CN111037274B - 一种圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置 - Google Patents

一种圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于自动装配技术领域，公开了一种圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置，包括：姿态位置调整支架以及固定在其上的多组自动扳手组件；所述自动扳手组件包括：螺头套筒、转轴、力矩电机以及控制器；所述螺头套筒通过所述转轴与所述力矩电机的力矩输出端相连，所述力矩电机与所述控制器相连；所述力矩电机固定在所述姿态位置调整支架上。本发明提供的圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置能够提升操作效率和操作精度。

Description

一种圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置
技术领域
本发明涉及自动装配技术领域，特别涉及一种圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置。
背景技术
现有技术中，对圆周分布的螺栓、螺母的预紧和力矩控制操作主要包括：人工多工位逐次操作和多扳手同步操作。但是，人工多工位逐次操作人工成本高、不利于批量流水作业且效率低；多扳手同步操作是通过主齿轮或主皮带轮或主摩擦轮传动的单级或二级传动同时驱动圆周分布的多个扳手，达到同时驱动多个扳手以提高工效的目的，但是其无法对单个螺栓或螺母的预紧力矩进行精确控制，只能实现统一力矩输出，会导致各个螺栓实际受到的预紧力矩存在较大差异。
发明内容
本发明提供一种圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置，解决现有技术中对圆周分布的螺栓、螺母的预紧和力矩控制操作效率低，控制精度差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置，包括：姿态位置调整支架以及固定在其上的多组自动扳手组件；
所述自动扳手组件包括：螺头套筒、转轴、力矩电机以及控制器；
所述螺头套筒通过所述转轴与所述力矩电机的力矩输出端相连，所述力矩电机与所述控制器相连；
所述力矩电机固定在所述姿态位置调整支架上。
进一步地，所述自动扳手组件还包括：第一套筒以及第一压簧；
所述第一套筒固定在所述力矩电机上，所述转轴可转动地嵌于所述第一套筒内；
所述第一套筒的第一端设置有径向朝内的第一限位凸缘，所述转轴上开设有第一径向凸缘，所述第一径向凸缘位于所述第一套筒内，所述第一压簧套接在所述转轴外并布置在所述第一径向凸缘和所述力矩电机的转矩输出端之间；
所述转轴可轴向滑动地固定在所述力矩电机的转矩输出端上。
进一步地，所述自动扳手组件还包括：减速器；
所述减速器与所述力矩电机的转矩输出端相连，所述第一套筒与所述减速器固定相连；
所述转轴可轴向滑动地固定在所述减速器的输出轴上；
所述第一压簧布置在所述第一径向凸缘和所述减速器的输出轴之间。
进一步地，所述自动扳手组件还包括：推力轴承；
所述推力轴承套接在所述转轴上，且所述推力轴承布置在所述第一压簧与所述减速器的输出轴之间。
进一步地，所述自动扳手组件还包括：中心定位件，所述中心定位件固定在所述姿态位置调整支架上。
进一步地，所述中心定位件包括：第二套筒、滑动杆、第二压簧以及定位头；
所述第二套筒固定在所述姿态位置调整支架上；
所述滑动杆可轴向滑动地嵌于所述第二套筒内，所述第二压簧设置在所述滑动杆与所述第二套筒之间，且所述第二压簧沿所述滑动杆的滑动方向布置；
所述定位头位于所述第二套筒外，并且所述定位头固定在所述滑动杆的端部。
进一步地，所述姿态位置调整支架包括：姿态位置调整结构以及固定在其上的扳手组件固定结构；
所述自动扳手组件固定在所述自动扳手组件固定结构上。
进一步地，所述姿态位置调整结构包括：第一方向移动结构以及第二方向移动结构；
所述第二方向移动结构固定在所述第一方向移动结构的活动部上，所述自动扳手组件固定结构固定在所述第二方向移动结构的活动部上；
所述第一方向移动结构的活动部的移动方向与所述第二方向移动结构的活动部的移动方向垂直。
进一步地，所述姿态位置调整结构还包括：周向角调整结构以及俯仰角调整结构；
所述俯仰角调整结构固定在所述第二方向移动结构的活动部上，所述周向角调整结构固定在所述俯仰角调整结构上，所述自动扳手组件固定结构所述周向角调整结构上。
进一步地，所述自动扳手组件固定结构上设置有测距传感器。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置，通过姿态位置调整支架实现多组自动扳手组件的方位，位置，以及姿态角度的调整从而实现高效的定位和操作；在此基础上，通过力矩电机和控制器实现线性可控的力矩输出，从而保证每个紧固对象的实际受力作用能够达到预设目标，提升控制精度。
附图说明
图1为本发明提供的圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置的结构示意图；
图2为本发明提供的圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置的主视图；
图3为本发明提供的自动扳手组件的结构示意图；
图4为本发明提供的中心定位件的结构示意图；
图5为本发明提供的俯仰角调整结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置，解决现有技术中对圆周分布的螺栓、螺母的预紧和力矩控制操作效率低，控制精度差的技术问题。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参见图1、图2和图3，一种圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置，包括：姿态位置调整支架以及固定在其上的多组自动扳手组件5。通过姿态位置调整支架实现所述自动扳手组件5的位置姿态的调整，从而能够高效的实现准确定位和预紧操作，提升操作效率。
所述自动扳手组件5包括：螺头套筒51、转轴52、力矩电机57以及控制器7；所述螺头套筒51通过所述转轴52与所述力矩电机57的力矩输出端相连，所述力矩电机57与所述控制器7相连；所述力矩电机57固定在所述姿态位置调整支架上。
通过所述控制器7线性控制所述力矩电机57实现精确的转矩输出，使得实际作用在螺头套筒51上的转矩能够达到预设的阈值，从而保证控制精度；更重要的是，能够通过多个所述自动扳手组件5实现批量操作，在所述控制器7的控制下实现精确的独立控制，从而实现批量操作的可靠性和精度。
参见图3，所述自动扳手组件5还包括：第一套筒53以及第一压簧55；所述第一套筒53固定在所述力矩电机57上，所述转轴52可转动地嵌于所述第一套筒53内；所述第一套筒53的第一端设置有径向朝内的第一限位凸缘54，所述转轴52上开设有第一径向凸缘54，所述第一径向凸缘54位于所述第一套筒53内，所述第一压簧55套接在所述转轴52外并布置在所述第一径向凸缘54和所述力矩电机57的转矩输出端之间；所述转轴52可轴向滑动地固定在所述力矩电机57的转矩输出端上。
具体来说，所述转轴52通过滑动花键59与所述力矩电机57的转轴输出端活动相连；值得说明的是，通过所述第一套筒53以及第一压簧55能够使得所述转轴52能够在轴向上缓冲所述转轴52的轴向冲击，并实现轴向复位从而在预紧操作时，实现可靠的螺头接触，保证预紧可靠性。
进一步地，所述自动扳手组5件还包括：减速器58；所述减速器58与所述力矩电机57的转矩输出端相连，所述第一套筒53与所述减速器58固定相连；所述转轴52可轴向滑动地固定在所述减速器7的输出轴上；所述第一压簧55布置在所述第一径向凸缘和所述减速器57的输出轴之间，从而实现可靠的弹性支撑结构。
所述自动扳手组件5还包括：推力轴承56；所述推力轴承56套接在所述转轴52上，且所述推力轴承56布置在所述第一压簧55与所述减速器58的输出轴之间，从而实现可靠的转动支撑。
进一步地，所述自动扳手组件5还包括：中心定位件6，所述中心定位件6固定在所述姿态位置调整支架上。
在使用时，通过所述中心定位件6实现精细化定位，一般来说，所述中心定位件6位布置自多根所述自动扳手组件5围成的圆圈中心之间，保证受力的稳定。
参见图4，具体来说，所述中心定位件6包括：第二套筒63、滑动杆62、第二压簧64以及定位头61；所述第二套筒63固定在所述姿态位置调整支架上；所述滑动杆62可轴向滑动地嵌于所述第二套筒63内，所述第二压簧64设置在所述滑动杆62与所述第二套筒之间，且所述第二压簧沿所述滑动杆62的滑动方向布置；所述定位头61位于所述第二套筒63外，并且所述定位头61固定在所述滑动杆62的端部。
也就是说，所述中心定位件6为伸缩结构，从而实现在定位是实现与工件的弹性接触，保证定位的可靠性。
进一步地，所述姿态位置调整支架包括：姿态位置调整结构以及固定在其上的扳手组件固定结构；所述自动扳手组件5固定在所述自动扳手组件固定结构上。
其中，所述姿态位置调整结构包括：第一方向移动结构1以及第二方向移动结构2；所述第二方向移动结构2固定在所述第一方向移动结构1的活动部上，所述自动扳手组件5固定结构固定在所述第二方向移动结构2的活动部上；所述第一方向移动结构1的活动部的移动方向与所述第二方向移动结构2的活动部的移动方向垂直。
本实施例中，所述第一方向为横向，第二方向为竖向。
其中，所述第一方向移动结构1包括：横向导轨11以及滑动固定在其上的滑块12，横向驱动油缸13以及第一油缸控制器14；所述横向驱动油缸13固定在所述滑块12和横向导轨11之间，实现滑块12的移动，调整横向移动的方位，调整位置。
进一步地，所述姿态位置调整结构还包括：周向角调整结构4以及俯仰角调整结构3；所述俯仰角调整结构3固定在所述第二方向移动结构2的活动部上，所述周向角调整结构4固定在所述俯仰角调整结构3上，所述自动扳手组件5固定结构所述周向角调整结构4上。
从而能够调整所述自动扳手组件5的俯仰角度和所述自动扳手组件5阵列的周向位置，从而实现位置微调，便于顺利的紧固螺头。
参见图5，本实施例中，所述俯仰角调整结构3采用典型的十字轴组件，具体包括：转接法兰31、第一轴承32、十字轴外壳33以及十字块35，所述转接法兰31通过转接件21与所述第二方向移动结构2相连，所述十字轴外壳33通过所述第一轴承32与所述转接法兰31活动相连，所述十字块35可转动的固定在所述十字轴外壳33内，从而能够实现竖直面内俯仰角的调整以及水平面内的朝向角度调整。
所述周向角调整结构4包括：上支撑杆41、立板42、第二轴承43、扳手安装座44、下支撑杆45以及手轮48；所述上支撑杆41固定在所述十字块35上，所述立板42固定在所述上支撑杆41上，所述立板42上开设有孔槽，所述第二轴承43嵌于所述孔槽内，所述扳手安装座44固定在所述第二轴承43的内圈上，所述手轮48通过所述下支撑杆45与所述扳手安装座44相连，从而能够通过操作所述手轮48驱动所述扳手安装座44转动，调整期周向角度，实现螺头对位。
为了具备较大的操作空间，所述下支撑杆45上固定有第二滑块46，所述手轮48内圈固定有第二滑轨47，所述第二滑块46可滑动地固定在所述第二滑轨47上，从而使得所述手轮48的空间位置具备较大的调整空间，便于适应各种操作空间。
进一步地，所述转接件21上固定有一限位叉22，所述限位差卡嵌在所述上支撑杆41上，可以保留较小的间隙，从而限制所述上支撑杆41的转动幅度，从而能够在保证水平向微调角度的同时，还可以限制摆幅，从而提升预紧的对位操作的效率和预紧操作的质量。
相类似的，所述十字轴外壳33上也开设卡槽结构34，所述上支撑杆41卡嵌在所述卡槽结构34内，并留有一定间隙，从而能够实现较小幅度的俯仰角调整的同时，还可以限制摆幅，从而提升预紧的对位操作的效率和预紧操作的质量。
进一步地，所述自动扳手组件固定结构上设置有测距传感器，所述测距传感器分为两个，包括：第一测距传感器15和第二测距传感器8。
所述第一测距传感器15设置在所述立板42上，并与所述第一油缸控制器14相连，从而能够实时监测到工件的距离，并反馈给所述第一油缸控制器14反馈控制所述第一油缸13的动作，从而准确的控制套接螺头操作。
所述第二测距传感器8设置在所述立板42上，并与所述控制器7相连，从而能够实时监测到工件的距离，并反馈给所述控制器7反馈控制所述力矩电机57的动作，从而准确的控制预紧操作。
本实施例中，所述第二方向移动结构2为升降液压缸或者丝杆等。
所述扳手安装座44为板形件。
执行预紧操作时，操作者推动手轮48向工件方向并平推，首先中心定位件6中的定位头61与工件的中心孔接触并配合定位，此时安装在立板44上的第一测距传感器15检测到工件的存在，驱动第一油缸13伸出并带动整个装置向工件运动，进而自动扳手组件5中的螺头套筒51与螺栓或螺母接触，此时触发第二测距传感器8，从而自动扳手组件5中的力矩电机57开始启动并驱动螺头套筒51转动，在第一油缸13和力矩电机57的共同作用下实现圆周上的各个螺头套筒51在转动中先后与螺栓或螺母的啮合，啮合后第一油缸13停止运动；接着驱动螺头套筒51的力矩电机57分别对各个螺栓或螺母施加预紧力矩，操作者可以通过观察控制器7上的力矩显示数据了解各个自动扳手组件5独立施加力矩的情况，当施加的力矩达到设定值后，力矩电机57停止转动，第一油缸13缩回并带动整个装置远离工件，自动扳手组件5中的螺头套筒51陆续脱开与螺栓或螺母的啮合，直至中心定位组件6中的定位头61与工件的中心孔脱离，完成一个工作循环。
在以上过程中操作者能够通过操作手轮48实现装置中末端机构的垂直圆周转动，和小角度的俯仰动作和小角度的水平转动动作，以补偿装配中的误差并保证自动扳手组件1中的套筒与螺栓或螺母的圆周定位。升降液压缸或丝杆用于调整整个装置的垂直高度。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置，通过姿态位置调整支架实现多组自动扳手组件的方位，位置，以及姿态角度的调整从而实现高效的定位和操作；在此基础上，通过力矩电机和控制器实现线性可控的力矩输出，从而保证每个紧固对象的实际受力作用能够达到预设目标，提升控制精度。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置，其特征在于，包括：姿态位置调整支架以及固定在其上的多组自动扳手组件；
所述自动扳手组件包括：螺头套筒、转轴、力矩电机以及控制器；
所述螺头套筒通过所述转轴与所述力矩电机的力矩输出端相连，所述力矩电机与所述控制器相连；
所述力矩电机固定在所述姿态位置调整支架上；
所述姿态位置调整支架包括：姿态位置调整结构以及固定在其上的扳手组件固定结构；
所述自动扳手组件固定在所述扳手组件固定结构上；
所述姿态位置调整结构包括：第一方向移动结构以及第二方向移动结构；
所述第二方向移动结构固定在所述第一方向移动结构的活动部上，
所述第一方向移动结构的活动部的移动方向与所述第二方向移动结构的活动部的移动方向垂直；
所述姿态位置调整结构还包括：周向角调整结构以及俯仰角调整结构；
所述俯仰角调整结构包括：转接法兰、第一轴承、十字轴外壳以及十字块，所述转接法兰通过转接件与所述第二方向移动结构的活动部相连，所述十字轴外壳通过所述第一轴承与所述转接法兰活动相连，所述十字块可转动的固定在所述十字轴外壳内；
所述周向角调整结构包括上支撑杆、立板、第二轴承、扳手安装座、下支撑杆以及手轮，所述上支撑杆固定在所述十字块上，所述立板固定在所述上支撑杆上，所述立板上开设有孔槽，所述第二轴承嵌于所述孔槽内，所述扳手安装座固定在所述第二轴承的内圈上，所述手轮通过所述下支撑杆与所述扳手安装座相连，所述扳手组件固定结构固定在所述扳手安装座上。
2.如权利要求1所述的圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置，其特征在于，所述自动扳手组件还包括：第一套筒以及第一压簧；
所述第一套筒固定在所述力矩电机上，所述转轴可转动地嵌于所述第一套筒内；
所述第一套筒的第一端设置有径向朝内的第一限位凸缘，所述转轴上开设有第一径向凸缘，所述第一径向凸缘位于所述第一套筒内，所述第一压簧套接在所述转轴外并布置在所述第一径向凸缘和所述力矩电机的转矩输出端之间；
所述转轴可轴向滑动地固定在所述力矩电机的转矩输出端上。
3.如权利要求2所述的圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置，其特征在于，所述自动扳手组件还包括：减速器；
所述减速器与所述力矩电机的转矩输出端相连，所述第一套筒与所述减速器固定相连；
所述转轴可轴向滑动地固定在所述减速器的输出轴上；
所述第一压簧布置在所述第一径向凸缘和所述减速器的输出轴之间。
4.如权利要求3所述的圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置，其特征在于，所述自动扳手组件还包括：推力轴承；
所述推力轴承套接在所述转轴上，且所述推力轴承布置在所述第一压簧与所述减速器的输出轴之间。
5.如权利要求1所述的圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置，其特征在于，所述自动扳手组件还包括：中心定位件，所述中心定位件固定在所述姿态位置调整支架上。
6.如权利要求5所述的圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置，其特征在于，所述中心定位件包括：第二套筒、滑动杆、第二压簧以及定位头；
所述第二套筒固定在所述姿态位置调整支架上；
所述滑动杆可轴向滑动地嵌于所述第二套筒内，所述第二压簧设置在所述滑动杆与所述第二套筒之间，且所述第二压簧沿所述滑动杆的滑动方向布置；
所述定位头位于所述第二套筒外，并且所述定位头固定在所述滑动杆的端部。
7.如权利要求1所述的圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置，其特征在于，所述扳手组件固定结构上设置有测距传感器。
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