CN106132637B - 一种用于螺纹接头的安装过程的方法 - Google Patents

Abstract

一种在螺纹接头安装过程中利用手持扭矩传递动力工具获得高夹持力精度的方法，该手持扭矩传递动力工具包括壳体(10)、电机驱动的输出轴(13)，该电机驱动的输出轴绕旋转轴线(A)在壳体(10)中可旋转地支撑，该方法包括如下步骤：将接头紧固至特定水平，松动接头到特定角度间隔(2‑1)，并再次将接头紧固至目标扭矩水平(T_T)，借此在确定输出轴(13)和螺纹接头的真实角度运动时，确定并且补偿在该过程期间工具壳体(10)的所发生的角度位移。角度传感单元(15)被放置在壳体(10)上以用于配准与不动点相关的壳体(10)的所发生的角度位移，并且计算并使用输出轴(13)的真实角度运动，以便确定对应于扭矩水平(T_T)的目标夹持力(F_T)。

Description

一种用于螺纹接头的安装过程的方法

技术领域

本发明涉及一种利用手持动力工具，以螺纹接头的安装过程来获得高夹持力精度的方法。

具体的，本发明提供一种这样一种改进方法，其用于：通过在螺纹接头中补偿针对摩擦力的所施加的紧固扭矩，利用手持动力工具的方式，在螺纹接头的紧固中获得高夹持力精度。

背景技术

在螺纹接头安装方法中，为了达到满足要求的夹持力精度所公知不确定因素是在所测量的施加的紧固扭矩上的摩擦力的影响，不仅是摩擦力本身还有摩擦系数的变化。这使得所测量的施加的紧固扭矩不与夹持力相关的扭矩相对应，这导致了通过接头而得到的夹持力的不确定性和分散性。

在美国专利US 5,571,971中，其描述了这样一种用于处理相关摩擦问题的方法：关于由所测量的施加的紧固扭矩产生的夹持力，通过从施加至螺纹接头的紧固扭矩中减去松动扭矩，其旨在补偿摩擦力并因此提高了精度。这个所描述的方法的劣势在于，其不会包括任何用于确定与不动点相关的螺纹接头的真实的和精确的旋转运动的测量，这就意味着在确定关联有扭矩的夹持力的精度将会相当差。产生扭矩的夹持力的计算将很大地依赖于在过程中与不动点相关的螺纹接头的角位置的精度确定。

因此，在上述的摩擦力补偿方法的方式中，不得不加入与不动点相关的螺纹接头的角度位移的精度和可靠的测量。当螺纹接头以手持扭矩传递动力工具的形式进行紧固时，这就形成了一种实际的问题，因为这种类型的紧固过程中，动力工具壳体被人为地支撑，施加在工具壳体上的反作用扭矩被操作者抵消，这就意味着将会不可避免的发生一些关于工具的输出轴的旋转轴线和相关于不动点的动力工具壳体的角度位移。这就意味着通常执行的与工具壳体相关的输出轴旋转的配准(registration)不会呈现出与不动点相关的真实的输出轴角度位移。因此，接头的配准的紧固角不会正确并且会消极地影响上面描述的摩擦补偿方法的精度。

发明内容

本发明的目的在于建立一种用于在螺纹接头的紧固期间利用手持动力来获得高夹持力精度的方法。

根据本发明的第一方面，其涉及一种在螺纹接头安装过程中利用手持扭矩传递动力工具获得高夹持力精度的方法，该手持扭矩传递动力工具包括壳体、电机驱动的输出轴，该电机驱动的输出轴绕旋转轴线在壳体中可旋转地支撑，该方法包括如下步骤：

·在螺纹接头安装过程的特定间隔时期，配准施加在接头上的紧固扭矩，配准相对于壳体的输出轴的旋转运动，以及配准关于旋转轴线的并与不动点相关的壳体的所发生的角度位移；

·在螺纹接头安装过程的特定间隔时期，配准施加在接头上的松动扭矩，配准相对于壳体的输出轴的旋转运动，以及配准关于旋转轴线的并与不动点相关的壳体的所发生的角度位移；

·通过将输出轴相对于壳体的旋转运动与所配准的关于旋转轴线的并与不动点相关的壳体的所发生的角度位移进行比较，计算输出轴相对于不动点的真实的旋转运动；

·将在所述的特定间隔时期内施加的紧固扭矩与在所述的特定间隔时期内施加的松动扭矩进行比较，从而确定夹持力相关紧固扭矩；

·将所确定的夹持力相关紧固扭矩与所计算的相对于不动点的输出轴的旋转运动相关联，以确定螺纹接头的夹持力系数；以及基于确定的该夹持力系数，通过施加扭矩而将螺纹接头紧固到目标夹持力水平，从而完成螺纹接头安装过程。

考虑到组件的质量和/或安全的关键性，根据本发明的方法还可以将手持动力工具的使用扩展至包含有螺纹接头的目标组件。这种用于紧固关键螺纹接头的手持动力工具的扩展使用也意味着在之前需要固定紧固纺锤体的一些应用中具有了提高的生产力。

在本发明的一个具体实施例中，相对于不动点的壳体的所发生的角度位移通过由一个或多个附接到壳体的加速计单元所传递的信号来配准。

在本发明的另一个具体实施例中，相对于不动点的壳体的所发生的角度位移通过由一个或多个附接到壳体的加速计单元所传递的信号来配准。

通过如下具体的说明，本发明的具体的优点和特征将会显现。

附图说明

下面将参考所附附图对本发明的优选实施方案进行具体的描述。

图1示出了根据本发明的螺纹接头紧固方法的初始阶段的示意图；

图2示出了根据本发明的方法的第二阶段的示意图；

图3示出了适用于执行根据本发明的方法的扭矩传递动力工具的侧视图；

图4示出了图3中的动力工具的顶视图。

具体实施方式

根据本发明的方法是基于之前描述的方法(如美国专利US5,571,971)，其中的相关的改进是尝试在测量出的所施加的紧固扭矩和在螺纹接头中所获得夹持力之间来获得。基本上，该方法包括接头的螺纹接头紧固和松动运动的顺序，其中施加的扭矩被测量。在施加在紧固方向上的扭矩T_紧固与施加在松动方向上的扭矩T_松动之间确定的差给出了在接头中的摩擦力的量的信息。这通过如下公式示出：

T_紧固＝T_摩擦+T_夹持

T_松动＝T_摩擦－T_夹持

结果为：T_夹持＝1/2(T_紧固－T_松动)

如图1中的线性曲线1所示，利用紧固扭矩，螺纹接头初始地紧固至特定点2(其由角位置定义)，因此达到的扭矩量正好低于在点8中的假定目标扭矩水平T_T下。施加的扭矩通过在使用中的动力工具中的扭矩传感器配准。然后在点4中对接头施加松动扭矩，该松动扭矩导致了在特定角度间隔(其在和之间延展)之间的接头的反向旋转，如在图中的数字3所示。如图1和上面的公式所示，根据安装在接头中的夹持力将会作用在松动方向的事实，松动扭矩大致上会小于紧固扭矩。在紧固操作和松动操作期间，摩擦力将会假设为相同的，但是在两个操作期间，施加的扭矩方向相反。如上述的公式中所描述的，在松动操作和紧固操作两者当中，夹持产生扭矩T_夹持将会作用为松动接头，并因此在紧固操作期间会增加到摩擦扭矩T_摩擦中，但是在松动操作期间会从摩擦扭矩T_摩擦中减去。

因此，通过测量紧固扭矩T_紧固和松动扭矩T_松动之间的差，可以计算出夹持产生扭矩T_夹持和摩擦力T_摩擦的量。通常地，夹持产生扭矩T_夹持与摩擦相关扭矩T_摩擦的10％一样低。为了获得作用在螺纹接头中的摩擦力的冗余测量，在角位置紧固扭矩可以再次施加在接头上，如数字5所示。在图1中的示例性的展示中，在再次紧固期间在角位置5和6之间所发生的线性扭矩增长水平略低于到点2的初始紧固。在首次紧固和随后的松动期间，作为接头特定停止的结果和由于机械磨损和使摩擦生成表面的平滑的一些情况所导致的结果，这可能会发生。但是在点1到点2之间的从到的上紧固曲线与点4到点3之间的从到的下松动曲线之间的差，代表夹持力相关扭矩的两倍，并且对于夹持力相关扭矩的种类，在角位置5和6之间的再次紧固的分析也不是必要的。

通过取决于螺纹接头的物理特性的螺栓特定常数C_夹持的方式，例如直径和螺距，在角度间隔中可以计算出夹持力相关扭矩T_夹持。根据下式，夹持力F_夹持与夹持力相关扭矩T_夹持成比例：

F_夹持＝C_夹持×T_夹持

如图2中的图所示的，从和之间的紧固和松动操作期间获得的增长夹持力F通过线性曲线表示(其通过特定导数延展)，并且通过推算该曲线上至需要的夹持力目标水平F_T，可以确定与夹持力目标水平F_T相应的目标角位置紧固操作可以因此被执行至特定目标角位置而不是目标扭矩T_T。

所获得的角位置的精度是很重要的，其中的角位置和以很高的精度确定。如该方法旨在被用于手持动力工具，与工具壳体相关的输出轴的旋转运动的常规测量是不够的，因为施加在工具壳体上的反作用扭矩被人为地抵消，其不可能预见相对于螺纹接头的旋转轴线的工具壳体的角度位移。因此，为了获得该方法的紧固操作和松动操作期间的尽可能精确的螺纹接头的所经过的旋转角度流逝的配准，其中该方法所发生的相对于不动点的工具壳体的角度位移，在计算方法中不得不进行测量和补偿。

在图3中，示出了适用于执行根据本发明的方法的手持动力工具。该工具包括：具有手持部分11的壳体10，其用于手动支撑该工具；电机驱动的输出轴13，其相对旋转轴线A是可旋转的并且被设置为与将要紧固的螺纹接头(未示出)连接。该动力工具进一步包括扭矩计和角度传感器，该扭矩计用于标识传递的输出扭矩，该角度传感器用于配准输出轴13相对于工具壳体10的旋转运动。这些装置对于这种类型的动力工具而言是通常的类型并且没有详细的示出。该动力工具经由线缆14与动力源连接。

为了测量和配准关于输出轴13的旋转轴线的并与不动点相关的工具壳体10所发生的角度位移，这里装配有附接至壳体10的陀螺仪单元15。利用该陀螺仪单元15，可以配准关于输出轴13的旋转轴线A的并与不动点相关的工具壳体10的任何角度位移X。所述不动点可以为与螺纹接头或者周围环境相邻的任意固定点。该配准的工具壳体10的角度位移根据由利用陀螺仪单元15传递的信号来计算并且从由在工具壳体10中的角度传感器配准的旋转角度扣除，以获得相对于不动点的螺纹接头的真实的经过的角度运动。

未示出的可编程计算单元可以布置在工具自身的板上或者为经由线缆14或者任意类型的无线通讯而连接至工具的单独的单元。

应当理解的是本发明并不限制于描述的实施例，而是在权利要求的范围内具有不同的变化。例如，在紧固操作期间的工具壳体的所发生的角度位移X可以被其他类型的传感器测量和配准，例如假定与陀螺仪单元合并的加速计。

Claims (3)

1.一种在螺纹接头安装过程中利用手持扭矩传递动力工具获得高夹持力精度的方法，该手持扭矩传递动力工具包括壳体(10)、电机驱动的输出轴(13)，该电机驱动的输出轴绕旋转轴线(A)在壳体(10)中可旋转地支撑，该方法包括如下步骤：

·在螺纹接头安装过程的特定角度间隔时期，配准施加在接头上的紧固扭矩，配准相对于壳体(10)的输出轴(13)的旋转运动，以及配准关于旋转轴线(A)的并与不动点相关的壳体(10)的所发生的角度位移(X)，

·在螺纹接头安装过程的特定角度间隔时期，配准施加在接头上的松动扭矩，配准相对于壳体(10)的输出轴的旋转运动，以及配准关于旋转轴线(A)的并与不动点相关的壳体(10)的所发生的角度位移(X)，

·通过将输出轴(13)相对于壳体(10)的旋转运动与所配准的关于旋转轴线(A)的并与不动点相关的壳体(10)的所发生的角度位移(X)进行比较，计算输出轴(13)相对于不动点的真实的旋转运动，

·将在所述的特定角度间隔时期内施加的紧固扭矩与在所述的特定角度间隔时期内施加的松动扭矩进行比较，从而确定夹持力相关紧固扭矩，

·将所确定的夹持力相关紧固扭矩与所计算的相对于不动点的输出轴(13)的旋转运动相关联，以确定螺纹接头的夹持力系数，以及

·基于确定的该夹持力系数，通过施加扭矩而将螺纹接头紧固到目标夹持力水平(F_T)，从而完成螺纹接头安装过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：相对于不动点的壳体(10)的所发生的角度位移(X)通过由一个或多个附接到壳体(10)的陀螺仪单元(15)所传递的信号来配准。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：相对于不动点的壳体(10)的所发生的角度位移(X)通过由一个或多个附接到壳体(10)的加速计单元所传递的信号来配准。