CN110394753A - 一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手，包括扳手主体、以及设置在扳手主体后端的扭矩显示系统；扳手主体包括扳手头部、QH主体、减速器、QH副体、套筒、滑块、弹簧、手柄，扭矩显示系统包括单片机、力矩传感器、滤波电路、放大器、模数转换器、显示器、电源；本发明通过扭矩显示系统可以在工作的同时，实时显示所工作状态的力矩数值；本发明通过远程传输系统可以实时将信号传输至电脑端，在远距离处所设立的电脑显示屏中观察到力矩的实时变化，为操作者提供了便利；本发明结构简单，且力矩数据显示实现了对安装零部件的智能控制，观察简单、直观、清晰、准确。

Description

一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手

技术领域

本发明涉及扳手技术领域，尤其是一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手。

背景技术

在自动化和工业应用中使用，常用到对工件施加力的扳手。但对于拐角处，或前后障碍较多操作困难的地方，由于现有扳手体积较大，很难放入，只能以固定方向拧固不同位置和方向的螺丝螺母，无法进行正常的使用。同时，在使用的过程中，由于待拧的螺栓件大小规格不同，需要经常更换相适应的套筒，使用十分不便。

现有市场上的对扳手在狭小地方的环境下使用的改进极少，而且大多结构复杂，调节不变。通常在较为狭小的空间中，使用普通的扳手进行装卸的情况较为复杂。使用普通的开口扳手在狭小的空间中需要往复多次的进行旋钮，操作动作次数较多，而且使用受力不平稳，装卸效率较低，而且容易对狭小空间内的零件造成损伤，会造成维修成本过高。并且在这种情况中，需要耗费操作者的过多的力气。使用具有可回程的省力扳手来对此进行调节显得尤为重要。通过可回程并具有省力装置的扳手可以大大提高操作效率，减少使用力矩。

申请号为201320091872.4的中国专利公开了一种电动扳手，包括外壳(1a)、电机(2a)、中间板(3a)、驱动齿轮轴(9a)、传动齿轮轴(4a)、内齿轮(10a)、套筒接头(8a)，电机(2a)位于外壳(1a)内的上部，电机轴与驱动齿轮轴(9a)相连接，中间板(3a)位于电机(2a)下方，中间板(3a)与电机轴的轴向垂直，传动齿轮轴(4a)有两个，分别位于驱动齿轮轴(9a)的两侧，传动齿轮轴(4a)的上端通过轴承安装在中间板(3a)上，驱动齿轮轴(9a)和两个传动齿轮轴(4a)上分别固定有驱动齿轮和传动齿轮，驱动齿轮分别与两个传动齿轮轴(4a)的传动齿轮相啮合，内齿轮(10a)位于两个传动齿轮轴(4a)的传动齿轮的外周，内齿轮(10a)与传动齿轮相啮合，内齿轮(10a)与套筒接头(8a)连接为一体。该装置结构复杂，在狭小空间时，需要选用特定的套筒，操作不便，另外对于不同规格的螺栓，也需要更换不同规格的套筒，与之适配，实用十分不便，也不利于携带。

在传统的螺栓紧固过程中，扳手对螺母的紧固是不断加强的，力矩的变化会越来越大，但是当力矩随之上升到一定值之后，仅凭肉眼和经验对力矩范围的观察还是远远不够的。传统的开口扳手和回程扳手都只是进行了安装紧固的作用，并不知道准确的力矩数值。因此，在扳手上可以显示出在零件安装过程中所需要的力矩值，这会保证在安装的过程中，根据所显示的力矩数值与零件所需合理数值进行对比，保证了零件的有效寿命，达到了节约成本，提高安装效率的目的。在以往的智能力矩数显扳手中，在使用过程中的操作工人只可以简单的读取扭矩值，不能大量存储某个螺栓紧固件的合理扭矩值，所以需要一种可以将力矩数值信号可以进行远距离传输的技术，并且可以将远距离处的数据进行记录，供操作人员进行保存。

因此，急需提供一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手，所述的扳手结构简单，并且力矩数值观察直接，具有多种用途、提高紧固作业效率、降低安装成本的特点。

本发明的技术方案为：一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手，包括扳手主体、以及设置在扳手主体后端的扭矩显示系统。

所述的扳手主体包括扳手头部、QH主体、减速器、QH副体、套筒、滑块、弹簧、手柄，所述的扳手头部与QH主体可拆卸连接，所述的QH主体通过减速器与QH副体连接，通过所述的减速器将QH主体与QH副体串联在一起；通过所述的减速器将手柄处传达出来的力进行减速，以达到省力的效果。

所述的扳手头部为开抓型结构，所述的开爪型结构为设置在其内的两个六角边、两个部分六角边以及回程凹弧围成的开式空间，两个部分六角边在开式空间的两端，回程凹弧位于一个部分六角边和一个六角边之间，部分六角边的长度为六角边的1/6～3/5。

所述的QH副体的另一端与一滑块连接，所述的滑块另一端与弹簧连接，所述的QH副体、滑块、弹簧均位于套筒内，并且所述的QH副体通过钉梢与套筒连接；所述套筒的端部设置有手柄。

所述的扭矩显示系统包括单片机、力矩传感器、滤波电路、放大器、模数转换器、显示器、电源，所述的力矩传感器经滤波电路与模数转换器连接，所述的滤波电路与模数转换器之间还设置有放大器，所述的模数转换器与单片机电连接，所述的单片机分别与电源和显示器电连接。

所述的力矩传感器用于检测扳手输出的力矩值，并将产生的力矩转化为相应的模拟信号。所述的力矩传感器为应变片式力矩传感器，其包括应变电桥以及相应的外围电路，应变电桥其中两个接点电连接滤波电路，另一个接点通过可变电阻连接电源，另一个接点接地。

所述的滤波电路用于将力矩传感器传出的模拟信号进行滤波防干扰处理，提高数据读取准确率。

所述的放大器用于将传输的信号进一步放大，并通过模数转换器将将力矩传感器送出的模拟信号转换为数字信号，并传输给单片机处理，并将处理后的力矩信息显示在显示器上。

优选的，所述减速器的输出轴与QH主体末端的内中心圆孔项配合，所述减速器的输入轴与QH副体的内圆孔进行配合。

优选的，所述的QH副体末端设置有一切口，所述的滑块前端设置有另一切口，所述的QH副体与滑块通过相应的切口相互配合契合形成一组滑动摩擦副，当在拧紧螺母时，扳手头部受到其相反方向的作用矩，可将QH主体将反作用力矩从头部沿减速器传递到QH副体末端的斜面上，推动滑块沿套筒滑动，滑块另一端推动弹簧，使弹簧压缩，当弹簧在压缩的过程中，QH副体绕着钉梢转动，直至QH副体触碰套筒发出响声，以提醒操作者螺母已经到达预定力矩范围。

优选的，所述的单片机型号为AT89S51。

优选的，所述的放大器为微功率仪表放大器，其型号为AD637。

优选的，所述的模数转换器型号为ADS7822。

优选的，所述的电源为多节串联连接的锂电池组成，所述的电源为5V电源。

优选的，所述的力矩传感器的型号为T521。

优选的，所述的单片机AT89S51的第1引脚、第2引脚、第3引脚分别与模数转换器AD637的第20脚、17脚、22脚连接；

所述单片机AT89S51的第9引脚、18脚和19脚与电源连接；

所述的单片机AT89S51的第32-39脚与显示器7-14脚连接。

优选的，所述的滤波电路包括电阻R1-R8，电容C1-C2、线性放大器A，所述的电源经力矩传感器T521、电阻R1-R5和电容C1-C2和线性放大器A组成的二阶低通滤波电路，然后经微功率仪表放大器AD637。当电源给定5V电压时，电路经过力矩传感器T521，后分两路：从R1处流过并接入地线；主要流经电阻R2进入二阶低通滤波电路。在二阶低通滤波电路中，电路从R2处再次分流，一处流向电容C1；一处流向电阻R3，在串联电阻R3后又分路电容C2接地线，另一路串联线性放大器的正极，线性放大器A的负极还接有与之并联的电阻R5和连有接地的电阻R4，从线性放大器A出来之后与电阻R6串联。并进入到微功率仪表放大器AD637的负极，微功率仪表放大器AD637的正极与电阻R7串联并接地，并且电阻R8与微功率仪表放大器AD637并联，最终输出电压。

优选的，所述的智能扳手还包括远程信号传输系统，通过所述的远程信号传输系统将单片机处理的信息传输至移动端或电脑端；所述的远程信号传输系统包括发送端、接收端，通过发送端和接收端将单片机处理的信息传输至电脑端；

所述的发送端包括依次连接的信号调制器、激光电光信号转换器、激光发射单元，所述的信号调制器与单片机连接；

所述的接收端包括依次连接的激光接收单元、激光光电信号转换器、信号解调器，

所述的电脑端包括电脑显示屏和电脑主机，所述的激光接收单元经4G信号发射接收单元与激光发射单元连接，所述的信号解调器通过电脑主机与电脑显示屏连接，所述的4G信号发射接收单元还与中央控制器连接。

在发送过程中，数字信号先经过信号调制器进行调节，将信号调节为激光电光信号转换器可接受的信号，然后经过激光电光信号转换器转换为激光电光的形式，并且由激光发射单元所发送出去，并由远程接收端的激光接收单元接收，再发送到激光电信号转换器和信号调节器进行电信号转化并输入进电脑中，最后在电脑端的软件上进行显示和数据的储存。并且中央控制器通过4G信号的发送和接收会实时的将力矩所到达的数值进行发送和传播。

本发明的有益效果为：

1、本发明可以在较为的空间里进行紧固件安装的工作，达到可回程和省力的目的，即使在小的空间里也可以达到省力、方便、快捷的效果；

2、本发明通过扭矩显示系统可以在工作的同时，实时显示所工作状态的力矩数值；

3、本发明通过远程传输系统可以实时将信号传输至电脑端，在远距离处所设立的电脑显示屏中观察到力矩的实时变化，为操作者提供了便利；

4、本发明在紧固件有效的扭矩范围内，对操作进行有效的停止，发挥螺母零件的最大可利用性，延长紧固件的使用寿命，进行合理的安排分类；

5、本发明结构简单，且力矩数据显示实现了对安装零部件的智能控制，观察简单、直观、清晰、准确，便于操作者观看。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明扳手头部的结构示意图；

图3为本发明扭矩显示系统的框架图；

图4为本发明单片机的电路图；

图5为本发明滤波电路的电路图；

图6为本发明减速器的内部剖视图；

图7为本发明远程信号传输系统的框架图；

图8为应变电桥力矩传感器电路图；

图中，1-扳手头部，2-QH主体，3-减速器，4-QH副体，5-套筒，6-滑块，7-弹簧，8-手柄，9-钉梢，10-切口，11-输入轴，12-输出轴，13-六角边，14-部分六角边，15-回程凹弧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手，包括扳手主1、以及设置在扳手主体1后端的扭矩显示系统。所述的扳手主体包括扳手头部1、QH主体2、减速器3、QH副体4、套筒5、滑块6、弹簧7、手柄8。如图2所示，所述的扳手头部1为开抓型结构，所述的开爪型结构为设置在其内的两个六角边13、两个部分六角边14以及回程凹弧15围成的开式空间，两个部分六角边14在开式空间的两端，回程凹弧15位于一个部分六角边14和一个六角边13之间，部分六角边14的长度为六角边13的1/6～3/5。

使用时，四个六角边13、14与所拧动的螺母上的相应的六角面贴紧配合，其中一六角边13与其相邻的部分六角边14直角的回程凹弧15用于实现扳手主体的自由回程。当扳手顺时针转动一定角度时，此时螺母跟随扳手一起转动而被拧动，螺母上的各个六角面转动到一个不同于初始位置的新的位置，此时扳手无法继续拧动，由于设置了回程凹弧15，螺母上由2个六角面组成的顶角就可以在扳手作回程时很容易通过回程凹弧15所留出的空间，而且扳手各个六角边也相应于螺母的各面作反向转动，从而实现回程。

所述的扳手头部1与QH主体2可拆卸连接，从而方便更换不同的扳手头部1，所述的QH主体2通过减速器3与QH副体4连接，通过所述的减速器3将QH主体2与QH副体3串联在一起；通过所述的减速器将手柄处传达出来的力进行减速，以达到省力的效果。所述减速器3的输出轴与QH主体2末端的内中心圆孔相配合，所述减速器3的输入轴与QH副体4的内圆孔进行配合，所述的减速器3的内部剖视图如图6所示。

所述的QH副体4的另一端设置有一切口10，相应的，所述的滑块前6端设置有另一切口10，所述的QH副体4与滑块6通过相应的切口10相互配合契合形成一组滑动摩擦副，所述的滑块6另一端与弹簧7连接，所述的QH副体4、滑块6、弹簧7均位于套筒5内，并且所述的QH副体4通过钉梢9与套筒5连接；所述套筒5的端部设置有手柄8。当在拧紧螺母时，扳手头部1受到其相反方向的作用矩，可将QH主体2将反作用力矩从扳手头部1沿减速器3传递到QH副体4末端的斜面上，推动滑块6沿套筒5滑动，滑块6另一端推动弹簧7，使弹簧7压缩，当弹簧7在压缩的过程中，QH副体4绕着钉梢9转动，直至QH副体4触碰套筒发出响声，以提醒操作者螺母已经到达预定力矩范围。

如图3所示，所述的扭矩显示系统包括单片机、力矩传感器、滤波电路、微功耗仪表仪放大器、模数转换器、显示器、电源。所述的力矩传感器经滤波电路与模数转换器连接，所述的滤波电路与模数转换器之间还设置有微功耗仪表仪放大器，所述的模数转换器与单片机电连接，所述的单片机分别与电源和显示器电连接。其中，所述单片机型号为AT89S51；所述的微功率仪表放大器的型号为AD637；所述模数转换器的型号为ADS7822；所述的电源为多节串联连接的锂电池组成；所述的力矩传感器的型号为T521。

如图4所示，所述的单片机AT89S51的第1引脚、第2引脚、第3引脚分别与模数转换器AD637的第20脚、17脚、22脚连接；所述单片机AT89S51的第9引脚、18脚和19脚与电源连接；所述的单片机AT89S51的第32-39脚与显示器7-14脚连接。

如图5所示，所述的滤波电路包括电阻R1-R8，电容C1-C2、线性放大器A，所述的电源经力矩传感器T521、电阻R1-R5和电容C1-C2和线性放大器A组成的二阶低通滤波电路，然后经微功率仪表放大器AD637实现电压的放大。所述的电源的电压为5V，当电源给定5V电压时，电路经过力矩传感器T521，后分两路：从R1处流过并接入地线；主要流经电阻R2进入二阶低通滤波电路。在二阶低通滤波电路中，电路从R2处再次分流，一处流向电容C1；一处流向电阻R3，在串联电阻R3后又分路电容C2接地线，另一路串联线性放大器的正极，线性放大器A的负极还接有与之并联的电阻R5和连有接地的电阻R4，从线性放大器A出来之后与电阻R6串联。并进入到微功率仪表放大器AD637的负极，微功率仪表放大器AD637的正极与电阻R7串联并接地，并且电阻R8与微功率仪表放大器AD637并联，最终输出电压。

优选的，所述的力矩传感器为应变片式力矩传感器，其包括应变电桥以及相应的外围电路，应变电桥其中两个接点电连接滤波电路，另一个接点通过可变电阻连接5V电源，另一个接点接地，其电路图参见图8。所述的力矩传感器T521位于手柄8的凹槽内侧壁与弹簧之间并与弹簧接触，所述的力矩传感器T521用于检测扳手力矩，并将产生的力矩转化为模拟信号，所述的滤波电路、微功率仪表放大器AD637、模数转换器ADS7822和电源均位于力矩传感器T521下方的凹槽内并通过导线连接，并且所述的显示器设置在手柄8上并通过导线与单片机AT89S51连接。所述的滤波电路用于将力矩传感器T521传出的模拟信号进行滤波防干扰处理，提高数据读取准确率。所述的微功率仪表放大器AD637用于将传输的信号进一步放大，并通过模数转换器ADS7822将将力矩传感器T521送出的模拟信号转换为数字信号，并传输给单片机AT89S51处理。

当扳手头部1对螺母进行旋钮的时候，扭矩通过QH主体2，减速器3，QH副体4和滑块6以及弹簧7传至手柄8处，力矩传感器在手柄8前端处进行力矩的检测，通过力矩传感器T521将产生的力矩转化为模拟信号；滤波电路将力矩传感器T521传出的模拟信号进行滤波防干扰处理，提高数据读取准确率；在滤波电路和模数转换器ADS7822之间还有一个微功耗仪表仪放大器AD637将所传输的数字信号进行进一步的放大；模数转换器ADS7822连接在滤波电路与单片机AT89S51之间，将力矩传感器送出的模拟信号转换为数字信号，并传输给单片机AT89S51；单片机AT89S51与显示屏相连，单片机AT89S51将力矩数字信号再次传输进显示器显示，所述的电源可由多节串联连接的锂电池组成。

如图7所示，所述的智能扳手还包括远程信号传输系统，通过所述的远程信号传输系统将单片机处理的扭矩信息传输至移动端或电脑端。所述的远程信号传输系统包括发送端、接收端，通过发送端和接收端将单片机处理的信息传输至电脑端。

所述的发送端包括依次连接的信号调制器、激光电光信号转换器、激光发射单元，所述的信号调制器与单片机连接；

所述的接收端包括依次连接的激光接收单元、激光光电信号转换器、信号解调器，

所述的电脑端包括电脑显示屏和电脑主机，所述的激光接收单元经4G信号发射接收单元与激光发射单元连接，所述的信号解调器通过电脑主机与电脑显示屏连接，所述的4G信号发射接收单元还与中央控制器连接。

在发送过程中，数字信号先经过信号调制器进行调节，将信号调节为激光电光信号转换器可接受的信号，然后经过激光电光信号转换器转换为激光电光的形式，并且由激光发射单元所发送出去，并由远程接收端的激光接收单元接收，再发送到激光电信号转换器和信号调节器进行电信号转化并输入进电脑中，最后在电脑端的软件上进行显示和数据的储存。并且中央控制器通过4G信号的发送和接收会实时的将力矩所到达的数值进行发送和传播。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手，其特征在于：包括扳手主体、以及设置在扳手主体后端的扭矩显示系统；

所述的扳手主体包括扳手头部、QH主体、减速器、QH副体、套筒、滑块、弹簧、手柄，所述的扳手头部与QH主体可拆卸连接，所述的QH主体通过减速器与QH副体连接，通过所述的减速器将QH主体与QH副体串联在一起；

所述的扳手头部为开抓型结构，所述的开爪型结构为设置在其内的两个六角边、两个部分六角边以及回程凹弧围成的开式空间，两个部分六角边在开式空间的两端，回程凹弧位于一个部分六角边和一个六角边之间，部分六角边的长度为六角边的1/6～3/5；

所述的QH副体的另一端与一滑块连接，所述的滑块另一端与弹簧连接，所述的QH副体、滑块、弹簧均位于套筒内，并且所述的QH副体通过钉梢与套筒连接；所述套筒的端部设置有手柄；

所述的扭矩显示系统包括单片机、力矩传感器、滤波电路、放大器、模数转换器、显示器、电源，所述的力矩传感器经滤波电路与模数转换器连接，所述的滤波电路与模数转换器之间还设置有放大器，所述的模数转换器与单片机电连接，所述的单片机分别与电源和显示器电连接；

所述的力矩传感器用于检测扳手的输出力矩值，并将产生的力矩值转化为相应的模拟信号；所述的力矩传感器为应变片式力矩传感器，其包括应变电桥以及相应的外围电路，应变电桥其中两个接点电连接滤波电路，另一个接点通过可变电阻连接电源，另一个接点接地；

所述的滤波电路用于将力矩传感器传出的模拟信号进行滤波防干扰处理，提高数据读取准确率；

所述的放大器用于将传输的信号进一步放大，并通过模数转换器将力矩传感器送出的模拟信号转换为数字信号，并传输给单片机处理，并将处理后的力矩信息显示在显示器上。

2.根据权利要求1所述的一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手，其特征在于：所述减速器的输出轴与QH主体末端的内中心圆孔项配合，所述减速器的输入轴与QH副体的内圆孔进行配合。

3.根据权利要求1所述的一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手，其特征在于：所述的QH副体末端设置有一切口，所述的滑块前端设置有另一切口，所述的QH副体与滑块通过相应的切口相互配合契合形成一组滑动摩擦副。

4.根据权利要求1所述的一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手，其特征在于：所述的单片机型号为AT89S51；

所述的模数转换器型号为ADS7822。

5.根据权利要求4所述的一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手，其特征在于：所述的单片机AT89S51的第1引脚、第2引脚、第3引脚分别与模数转换器AD637的第20脚、17脚、22脚连接；

所述单片机AT89S51的第9引脚、18脚和19脚与电源连接；

所述的单片机AT89S51的第32-39脚与显示器7-14脚连接。

6.根据权利要求1所述的一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手，其特征在于：所述的力矩传感器的型号为T521；

所述的放大器为微功率仪表放大器，其型号为AD637。

7.根据权利要求1所述的一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手，其特征在于：所述的模数转换器型号为ADS7822。

8.根据权利要求1所述的一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手，其特征在于：所述的电源为多节串联连接的锂电池组成。

9.根据权利要求1所述的一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手，其特征在于：所述的滤波电路包括电阻R1-R8，电容C1-C2、线性放大器A，所述的电源经力矩传感器T521、电阻R1-R5和电容C1-C2和线性放大器A组成的二阶低通滤波电路，然后经微功率仪表放大器AD637放大；

当电源给定5V电压时，电路经过力矩传感器T521，后分两路：从R1处流过并接入地线；主要流经电阻R2进入二阶低通滤波电路。在二阶低通滤波电路中，电路从R2处再次分流，一处流向电容C1；一处流向电阻R3，在串联电阻R3后又分路电容C2接地线，另一路串联线性放大器的正极，线性放大器A的负极还接有与之并联的电阻R5和连有接地的电阻R4，从线性放大器A出来之后与电阻R6串联；并进入到微功率仪表放大器AD637的负极，微功率仪表放大器AD637的正极与电阻R7串联并接地，并且电阻R8与微功率仪表放大器AD637并联，最终输出电压。

10.根据权利要求1所述的一种适用于狭小空间的可回程数显式智能扳手，其特征在于：所述的智能扳手还包括远程信号传输系统，通过所述的远程信号传输系统将单片机处理的信息传输至移动端或电脑端；所述的远程信号传输系统包括发送端、接收端，通过发送端和接收端将单片机处理的信息传输至电脑端；

所述的发送端包括依次连接的信号调制器、激光电光信号转换器、激光发射单元，所述的信号调制器与单片机连接；

所述的接收端包括依次连接的激光接收单元、激光光电信号转换器、信号解调器，

所述的电脑端包括电脑显示屏和电脑主机，所述的激光接收单元经4G信号发射接收单元与激光发射单元连接，所述的信号解调器通过电脑主机与电脑显示屏连接，所述的4G信号发射接收单元还与中央控制器连接。