经超出其预定值范围的上限，则拧紧工艺不合格。

由以上实施例可以看出，本发明实施例通过采用：用于固定所述主齿螺母系统底部并抵消所述主齿螺母拧紧过程中产生反力矩的固定工装6；所述固定工装6的上方设置有可转动的主齿螺母旋转机构及可转动的凸缘法兰旋转机构，所述主齿螺母旋转机构及凸缘法兰旋转机构通过差速拧紧所述主齿螺母；所述装置还包括用于监测主齿螺母拧紧过程中所述主齿螺母拧紧力矩的主齿螺母拧紧力矩监测机构及用于监测主齿螺母拧紧过程中主齿轴承预紧力矩的主齿轴承预紧力矩监测机构主齿螺母旋转机构与所述主齿螺母的连接端设置有主齿螺母拧紧力矩监测机构，所述凸缘法兰的外侧壳体部位连接有凸缘法兰转动力矩监测机构，所述主齿螺母拧紧力矩监测机构及所述凸缘法兰转动力矩监测机构分别用于监测主齿螺母拧紧过程中所述主齿螺母的拧紧力矩值及凸缘法兰的转动力矩值。本装置通过双伺服电机差速拧紧螺母，压缩隔套变形达到预紧主齿轴承，实现同步拧紧主齿螺母及监测主齿轴承预紧力，大大提高了生产效率，提高一次性产品合格率。本发明的优点在于：1、通过设备完成拧紧及监测，大大提高了生产效率，经详细测算，此设备的生产节拍为两分钟；2、因此设备所有找工作都是通过计算机来完成，这就杜绝了人为因素的影响，在零部件合格的情况下，产品的一次性合格率为95％以上；3、再次大大减少了废品量。并且极大地提高了产品质量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自动监测主齿螺母拧紧装置，其特征在于，所述装置包括：

用于固定主齿螺母系统底部并抵消所述主齿螺母拧紧过程中产生反力矩的固定工装；所述固定工装的上方设置有可转动的主齿螺母旋转机构及可转动的凸缘法兰旋转机构，所述主齿螺母旋转机构及凸缘法兰旋转机构通过差速拧紧所述主齿螺母；所述装置还包括用于监测主齿螺母拧紧过程中所述主齿螺母拧紧力矩的主齿螺母拧紧力矩监测机构及用于监测主齿螺母拧紧过程中主齿轴承预紧力矩的主齿轴承预紧力矩监测机构，所述主齿螺母旋转机构包括：正对所述主齿螺母上方的中心轴及驱动所述中心轴的第一伺服电机；所述中心轴与所述主齿螺母的端的形状与所述主齿螺母相配合；所述主齿螺母拧紧力矩监测机构具有中心轴拧紧力矩监测传感器，所述中心轴拧紧力矩监测传感器与所述中心轴接触，所述凸缘法兰旋转机构包括：套接在所述中心轴外侧的套轴及驱动其转动的第二伺服电机，所述套轴与所述主齿螺母的端用于连接所述主齿螺母外侧的凸缘法兰，用于抵消所述第二伺服电机拧紧时的反力矩。

2.如权利要求1所述的自动监测主齿螺母拧紧装置，其特征在于，所述主齿螺母旋转机构及所述凸缘法兰旋转机构设置于位于所述固定工装的上方设置有滑台的下方，所述滑台连接有进给气缸驱动其沿竖直方向设置的导轨在所述固定工装的上方上下移动，所述滑台在竖直方向上还设置有第一定位块。

3.如权利要求1所述的自动监测主齿螺母拧紧装置，其特征在于，所述固定工装包括用于固定所述主齿螺母系统的卡具及与所述主齿螺母同轴的顶尖结构，所述顶尖结构位于所述主齿螺母系统的下方；所述卡具与所述顶尖结构均可竖直方向上移动，保证工件与卡具脱离接触；在工件同一水平位置，设置有可水平方向上移动的轴承预紧力检测滑台，所述轴承预紧力检测滑台上安装有主齿轴承预紧力矩监测机构，其具有主齿轴承预紧力矩监测传感器，所述主齿轴承预紧力矩监测传感器与所述主齿螺母系统壳体的外部接触。

4.如权利要求1至3中任一项所述的自动监测主齿螺母拧紧装置，其特征在于，所述自动监测主齿螺母拧紧装置还包括操作面板、信号灯及报警装置，所述操作面板用于对装置的设定及实时显示所述主齿螺母的拧紧力矩值及所述主齿轴承预紧力矩值，所述信号灯用于显示拧紧工艺是否合格信息，所述报警装置用于提示拧紧工艺不合格。

5.一种使用如权利要求1至4中任一项所述的自动监测主齿螺母拧紧装置对主齿螺母进行拧紧的方法，其特征在于，在主齿螺母的拧紧过程中对所述主齿螺母的拧紧力矩及所述主齿轴承的预紧力矩实时监测；当主齿螺母的拧紧力矩及所述主齿轴承的预紧力矩均达到其预定值范围内时，完成对所述主齿螺母的拧紧。

6.如权利要求5所述的对主齿螺母进行拧紧的方法，其特征在于，所述主齿螺母的拧紧过程为位于同侧的伺服电机分别作用于所述主齿螺母及所述凸缘法兰使其转动，通过差速拧紧所述主齿螺母。

7.如权利要求6所述的对主齿螺母进行拧紧的方法，其特征在于，当所述主齿螺母的拧紧力矩达到其预定值范围的下限时，

若所述主齿轴承的预紧力矩超出其预定值范围的上限，则拧紧工艺不合格；

若所述主齿轴承的预紧力矩位于其预定值范围内时，则拧紧工艺合格；

若所述主齿轴承的预紧力矩还未达到其预定值范围的下限，则继续拧紧所述主齿螺母：

当主齿轴承的预紧力矩达到其预定值范围内，而所述主齿螺母的拧紧力矩也在其预定值范围内，则拧紧工艺合格；

当主齿轴承的预紧力矩还未到达其预定值范围的下限，而所述主齿螺母的拧紧力矩已经超出其预定值范围的上限，则拧紧工艺不合格。