CN109693103B - 底阀螺母定扭力锁紧设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

新型底阀螺母定扭力锁紧设备，包括底板、螺母锁紧机构、升降机构和控制机构，机箱设置于底板上，机箱内设有伺服控制器以及通过中间继电器与伺服控制器连接的电磁阀；升降机构包括升降驱动器和与升降驱动器连接的升降台，升降台上设有螺母锁紧机构，螺母锁紧机构包括伺服电机、旋转套管和可伸缩套管，伺服电机与伺服控制器通过信号线连接，伺服电机的输出端上设有减速器，减速器的输出端与旋转套管连接，旋转套管内部设有缓冲弹簧，管壁上设有一对缓冲通道，可伸缩套管套设在旋转套管内，螺母固定管与螺母锁紧机构呈同心设置。本发明运转平稳，低噪音，紧凑，轻巧，扭力闭环且精确可控，可以实现对不同规格型号的底阀螺母拧紧或拆卸，同时锁紧效果好，生产效率高。

Description

底阀螺母定扭力锁紧设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及自动锁螺丝设备，具体涉及一种用于锁紧减震器底阀螺母的定扭力锁紧设备以及该设备的使用方法。

背景技术

减震器底阀总成是由底座、补偿阀限位器、垫片、弹簧片、流通片、底阀、阀片组、压缩阀限位器、阀杆和螺母组成。

现有的技术中，减震器底阀总成的底阀螺母锁紧往往是通过人工将底座、补偿阀限位器、垫片、弹簧片、流通片、底阀、阀片组、压缩阀限位器依次套接在阀杆上，而螺母旋合在阀杆的另一端；螺母在一定力矩作用下完成整个底阀总成的轴向紧固，使其最终产生的阻尼力符合技术要求。以上现有技术的减震器底阀总成的底阀螺母锁紧存在以下几个不足：一是人工拧紧，费时费力，且拧紧过程中力无法精确控制，如果用力过大容易损坏螺杆，从而产生质量隐患，进一步导致产品的返工，增加了生产成本；二是对于不同规格的底阀，需要不停更换工装来适应手动螺丝机的锁紧，生产不同的工装间接的增加了生产成本，而更换工装则导致延长了生产时间，降低了生产效率；三是拧紧时需要手动旋转螺母，手动旋转螺母需要花费一定的时间，进一步降低了生产效率。

部分企业也会采用自动螺丝机进行作业，而传统的自动螺丝机行程无法调节、锁紧扭力无反馈值。螺纹拧紧历来就不可能做到精确控制，因为过程中有很多因素影响，传统的扭矩法其实就是大家日常里所使用的螺栓紧固方法，通俗的说就是直接把螺栓扭紧到一个固定的公斤数。但是使用这种方法扭紧螺栓时的扭矩有百分之九十都被消耗在了螺栓头部和螺纹处的摩擦力上，只有百分之十的扭矩最终起到了固定零部件的作用。并且由于每一个螺栓和螺孔的材料特性、制造误差、润滑条件、拧紧速度无法保证完全一样，造成使用同样扭矩紧固的螺栓，实际的预紧力不均匀，大约会有正负20％～40％的误差。导致一些对均匀度要求比较高的部件容易出现故障。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种新型底阀螺母定扭力锁紧设备，本发明的设备运转平稳，低噪音，紧凑，轻巧，扭力闭环且精确可控，并可以实现对不同规格型号的底阀螺母拧紧或拆卸，同时加工效果好，生产效率高；同时本发明还提出了该设备的使用方法，该方法精确的提高了锁紧螺母的预紧力，保证螺母不会损坏的同时，使零部件紧固得更加均匀。

对于设备，本发明的技术方案是：新型底阀螺母定扭力锁紧设备，包括底板、螺母锁紧机构、升降机构和控制机构，所述控制机构包括机箱，所述机箱设置于底板上，机箱内设有伺服控制器以及通过中间继电器与伺服控制器连接的电磁阀；所述升降机构包括升降驱动器和与升降驱动器连接的升降台，所述升降驱动器设置在机箱的外侧壁上，且与机箱内的电磁阀连通；所述升降台上设有螺母锁紧机构，所述螺母锁紧机构包括伺服电机、旋转套管和可伸缩套管，所述伺服电机与伺服控制器通过信号线连接，所述伺服电机的输出端上设有减速器，所述减速器的输出端与旋转套管连接，旋转套管内部设有缓冲弹簧，管壁上设有一对缓冲通道，可伸缩套管套设在旋转套管内，其上端与缓冲弹簧相抵，可伸缩套管的上端设有一对用于和缓冲通道形成滑动配合的限位销；所述底板上固定有螺母固定管，所述螺母固定管与螺母锁紧机构呈同心设置。

与现有技术相比，本发明的新型底阀螺母定扭力锁紧设备取得了以下显著的技术进步：

(1)生产效率高：相较于现有技术中的自动螺丝机和人工作业的方式，本发明通过气电结合实现机械自动化，本发明通过气电结合实现机械自动化，扭矩在5～46Nm范围内闭环可控，本发明可取代传统的人工螺母拧紧工作，原作业员手工操作旋紧时间为11秒/每个，而本发明的锁紧时间为6秒/每个，并且能保证产品质量的稳定性，降低生产成本的同时，也降低了人工操作劳动程度，提高了生产效率，使生产工艺更加科学合理；

(2)适用范围广：本发明通过气缸可有效调整旋转套管的行程，便于安装底阀和拆卸工件；旋转套管顶部装可压缩弹簧，可伸缩中心固定轴通过压缩弹簧的作用，可满足不同规格的减震器底阀螺母的紧定组装；

(3)锁紧和拆卸效果好：当本发明的伺服电机达到预设扭力时，通过伺服控制器的电信号控制，可以使底阀螺母继续转动一定的转角后停止伺服电机停止运行，从而确保底阀螺母的完全锁紧，避免不良品产生，实现品质均衡化，使产品组装良率提高；本发明采用伺服电机带动旋转套管、可伸缩套管与螺母固定管定位，确保产品的精确定位和快速转动；通过伺服电机来控制并调整螺母锁紧的松紧程度，保证锁紧扭力值及产品合格率；同时逆转伺服电机即可完成底阀螺母的拆卸。

作为优化，所述减速器为二级伞齿轮减速器，所述减速器内设有横向的转轴，转轴两端上设有第一伞齿轮和第二伞齿轮，第一伞齿轮与电机轴伞齿轮传动配合，第二伞齿轮与异型伞齿轮配合，所述电机轴伞齿轮与异型伞齿轮呈同轴线设置。该结构具有设计紧凑，成本较低、安装空间小的特点；同时该减速器大幅提高了减速电机的使用寿命，提高了伺服电机的工作效率，降低了伺服电机的能耗，稳定伺服电机的输出转速，使拧紧底阀螺母时具有较高的精确度。

作为优化，所述减速器为行星齿轮减速器。行星齿轮减速器具有体积小、重量轻，承载能力高，使用寿命长、工作精度极高的特点；行星齿轮减速器在降速的同时会提高伺服电机的输出扭矩，并且行星齿轮减速器同时也会降低伺服电机的负载惯量，使螺母锁紧机构具有更高的工作精度。

作为优化，所述升降驱动器可以是三轴气缸或滑台模组。三轴气缸的成本更低，耐横向负载能力强，耐扭矩能力强；滑台模组相较于气缸，由于气缸上下行速度只能靠气压调节，滑台模组下行锁紧时，速度和锁紧螺纹同步，因而滑台模组行程可控性更强，运行更加顺畅。

作为优化，所述伺服控制器通过信号线传输IO信号控制伺服电机。近距离的有线IO信号传输，具有传输速度快，稳定抗干扰性强的特点，使伺服控制器对伺服电机的进行精准控制，如伺服电机的额定扭矩、以及达到额定扭矩后伺服电机可以继续运行，从而使底阀螺母旋转9°～15°的转角，从而进一步保证底阀螺母的锁紧效果。

作为优化，所述可伸缩套管下端设有套筒扳手头，套筒扳手头的形状、尺寸与螺母固定管相同；套筒扳手头的直径与旋转套管的外径相同。可伸缩套管受压力作用压缩时，该结构的套筒扳手头可以与旋转套管相抵，防止可伸缩套管进入旋转套管的长度过深，从而影响设备的加工效率。

作为优化，所述套筒扳手头与可伸缩套管通过卡扣联接。为了锁紧不同规格、尺寸的底阀螺母，只需要更换不同的套筒扳手头即可；而卡扣式结构稳定牢固，而且大幅降低了套筒扳手头的拆卸和安装难度，加快更换速度。

作为优化，所述限位销的直径比缓冲通道的宽度小0.2～0.5mm。即限位销与缓冲通道之间的间隙为0.2～0.5mm，若间隙过小，限位销与缓冲通道的滑动配合不顺畅，若间隙过大，锁紧机构工作旋转的时候，可伸缩套管以发生晃动，致使可伸缩套管无法准确地找到位于螺母固定管上的工件，两种情况都会影响到设备的加工效率。

作为优化，所述缓冲通道的长度为20～30mm。当升降驱动器下降运动时，该区间长度的缓冲通道可以有效缓冲旋转套管与底阀螺母接触的力，从而防止旋转套管或底阀螺母在加工过程中发生损坏。

对于方法，本发明的技术方案是：使用具有上述结构特点的新型底阀螺母定扭力锁紧设备的方法，使用该设备前，首先将厂家给出的锁紧底阀螺母所需的固定扭矩值输入到伺服控制器中，然后再预设一个使底阀螺母转动9°～15°的转角，该转角将在伺服电机达到预设扭矩后将使伺服电机继续运行，待底阀螺母继续转动9°～15°后伺服电机才停止工作。

与现有技术相比，本发明的新型底阀螺母定扭力锁紧设备的使用方法精确的提高了锁紧螺母的预紧力，保证螺母不会损坏的同时，使零部件紧固得更加均匀；设置该转角的目的是为了使底阀螺母旋紧到屈服点之后，到达塑性变形区域，预设扭矩值往往为理想状态，实际加工中，部分工件在达到预设扭矩时往往还未到达塑性变形区域，从而产生的预紧力较小，紧固效果不稳定；增加转角后，可以达到非常高的预紧力，并且还能很精确控制所有底阀螺母的实际预紧力，保证零部件不发生损坏，从而让零部件的紧固变得更加均匀。

附图说明

图1是本发明的新型底阀螺母定扭力锁紧设备的结构示意图；

图2是图1中A圆内部分的放大示意图；

图3是本发明的去除机箱侧板的结构示意图；

图4是图3的右视图；

图5是伞齿轮减速器的机构示意图。

附图中的标记为：1-底板；11-螺母固定管；2-螺母锁紧机构；21-伺服电机；211-电机轴伞齿轮；22-旋转套管；221-缓冲通道；23-可伸缩套管；231-限位销；232-套筒扳手头；24-减速器；241-转轴；242-第一伞齿轮；243-第二伞齿轮；244-第三伞齿轮；3-升降机构；31-升降驱动器；32-升降台；4-控制机构；41-机箱；42-伺服控制器；43-电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式(实施例)对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

如图1-5所示，新型底阀螺母定扭力锁紧设备，包括底板1、螺母锁紧机构2、升降机构3和控制机构4，所述控制机构4包括机箱41，所述机箱41设置于底板1上，机箱41内设有伺服控制器42以及通过中间继电器与伺服控制器42连接的电磁阀43；所述升降机构3包括升降驱动器31和与升降驱动器31连接的升降台32，所述升降驱动器31设置在机箱41的外侧壁上，且与机箱41内的电磁阀43连通；所述升降台32上设有螺母锁紧机构2，所述螺母锁紧机构2包括伺服电机21、旋转套管22和可伸缩套管23，所述伺服电机21与伺服控制器42通过信号线连接，所述伺服电机21的输出端上设有减速器24，所述减速器24的输出端与旋转套管22连接，旋转套管22内部设有缓冲弹簧，管壁上设有一对缓冲通道221，可伸缩套管23套设在旋转套管23内，其上端与缓冲弹簧相抵，可伸缩套管23的上端设有一对用于和缓冲通道221形成滑动配合的限位销231；所述底板1上固定有螺母固定管11，所述螺母固定管11与螺母锁紧机构2呈同心设置。

所述减速器24为二级伞齿轮减速器，所述减速器24内设有横向的转轴241，转轴241两端上设有第一伞齿轮242和第二伞齿轮243，第一伞齿轮242与电机轴伞齿轮211传动配合，第二伞齿轮243与异型伞齿轮244配合，所述电机轴伞齿轮211与异型伞齿轮244呈同轴线设置。该结构具有设计紧凑，成本较低、安装空间小的特点；同时该减速器24大幅提高了减速电机的使用寿命，提高了伺服电机21的工作效率，降低了伺服电机21的能耗，稳定伺服电机21的输出转速，使拧紧底阀螺母时具有较高的精确度。

所述减速器24为行星齿轮减速器。行星齿轮减速器具有体积小、重量轻，承载能力高，使用寿命长、工作精度极高的特点；行星齿轮减速器在降速的同时会提高伺服电机21的输出扭矩，并且行星齿轮减速器同时也会降低伺服电机21的负载惯量，使螺母锁紧机构2具有更高的工作精度。

作为优化，所述升降驱动器31可以是三轴气缸或滑台模组。三轴气缸的成本更低，耐横向负载能力强，耐扭矩能力强；滑台模组相较于气缸，由于气缸上下行速度只能靠气压调节，滑台模组下行锁紧时，速度和锁紧螺纹同步，因而滑台模组行程可控性更强，运行更加顺畅。

所述伺服控制器42通过信号线传输IO信号控制伺服电机21。近距离的有线IO信号传输，具有传输速度快，稳定抗干扰性强的特点，使伺服控制器42对伺服电机21的进行精准控制，如伺服电机的额定扭矩、以及达到额定扭矩后伺服电机21可以继续运行，从而使螺母旋转9°～15°的转角，从而进一步保证底阀螺母的锁紧效果。

所述可伸缩套管23下端设有套筒扳手头232，套筒扳手头232的形状、尺寸与螺母固定管11相同；套筒扳手头232的直径与旋转套管22的外径相同。可伸缩套管23受压力作用压缩时，该结构的套筒扳手头232可以与旋转套管22相抵，防止可伸缩套管23进入旋转套管22的长度过深，从而影响设备的加工效率。

所述套筒扳手头232与可伸缩套管23通过卡扣联接。为了锁紧不同规格、尺寸的底阀螺母，只需要更换不同的套筒扳手头232即可；而卡扣式结构稳定牢固，而且大幅降低了套筒扳手头232的拆卸和安装难度，加快更换速度。

所述限位销231的直径比缓冲通道221的宽度小0.2～0.5mm。即限位销231与缓冲通道221之间的间隙为0.2～0.5mm，若间隙过小，限位销231与缓冲通道221的滑动配合不顺畅，若间隙过大，锁紧机构2工作旋转的时候，可伸缩套管23以发生晃动，致使可伸缩套管23无法准确地找到位于螺母固定管11上的工件，两种情况都会影响到设备的加工效率。

所述缓冲通道221的长度为20～30mm。当升降驱动器31下降运动时，该区间长度的缓冲通道221可以有效缓冲旋转套管22与底阀螺母接触的力，从而防止旋转套管22或底阀螺母在加工的过程中发生损坏。

使用方法：

使用该设备前，首先将厂家给出的锁紧该底阀螺母所需的固定扭矩值输入到伺服控制器42的预设扭矩中，然后再预设一个使底阀螺母转动9°～15°的转角，该转角将在伺服电机21达到预设扭矩后将使伺服电机21继续运行，待底阀螺母转动9°～15°后伺服电机21才停止运行；设置该转角的目的是为了使底阀螺母旋紧到屈服点之后，到达塑性变形区域，预设扭矩值往往为理想状态，实际加工中，部分工件在达到预设扭矩时往往还未到达塑性变形区域，从而产生的预紧力较小，紧固效果不稳定。增加转角后，此种紧固方法可以达到非常高的预紧力，并且还能很精确控制所有底阀螺母的实际预紧力，保证零部件不发生损坏，从而让零部件的紧固变得更加均匀。

工作过程：

先将待锁紧的底阀螺母放置在螺母固定管11上定位，然后驱动升降驱动器31，升降驱动器31工作使安装在升降台32上的螺母锁紧机构2下降，从而使伸缩套管23的下端与底阀螺母相抵，通过旋转套管22内缓冲弹簧的作用，降低了伸缩套管23的下端与底阀螺母接触时产生的压力，并压紧底阀螺母；然后伺服控制器42发送电信号控制伺服电机21运转；待伺服电机21到达预设扭矩后，伺服控制器42发送预设转角的电信号，伺服电机21继续转动，执行完预设转角的工作后，伺服电机21停转，底阀螺母的锁紧工作即完成；最后升降驱动器31复位，将螺母固定管11上的底阀螺母取下，即完成加工。

底阀螺母的拆卸，只需改变伺服电机21的旋转方向以及在伺服控制器42中预设拆卸时的扭矩值即可，其余过程与锁紧时相同。另外，拆卸时，伺服控制器42无需发送预设转角信号。

上述对本申请中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式(包括实施例)中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本申请保护范围之内的其它的技术方案。

Claims (6)

1.底阀螺母定扭力锁紧设备的使用方法，其特征在于：该方法适用于底阀螺母定扭力锁紧设备；

所述锁紧设备包括底板（1）、螺母锁紧机构（2）、升降机构（3）和控制机构（4），所述控制机构（4）包括机箱（41），所述机箱（41）设置于底板（1）上，机箱（41）内设有伺服控制器（42）以及通过中间继电器与伺服控制器（42）连接的电磁阀（43）；

所述升降机构（3）包括升降驱动器（31）和与升降驱动器（31）连接的升降台（32），所述升降驱动器（31）设置在机箱（41）的外侧壁上，且与机箱（41）内的电磁阀（43）连通；

所述升降台（32）上设有螺母锁紧机构（2），所述螺母锁紧机构（2）包括伺服电机（21）、旋转套管（22）和可伸缩套管（23），所述伺服电机（21）与伺服控制器（42）通过信号线连接，所述伺服电机（21）的输出端上设有减速器（24），所述减速器（24）的输出端与旋转套管（22）连接，旋转套管（22）内部设有缓冲弹簧，管壁上设有一对缓冲通道（221），可伸缩套管（23）套设在旋转套管内，其上端与缓冲弹簧相抵，可伸缩套管（23）的上端设有一对用于和缓冲通道（221）形成滑动配合的限位销（231）；

所述底板（1）上固定有螺母固定管（11），所述螺母固定管（11）与螺母锁紧机构（2）呈同心设置；

所述可伸缩套管（23）下端设有套筒扳手头（232），套筒扳手头（232）的形状、尺寸与螺母固定管（11）相同；套筒扳手头（232）的直径与旋转套管（22）的外径相同；所述限位销（231）的直径比缓冲通道（221）的宽度小0.2～0.5mm；所述缓冲通道（221）的长度为20～30mm；

使用方法具体如下：

使用该设备前，首先将厂家给出的锁紧底阀螺母所需的固定扭矩值输入到伺服控制器（42）中，然后再预设一个使底阀螺母转动9°～15°的转角，该转角将在伺服电机（21）达到预设扭矩后将使伺服电机（21）继续运行，待底阀螺母继续转动9°～15°后伺服电机（21）才停止工作。

2.根据权利要求1所述的底阀螺母定扭力锁紧设备的使用方法，其特征在于：所述减速器（24）为二级伞齿轮减速器，所述减速器（24）内设有横向的转轴（241），转轴（241）两端上设有第一伞齿轮（242）和第二伞齿轮（243），第一伞齿轮（242）与电机轴伞齿轮（211）传动配合，第二伞齿轮（243）与异型伞齿轮（244）配合，所述电机轴伞齿轮（211）与异型伞齿轮（244）呈同轴线设置。

3.根据权利要求1所述的底阀螺母定扭力锁紧设备的使用方法，其特征在于：所述减速器（24）为行星齿轮减速器。

4.根据权利要求1所述的底阀螺母定扭力锁紧设备的使用方法，其特征在于：所述升降驱动器（31）可以是三轴气缸或滑台模组。

5.根据权利要求1所述的底阀螺母定扭力锁紧设备的使用方法，其特征在于：所述伺服控制器（42）通过信号线传输IO信号控制伺服电机（21）。

6.根据权利要求1所述的底阀螺母定扭力锁紧设备的使用方法，其特征在于：所述套筒扳手头（232）与可伸缩套管（23）通过卡扣联接。