CN109277798A - 一种自动拧紧机及其使用方法 - Google Patents

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赵娟
吴超
李荣祥
姚福钦
王传阳
朱宏伟
孙庆泽
郑琪琪
赵娜
刘松年
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
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Abstract

本发明公开一种自动拧紧机及其使用方法，所述自动拧紧机包括机械及检测组件和控制组件；所述机械及检测组件包括依次连接的直流无刷电机、减速器、扭矩传感器、输出轴和反力臂；输出轴包括依次连接的传动轴、第一轴承、第二轴承、锥齿轮、第三轴承、行星齿轮、第四轴承和拧紧头，输出轴的外部设置有外壳；所述控制组件包括主控单元；其能够实现拧紧过程中输出扭矩值及转角值的检测与控制，能够按规定要求对螺栓进行拧紧操作，降低操作者劳动强度，提高工作安全性，提高生产效率，能够保证螺纹连接可靠，提高拧紧质量。

Description

一种自动拧紧机及其使用方法
技术领域
本发明涉及机械设备技术领域，具体涉及一种自动拧紧机及其使用方法。
背景技术
目前，铁路运输业正向着快速发展的阶段跃进，而动车制动盘装配的好坏直接决定动车组能否平稳、快速、安全的制动，对其上面螺栓的拧紧也有着严格的要求，因此针对动车制动盘的自动拧紧操作就极其重要。
现有的动车制动盘的拧紧操作多采用扭矩扳手等拧紧工具，扭矩扳手在拧紧方法上使用扭矩法，这种拧紧方式精度低、安全性差、自动化程度低，不仅影响装配质量也间接影响整个动车的安全性能，同时需要大量人力，不可避免地存在着环境恶劣、劳动强度大、耗费时间长、生产精度难以保障等问题，严重影响了生产效率和经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动拧紧机及其使用方法，以解决现有技术所存在的精度低、安全性差、自动化程度低、影响装配质量、间接影响整个动车的安全性能、环境恶劣、劳动强度大、耗费时间长、生产精度难以保障、严重影响生产效率和经济效益等问题。
为实现上述目的，本发明一方面提供一种自动拧紧机，包括机械及检测组件和控制组件；所述机械及检测组件包括依次连接的直流无刷电机、减速器、扭矩传感器、输出轴和反力臂；输出轴包括依次连接的传动轴、第一轴承、第二轴承、锥齿轮、第三轴承、行星齿轮、第四轴承和拧紧头，输出轴的外部设置有外壳；所述控制组件包括主控单元。
可选地，直流无刷电机与减速器在直流无刷电机的内部通过键连接结构相互连接。
可选地，直流无刷电机与减速器在直流无刷电机的外部通过法兰螺栓连接。
可选地，减速器与扭矩传感器通过法兰螺栓相连接。
可选地，扭矩传感器与输出轴通过法兰螺栓相连接。
可选地，输出轴与反力臂通过法兰螺栓相连接。
可选地，反力臂与输出轴的外壳通过螺纹相连接。
可选地，输出轴设置为弯头式结构。
可选地，主控单元为STM。
本发明另一方面提供如本发明一个方面所述的自动拧紧机的使用方法，包括以下步骤：
将控制组件进行编程，输入设定的输出扭矩值及转角值的参数范围，将拧紧头通过套筒固定到制动盘拧紧螺栓的部位，以实现寻帽阶段；
打开所述自动拧紧机的按钮，启动程序，电机输出的扭矩经过减速器的减速增扭传递到扭矩传感器，进而传递到输出轴，通过输出轴内部的椎齿轮与行星齿轮的传递，对螺栓进行拧紧工作，扭矩传感器实时检测输出扭矩，以实现预拧紧阶段；
输出扭矩值达到设定扭矩值的％时，达到贴合扭矩值，此时电机内部的编码器开始检测转角，拧紧操作进入弹性变形阶段；
当输出扭矩值以及转角值同时达到设定范围时，显示拧紧操作是否合格的指示灯亮，控制组件的显示屏上显示拧紧操作的结果，拧紧操作结束。
本发明具有如下优点：
本发明的自动拧紧机及其使用方法，能够解决现有技术所存在的精度低、安全性差、自动化程度低、影响装配质量、间接影响整个动车的安全性能、环境恶劣、劳动强度大、耗费时间长、生产精度难以保障、严重影响生产效率和经济效益等问题；其能够实现拧紧过程中输出扭矩值及转角值的检测与控制，能够按规定要求对螺栓进行拧紧操作，降低操作者劳动强度，提高工作安全性，提高生产效率，能够保证螺纹连接可靠，提高拧紧质量。
附图说明
图1为本发明的自动拧紧机的结构示意图。
图2为本发明的自动拧紧机的输出轴的结构示意图。
图3为本发明的自动拧紧机的控制组件的原理示意图。
1为直流无刷电机，2为减速器，3为扭矩传感器，4为输出轴，5为反力臂，6为传动轴，7为第一轴承，8为第二轴承，9为锥齿轮，10为第三轴承，11为行星齿轮，12为第四轴承，13为拧紧头。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种自动拧紧机，参见图1至图2，包括机械及检测组件和控制组件；所述机械及检测组件包括依次连接的直流无刷电机1、减速器2、扭矩传感器3、输出轴4和反力臂5；输出轴4包括依次连接的传动轴6、第一轴承7、第二轴承8、锥齿轮9、第三轴承10、行星齿轮11、第四轴承12和拧紧头13，输出轴4的外部设置有外壳14；所述控制组件包括主控单元。
可见，本实施例的自动拧紧机，其在使用时的使用方法，包括以下步骤：
将控制组件进行编程，输入设定的输出扭矩值及转角值的参数范围，将拧紧头13通过套筒固定到制动盘拧紧螺栓的部位，以实现寻帽阶段；
打开所述自动拧紧机的按钮，启动程序，电机1输出的扭矩经过减速器2的减速增扭传递到扭矩传感器3，进而传递到输出轴4，通过输出轴4内部的椎齿轮9与行星齿轮11的传递，对螺栓进行拧紧工作，扭矩传感器3实时检测输出扭矩，以实现预拧紧阶段；
输出扭矩值达到设定扭矩值的25％时，达到贴合扭矩值，此时电机1内部的编码器开始检测转角，拧紧操作进入弹性变形阶段；
当输出扭矩值以及转角值同时达到设定范围时，显示拧紧操作是否合格的指示灯亮，控制组件的显示屏上显示拧紧操作的结果，拧紧操作结束。
本实施例的自动拧紧机及其使用方法的原理图请参见图3。
实施例2
一种自动拧紧机，与实施例1相似，所不同的是，直流无刷电机1与减速器2在直流无刷电机1的内部通过键连接结构相互连接。
优选的，直流无刷电机1与减速器2在直流无刷电机1的外部通过法兰螺栓连接。减速器2与扭矩传感器3通过法兰螺栓相连接。扭矩传感器3与输出轴4通过法兰螺栓相连接。输出轴4与反力臂5通过法兰螺栓相连接。反力臂5与输出轴4的外壳14通过螺纹相连接。输出轴4设置为弯头式结构，其转接部分的椎齿轮9设置为伞齿轮，并且在输出轴4部分增加一级减速，这样可以在小尺寸的情况下输出大扭矩，节省操作空间，且便于反力臂5的固定。主控单元为STM32。
本发明的自动拧紧机及其使用方法，扭矩-转角法为拧紧原理，直流无刷电机1为整个拧紧机提供动力；减速器2将动力进行减速增扭；输出轴4中拧紧头13输出动力，扭矩传感器3测量输出扭矩值，并将检测信号反馈给控制组件；直流无刷电机1内部编码器通过测量转角值来检测拧紧角度，并将信号反馈给控制组件；输出轴4将动力传递给螺纹连接件；反力臂5则起到固定以及反馈力矩的作用。本发明的自动拧紧机能够对装配螺栓进行自动拧紧，并且能够保证拧紧精度，极大地节省了人力资源，提高了生产效率。其能够实现拧紧过程的自动化，其能够应用于动车制动盘螺纹装配过程中，具体是能够根据不同的拧紧状态对装配螺栓进行稳定拧紧，实现自动化装配生产。其直流无刷电机1作为动力源，具有低速大扭矩、转速平稳、免维护、寿命长等优点；其选用ARM内核的STM32单片机作为主控单元，其具有运算能力强、存储空间大、成本低等优点，并且体积小、集成化程度高，可以提供良好的显示界面，使操作更加简便。
需要说明的是，本发明的自动拧紧机及其使用方法，主要对上述结构进行了改进，其他未提及的功能、部件及结构，在需要时，可以采用现有技术中能够实现相应功能的部件及结构进行实施。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种自动拧紧机，包括机械及检测组件和控制组件；其特征在于，所述机械及检测组件包括依次连接的直流无刷电机(1)、减速器(2)、扭矩传感器(3)、输出轴(4)和反力臂(5)；输出轴(4)包括依次连接的传动轴(6)、第一轴承(7)、第二轴承(8)、锥齿轮(9)、第三轴承(10)、行星齿轮(11)、第四轴承(12)和拧紧头(13)，输出轴(4)的外部设置有外壳(14)；所述控制组件包括主控单元。
2.如权利要求1所述的自动拧紧机，其特征在于，直流无刷电机(1)与减速器(2)在直流无刷电机(1)的内部通过键连接结构相互连接。
3.如权利要求2所述的自动拧紧机，其特征在于，直流无刷电机(1)与减速器(2)在直流无刷电机(1)的外部通过法兰螺栓连接。
4.如权利要求1所述的自动拧紧机，其特征在于，减速器(2)与扭矩传感器(3)通过法兰螺栓相连接。
5.如权利要求1所述的自动拧紧机，其特征在于，扭矩传感器(3)与输出轴(4)通过法兰螺栓相连接。
6.如权利要求1所述的自动拧紧机，其特征在于，输出轴(4)与反力臂(5)通过法兰螺栓相连接。
7.如权利要求1所述的自动拧紧机，其特征在于，反力臂(5)与输出轴(4)的外壳(14)通过螺纹相连接。
8.如权利要求1-7中任一项所述的自动拧紧机，其特征在于，输出轴(4)设置为弯头式结构。
9.如权利要求1-8中任一项所述的自动拧紧机，其特征在于，主控单元为STM32。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的自动拧紧机的使用方法，包括以下步骤：
将控制组件进行编程，输入设定的输出扭矩值及转角值的参数范围，将拧紧头(13)通过套筒固定到制动盘拧紧螺栓的部位，以实现寻帽阶段；
打开所述自动拧紧机的按钮，启动程序，电机(1)输出的扭矩经过减速器(2)的减速增扭传递到扭矩传感器(3)，进而传递到输出轴(4)，通过输出轴(4)内部的椎齿轮(9)与行星齿轮(11)的传递，对螺栓进行拧紧工作，扭矩传感器(3)实时检测输出扭矩，以实现预拧紧阶段；
输出扭矩值达到设定扭矩值的25％时，达到贴合扭矩值，此时电机(1)内部的编码器开始检测转角，拧紧操作进入弹性变形阶段；
当输出扭矩值以及转角值同时达到设定范围时，显示拧紧操作是否合格的指示灯亮，控制组件的显示屏上显示拧紧操作的结果，拧紧操作结束。
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