CN112247548A - 一种基于永磁涡流的螺纹副自动拧紧装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于永磁涡流的螺纹副自动拧紧装置及其方法，装置包括电机、轴向调节件、永磁筒、导体筒和连接件；永磁筒包括永磁筒基体、第一永磁体和第二永磁体，永磁筒基体的转动轴和电机的电机轴之间通过联轴器同轴连接；在永磁筒基体的外部同轴套设有导体筒；导体筒的轴向长度大于永磁筒的轴向长度；导体筒的末端通过输出轴与连接件固定连接；连接件用以连接待拧紧的部件；电机和永磁筒均置于支撑架上，支撑架上设有能使电机和永磁筒同步相对于导体筒轴向运动的轴向调节件。本发明作为动力传输机构，达到所需拧紧力矩耗时少，安全性和扩展性好，适用于多种环境下的螺纹副拧紧需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种螺纹副自动拧紧机器领域，具体涉及一种基于永磁涡流的螺纹副自动拧紧装置及其方法。
背景技术
目前已有较多螺纹副自动拧紧机器，可以实现将螺栓拧到螺母上或将螺母拧到螺栓上等螺纹副自动拧紧过程，其产品特征为：
1)所需拧紧的螺纹圈数不太多；
2)螺纹副拧紧有一定的扭矩要求；
3)螺纹副拧紧有一定的效率要求，需要在较短的时间内完成螺纹副的拧紧。
螺纹联接是机械设备上最为常见的联接方式，因此工业领域有巨大的螺纹副自动拧紧需求。现有的螺纹副自动拧紧设备主要以电机和气动件作为动力源，能够以较快的速度实现螺纹副拧紧。螺纹副自动拧紧设备还需要对拧紧力矩施加控制，以达到相应的拧紧力矩要求，否则会造成螺母和螺栓上螺纹的损伤，甚至自动拧紧设备的损坏。目前螺栓自动拧紧技术的扭矩自动控制方法多基于扭矩-转角控制法、屈服点法和伸长量法等，控制精度各有差异，但总体上结构比较复杂，对设备的要求较高。
永磁涡流传动技术是基于法拉第电磁感应的一种非接触式传动技术，具有柔性传动、调速范围广等优点。
发明内容
为了实现螺纹副的快速自动拧紧，并在拧紧过程中施加扭矩控制以避免螺纹和设备损伤，同时克服已有自动拧紧设备复杂程度高等缺点。本发明提供了一种基于永磁涡流的螺纹副自动拧紧装置及其方法。本发明是在永磁涡流传动的基础上，将永磁涡流传动结构集成到螺纹副自动拧紧设备中，使得螺纹副自动拧紧设备具有扭矩控制和不易使螺纹和自动拧紧设备受到损伤的特性；通过永磁涡流传动机构气隙或耦合面积的变化，配合电机控制和更换减速箱，可以实现螺纹副不同拧紧力矩的要求；不同尺寸的套筒和拧紧头可以用于不同规格的螺栓和螺母；达到扭矩要求后，直接拧紧部分会逐渐停转，可以保护螺纹副和设备，实现以较快的速度在短时间内达到拧紧力矩要求。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种基于永磁涡流的螺纹副自动拧紧装置，其包括电机、轴向调节件、永磁筒、导体筒和连接件；
所述永磁筒包括永磁筒基体、第一永磁体和第二永磁体，永磁筒基体的外表面沿周向和轴向均交替固定有第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体和第二永磁体沿永磁筒基体径向向外的极性相反；所述永磁筒基体的转动轴和电机的电机轴之间通过联轴器同轴连接，永磁筒基体能在电机的作用下同步旋转；在永磁筒基体的外部同轴套设有导体筒，永磁筒基体与导体筒之间具有一定间隙；导体筒的轴向长度大于永磁筒的轴向长度，导体筒能在永磁筒的作用下同向旋转；导体筒的末端通过输出轴与所述连接件固定连接；所述连接件用以连接待拧紧的部件；
所述电机和永磁筒均置于支撑架上，支撑架上设有能使电机和永磁筒同步相对于导体筒轴向运动的轴向调节件。
作为优选，所述第一永磁体和第二永磁体的尺寸相同，且均为铷铁硼永磁体，用于生成多区域规律的磁场。
作为优选，所述联轴器为刚性联轴器。
作为优选，所述轴向调节件包括相互啮合连接的齿轮和齿条，齿条固定连接在所述支撑架上，齿轮外侧通过转轴同轴连接有旋钮；通过转动旋钮，齿轮和齿条啮合传动，使得永磁筒基体相对于导体筒轴向运动。
作为优选，所述轴向调节件的旋钮上还设有能够固定旋钮旋转位置的固定组件。
作为优选，所述永磁筒的后端还同轴连接有若干永磁模组，用以增大磁场强度；所述永磁模组与永磁筒的径向截面尺寸相同，永磁模组的外表面交替固定有第一永磁体和第二永磁体。
作为优选，所述永磁筒前端的转动轴和导体筒末端输出轴的轴颈上均设有轴承。
作为优选，所述导体筒的内层为低电阻材料，外层为高相对磁导率材料；优选的，内层为铜材料，外层为45号钢材料。
作为优选，所述输出轴先与减速箱连接以增大扭矩，减速箱末端再与所述连接件相连接。
本发明的另一目的在于提供一种根据上述任一所述螺纹副自动拧紧装置对待拧紧的部件自动拧紧的方法，其具体如下：
根据待拧紧部件所需的目标扭矩，通过调节轴向调节件移动永磁筒，使永磁筒与导体筒的耦合面积达到与所述目标扭矩相匹配的值；开启电机并使其以与所述目标扭矩相匹配的转速旋转，通过联轴器的作用带动永磁筒同步转动；永磁筒上交替排布的第一永磁体和第二永磁体在转动下产生旋转磁场，旋转磁场的磁感线被与其耦合部分的导体筒切割，在导体筒上产生电涡流；在所述电涡流的作用下，旋转的永磁筒有速差的带动导体筒同方向旋转，以非接触的方式将永磁筒的转矩传递至导体筒；导体筒末端的输出轴带动连接件旋转，将待拧紧的部件拧紧并达到目标扭矩要求；导体筒由于阻力作用逐渐停止旋转，随后关闭电机，完成对待拧紧部件的自动拧紧过程。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
本发明采用内置永磁涡流传动机构传递扭矩和动力，结构简单、可靠性高，并且以非接触式传动，不仅具有柔性传动的优点，还能够有效避免螺纹副拧紧过程中螺纹或拧紧机构的损伤。本发明通过调整轴向调节件、扩展永磁模组至永磁筒基体以及配置对应的减速箱等操作，可以获得较广范围内的拧紧力矩，更换连接件如螺母拧紧头或螺栓拧紧套筒等配件，可以应用于不同规格尺寸螺纹件的拧紧。同时通过调整轴向调节件，并使动力电机反转或更换减速箱，本发明的螺纹副自动拧紧机还可作为螺纹副拧松机使用。本发明适用于较广范围扭矩要求和不同规格螺纹部件的螺纹副快速拧紧拧松应用。
附图说明
图1是本发明装置的结构爆炸示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明第一永磁体和第二永磁体的结构示意图；
图4是本发明轴向调节件和永磁筒的结构示意图；
图5是本发明永磁模组的结构示意图；
图6是本发明导体筒的结构示意图；
图7是螺母拧紧头和螺栓拧紧套筒的结构示意图；
图中：1、电机，2、联轴器，3、轴向调节件，4、轴承，5、永磁筒基体，6、第一永磁体，7、第二永磁体，8、平键，9、导体筒，10、减速箱，11、螺母拧紧头，12、螺栓拧紧套筒，13、永磁模组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
本发明提供了一种基于永磁涡流的螺纹副自动拧紧装置，该螺纹副自动拧紧装置可以用于筒状永磁涡流传动机或者盘状永磁涡流传动机。当本发明应用于筒状永磁涡流传动机时，可以通过调节永磁部分与铜部分的耦合面积以实现拧紧力矩的控制。当本发明应用于盘状永磁涡流传动机时，可以通过调节永磁盘和铜盘间的气隙实现拧紧力矩的控制。
为了减轻振动和提高螺纹副自动拧紧机的输出拧紧力矩，本发明以应用于筒状永磁涡流传动机时的结构作为说明对象。本发明的螺纹副自动拧紧装置包括电机1、轴向调节件3、永磁筒、导体筒9和连接件。
如图1和2所示，永磁筒包括永磁筒基体5、第一永磁体6和第二永磁体7。其中，永磁筒基体5为具有中空腔室的筒状结构，主要起到支撑连接作用，其外表面沿周向和轴向均交替固定有第一永磁体6和第二永磁体7。如图3所示，第一永磁体6和第二永磁体7沿永磁筒基体5径向向外的极性相反，即第一永磁体6为N极向外的永磁体，第二永磁体7为S极向外的永磁体。在本实施例中，第一永磁体6和第二永磁体7的尺寸相同，且均为铷铁硼永磁体，用于生成多区域规律的磁场。
永磁筒基体5的转动轴和电机1的电机轴之间通过刚性的联轴器2同轴连接，使得永磁筒基体5能在电机1的作用下同步旋转，即具有相同的角速度。在位于永磁筒前端的转动轴的轴颈上还设有轴承4，在永磁体旋转时起到支撑作用。电机1为动力电机，为常见的可以保持输出速度恒定的电机或其他类型的电机，由本装置的内部电源或外部电源供电。如图4所示，永磁筒基体5的内壁上还开设有键槽，通过平键8的配合作用将转动轴上的扭矩传递到永磁筒基体5，实现转动轴带动永磁筒基体5同步转动。同时，永磁筒基体的后端还预留有与永磁模组13相配合连接的接口，永磁模组与永磁筒的径向截面尺寸相同，因此可以在需要增大磁场强度的时候，在永磁筒基体的后端连接多个永磁模组，以增大整体的磁场强度，获得更大的扭矩力。
如图5所示，永磁模组13上同样交替分布有不同磁极朝向的第一永磁体6和第二永磁体7。永磁模组13两端分别分布有用于配合的卡块和卡槽，永磁模组13之间以及永磁模组13和永磁筒基体均可以通过图中所示类似的卡紧机构卡紧。图中所示卡块和卡槽的分布保证了相同结构的永磁模组13连接后，永磁体仍然是交替排布的。对于转速较高的动力电机，永磁模组13可用螺纹连接件进行定位和固定。
如图6所示，在永磁筒基体5的外部同轴套设有导体筒9，导体筒9可将永磁筒5包含在内，同时，永磁筒基体5与导体筒9之间具有一定间隙。导体筒9的轴向长度大于永磁筒上布设有第一永磁体6和第二永磁体7区域的轴向长度，为可能添加的永磁模组预留一些空间。导体筒9能在永磁筒的作用下同向旋转。导体筒9的内层材料采用电阻较低的铜等材料，外层采用45号钢等相对磁导率较大的材料。
导体筒9的末端通过输出轴与连接件固定连接，其输出轴的轴颈上设有起到支撑作用的轴承4。在实际应用时，为了在现有装置的基础上进一步增大输出扭矩，输出轴也可先与减速箱10相连，之后减速箱的末端再与连接件相连接。为了获得本发明螺纹副自动拧紧机不同的输出力矩，可以为本装置配置不同减速比的减速箱以获得不同的扭矩。
连接件用以连接待拧紧的部件。如图7所示，在本实施例中，可以将连接件设置为用于拧紧螺母的螺母拧紧头11或者用于拧紧螺栓的螺栓拧紧套筒12。螺母拧紧头11可将外六角螺母包含在内，螺栓拧紧套筒12可将内六角螺母的头部包含在内。为了使本发明的装置可以拧紧不同规格尺寸的螺母和螺栓，在实际使用时，可以选用针对不同规格尺寸螺母和螺栓的拧紧头和套筒。对于其它形状的螺栓和螺母，可以采用钻夹头等辅助拧紧，也可以将其它转接设备与本发明中的螺纹副自动拧紧机配合使用。
除此之外，本装置的电机1和永磁筒均置于支撑架上，支撑架上设有能使电机1和永磁筒同步相对于导体筒9轴向运动的轴向调节件3，从而改变永磁筒和导体筒间的耦合面积。在本实施例中，轴向调节件3包括相互啮合连接的齿轮和齿条，齿条固定连接在支撑架上，齿轮外侧通过转轴同轴连接有旋钮。通过转动旋钮，齿轮和齿条啮合传动，使得永磁筒基体5相对于导体筒9轴向运动。轴向调节件3的旋钮上还设有能够固定旋钮旋转位置的固定组件，以减小本发明装置的振动和轴向窜动。为了控制本发明螺纹副自动拧紧机的输出力矩，旋钮上可以在相应位置处进行标识，以对应相应的扭矩，之后在实际应用过程中，只需将旋钮扭到所需扭矩的位置处即可。
利用上述螺纹副自动拧紧装置对待拧紧的部件自动拧紧时，具体方法如下：
首先可通过多次室内模拟试验获得待拧紧部件所需的扭矩、永磁筒与导体筒9的耦合面积与电机1转速之间的对应关系。
然后根据待拧紧部件所需达到的目标扭矩，通过调节轴向调节件3移动永磁筒，使永磁筒与导体筒9的耦合面积达到与目标扭矩相匹配的值。开启电机1，使其在内置电源或外部电源作用下，以与目标扭矩相匹配的转速旋转，并通过联轴器2的作用带动永磁筒同步转动，将动力电机的扭矩和转速传递至永磁筒。
永磁筒上交替排布的第一永磁体6和第二永磁体7在转动下产生旋转磁场，旋转磁场的磁感线被与其耦合部分的导体筒(9)切割，在导体筒上产生电涡流。电涡流产生的磁场与永磁体产生的磁场有力的作用，使得旋转的永磁筒带动导体筒9以一定的速差同方向旋转，以非接触的方式将永磁筒的转矩传递至导体筒9。
导体筒9末端的输出轴与减速箱相连后再与连接件相连，在小扭矩要求时输出轴也可直接与连接件相连。导体筒带动连接件以及包含在其内的螺母或螺栓旋转，在以较快的速度使螺纹副达到目标扭矩要求后。导体筒9由于阻力作用逐渐停止旋转，随后关闭电机1，完成对待拧紧部件的自动拧紧过程。
除此之外，在实际应用时，为了提高本发明装置输出拧紧力矩的精度，可与其它扭矩测量装置配合使用，同时调整本装置达到螺纹副拧紧所需的特定扭矩。之后用其进行需达到特定拧紧力矩目标的螺纹副重复性拧紧工作。
为了使本发明的装置应用于较高精度螺纹副拧紧工作，可多次实验获得本发明装置与轴向调节机构的位置等因素的关系。也可将力矩传感器的输出作为反馈控制动力电机，进一步适应螺纹副较高精度的快速拧紧。
本发明的装置采用永磁涡流非接触式传动，能够有效地保护螺纹副和拧紧机，以较快的速度拧紧螺纹副并达到扭矩要求。通过轴向调节件能够改变永磁筒和导体筒的耦合面积，从而调整螺纹副自动拧紧机输出的扭矩大小。本发明的装置采用模块化设计，当需要改变最大输出扭矩时，可以在永磁筒上直接插入永磁模组，增大磁场强度以增大最大输出扭矩。永磁模组上的卡紧机构简化了装配过程，并保证了永磁体的交替分布。本发明通过控制动力电机或更换装置中的减速箱也可以改变自动拧紧机输出的扭矩大小，同时，更换不同的连接件如螺母拧紧头或螺栓拧紧套筒等配件可以完成不同规格螺纹件的拧紧工作。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于永磁涡流的螺纹副自动拧紧装置，其特征在于，包括电机(1)、轴向调节件(3)、永磁筒、导体筒(9)和连接件；
所述永磁筒包括永磁筒基体(5)、第一永磁体(6)和第二永磁体(7)，永磁筒基体(5)的外表面沿周向和轴向均交替固定有第一永磁体(6)和第二永磁体(7)，第一永磁体(6)和第二永磁体(7)沿永磁筒基体(5)径向向外的极性相反；所述永磁筒基体(5)的转动轴和电机(1)的电机轴之间通过联轴器(2)同轴连接，永磁筒基体(5)能在电机(1)的作用下同步旋转；在永磁筒基体(5)的外部同轴套设有导体筒(9)，永磁筒基体(5)与导体筒(9)之间具有一定间隙；导体筒(9)的轴向长度大于永磁筒的轴向长度，导体筒(9)能在永磁筒的作用下同向旋转；导体筒(9)的末端通过输出轴与所述连接件固定连接；所述连接件用以连接待拧紧的部件；
所述电机(1)和永磁筒均置于支撑架上，支撑架上设有能使电机(1)和永磁筒同步相对于导体筒(9)轴向运动的轴向调节件(3)。
2.根据权利要求1所述的螺纹副自动拧紧装置，其特征在于，所述第一永磁体(6)和第二永磁体(7)的尺寸相同，且均为铷铁硼永磁体，用于生成多区域规律的磁场。
3.根据权利要求1所述的螺纹副自动拧紧装置，其特征在于，所述联轴器(2)为刚性联轴器。
4.根据权利要求1所述的螺纹副自动拧紧装置，其特征在于，所述轴向调节件(3)包括相互啮合连接的齿轮和齿条，齿条固定连接在所述支撑架上，齿轮外侧通过转轴同轴连接有旋钮；通过转动旋钮，齿轮和齿条啮合传动，使得永磁筒基体(5)相对于导体筒(9)轴向运动。
5.根据权利要求4所述的螺纹副自动拧紧装置，其特征在于，所述轴向调节件(3)的旋钮上还设有能够固定旋钮旋转位置的固定组件。
6.根据权利要求1所述的螺纹副自动拧紧装置，其特征在于，所述永磁筒的后端还同轴连接有若干永磁模组(13)，用以增大磁场强度；所述永磁模组(13)与永磁筒的径向截面尺寸相同，永磁模组(13)的外表面交替固定有第一永磁体(6)和第二永磁体(7)。
7.根据权利要求1所述的螺纹副自动拧紧装置，其特征在于，所述永磁筒前端的转动轴和导体筒(9)末端输出轴的轴颈上均设有轴承(4)。
8.根据权利要求1所述的螺纹副自动拧紧装置，其特征在于，所述导体筒(9)的内层为低电阻材料，外层为高相对磁导率材料；优选的，内层为铜材料，外层为45号钢材料。
9.根据权利要求1所述的螺纹副自动拧紧装置，其特征在于，所述输出轴先与减速箱(10)连接以增大扭矩，减速箱(10)末端再与所述连接件相连接。
10.一种根据权利要求1～9任一所述螺纹副自动拧紧装置对待拧紧的部件自动拧紧的方法，其特征在于，具体如下：
根据待拧紧部件所需的目标扭矩，通过调节轴向调节件(3)移动永磁筒，使永磁筒与导体筒(9)的耦合面积达到与所述目标扭矩相匹配的值；开启电机(1)并使其以与所述目标扭矩相匹配的转速旋转，通过联轴器(2)的作用带动永磁筒同步转动；永磁筒上交替排布的第一永磁体(6)和第二永磁体(7)在转动下产生旋转磁场，旋转磁场的磁感线被与其耦合部分的导体筒(9)切割，在导体筒(9)上产生电涡流；在所述电涡流的作用下，旋转的永磁筒有速差的带动导体筒(9)同方向旋转，以非接触的方式将永磁筒的转矩传递至导体筒(9)；导体筒(9)末端的输出轴带动连接件旋转，将待拧紧的部件拧紧并达到目标扭矩要求；导体筒(9)由于阻力作用逐渐停止旋转，随后关闭电机(1)，完成对待拧紧部件的自动拧紧过程。
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| CN202011212338.5A CN112247548A (zh) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | 一种基于永磁涡流的螺纹副自动拧紧装置及其方法 |
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|---|---|---|---|
| CN202011212338.5A CN112247548A (zh) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | 一种基于永磁涡流的螺纹副自动拧紧装置及其方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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Family
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114683034A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-07-01 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种产线拧紧装置验证工装及其验证方法 |
-
2020
- 2020-11-03 CN CN202011212338.5A patent/CN112247548A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114683034A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-07-01 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种产线拧紧装置验证工装及其验证方法 |
| CN114683034B (zh) * | 2022-03-31 | 2022-12-23 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种产线拧紧装置验证工装及其验证方法 |
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