CN113021243B - 一种定扭矩冲击扳手的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定扭矩冲击扳手的校准方法，使用定扭矩冲击扳手对扭矩试验装置进行冲击试验，扭矩试验装置包括试验装置螺栓、实验装置螺母和扭矩传感器，定扭矩冲击扳手对试验装置螺栓或试验装置螺母冲击过程中，定扭矩冲击扳手的角度传感器测量定扭矩冲击扳手每次冲击时，定扭矩冲击扳手的输出轴的旋转角位移B1、B2……Bn，扭矩传感器测量顶扭矩冲击扳手每次冲击时，试验装置螺母相对试验装置螺栓的旋转扭矩T1、T2……Tn，则正常使用时，顶扭矩冲击扳手的第n次冲击，输出轴的旋转角位移为Bn时，冲击扳手的输出扭矩为Tn。本发明提供了一种能够对以单次旋转角位移来表征输出扭矩的定扭矩冲击扳手进行校准的校准方法。

Description

一种定扭矩冲击扳手的校准方法

技术领域

本发明涉及校准领域中的定扭矩冲击扳手的校准方法。

背景技术

在铁塔、桥梁、铁路、装备制造业等各领域，都面临着将螺母与螺栓拧紧，而且需要保证螺母与螺栓之间的扭矩要达到设定扭矩，因此定扭矩扳手的应用非常广泛，也非常必要。

传统的扳手有两种，一种为连续输出型扳手，一种为冲击扳手，连续输出型扳手的输出轴带着螺母连续转动，直到锁紧，螺母与输出轴一直保持联动关系，因此这类扳手的定扭矩较易实现，只需在输出轴上设置相应的扭矩传感器，直接读出螺母的扭矩即可，但是此类扳手由于连续输出，因此受到的反作用力较大，整体较为笨重。另外一种是冲击扳手，冲击扳手是通过原动机经减速器，带动冲击机构的主动部分，再经牙嵌的啮合带动从动部分，主动部分的旋转打击部件在超过扳手的静扭矩后，会从从动部分的输出轴产生间歇式旋转打击，周而复始的旋转打击运动使螺母最终旋拧，但是最终的旋紧扭矩是主动部分对从动部分输出轴的多次冲击力矩的叠加，还要考虑到工件与螺母间轴向压力产生的阻力矩的影响，它会随着旋紧而增长，其过程十分复杂，单一的扭矩传感器是不能真实、准确的实现冲击扳手的定扭矩输出的。

为此中国专利CT110238787A公开了一种“冲击扳手旋拧角度、扭矩的检测、读取与控制方法”，该专利文件中公开这样一种方案：在冲击扳手的输出轴上设置检测输出轴旋转反向、旋转角度的检测装置，测量从动部分输出轴的旋转方向、旋转角度，也就是说该冲击扳手可以检测到每次冲击时，从动部分输出轴的旋转角度，即螺母的输出角度。其控制方法为：在以旋拧角度作为拧紧停止条件时，在静拧紧阶段累计的拧紧方向的旋转角度为A，冲击开始后的输出轴每次冲击旋拧角度为△α1—△αn，将输出轴逆旋紧方向的反振角度作为△β1—△βn，将全旋拧角度作为An，由式An=A+△α1+……△αn-△β1-……△βn，算出，将预设旋拧角度为B，在An=B时，扭矩控制电路停止扳手旋拧动作。

简言之，就是通过角度传感器记录，冲击扳手动作中各部分的转动角度，从而计算出，冲击扳手的总共输出角度A，当输出角度等于预设输出角度B时，就认为了冲击扳手已经到达了相应的输出扭矩，就控制该输出扳手停止工作，现有的这种冲击扳手存在的根本问题在于：每个预设输出角度B确实对应扭矩扳手的一个计算输出角度A，但是这就要求，冲击扳手对各螺母进行冲击之初，各螺母相对螺栓的位置与设定过程中螺母相对螺栓的位置是一致的，基本的操作方式就是，先手动旋拧螺母直至螺母相对被夹持和螺栓不能转动时，才能使用冲击扳手进行操作，这样操作存在两个问题，1、手动旋拧螺母由上至下移动时（螺母还未顶抵在夹持物上），效率特别低；2、每个人的手劲不同，导致手动过程中，螺母的旋拧位置并不固定，导致冲击扳手每次的工作起点是不确定的，也就说每个螺母螺栓拧紧过程中，在达到冲击扳手的计算总旋拧角度时，并不一定对应到相应的旋拧扭矩，定扭矩控制方式不准确；此外使用输出轴的整个旋转角位移来表征输出扭矩，计算的数值多，容易产生累积误差。为此，我们提出了一种以单次冲击产生的旋转角位移来表征输出扭矩的定扭矩输出控制方法，但是现有技术中还没有针对该控制方法的定扭矩冲击扳手的校准形式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够对以单次旋转角位移来表征输出扭矩的定扭矩冲击扳手进行校准的校准方法。

为解决上述技术问题，本发明中的技术方案如下：

一种定扭矩冲击扳手的校准方法，使用定扭矩冲击扳手对扭矩试验装置进行冲击试验，扭矩试验装置包括试验装置螺栓、实验装置螺母和测量试验装置螺栓、试验装置螺母相对旋转扭矩的扭矩传感器，定扭矩冲击扳手对试验装置螺栓或试验装置螺母冲击过程中，定扭矩冲击扳手的角度传感器测量定扭矩冲击扳手每次冲击时，定扭矩冲击扳手的输出轴的旋转角位移B1、B2……Bn，扭矩传感器测量顶扭矩冲击扳手每次冲击时，试验装置螺母相对试验装置螺栓的旋转扭矩T1、T2……Tn，则正常使用时，定扭矩冲击扳手的第n次冲击，输出轴的旋转角位移为Bn时，冲击扳手的输出扭矩为Tn。

扭矩试验装置包括装置支架，扭矩传感器设置于所述装置支架上，试样装置螺栓的一端与所述扭矩传感器连接。

扭矩传感器连接于试验装置螺母与定扭矩冲击扳手的输出轴之间。

本发明的有益效果为：由于随着螺母的旋拧，螺母与被夹持物之间的旋拧阻力越来越大，当螺母不能转动时，螺母与螺栓之间达到最大的旋转扭矩，此时冲击扳手的每次冲击，输出轴的旋转角位移为零；在螺母与螺栓之间未达到最大旋转扭矩时，随着冲击扳手的每次冲击，输出轴的输出角位移会越来越小，因此是可以用输出轴的单次冲击时的旋转角位移来表征输出轴的输出扭矩。本发明中的定扭矩冲击扳手采用单次输出轴的输出角位移来表征输出扭矩，不需考虑冲击扳手工作中的整个输出角位移，而只需考虑对应冲击次的输出轴旋转角位移，因此跟冲击扳手的工作起点无关，可以保证输出扭矩的准确控制。通过扭矩试验装置对定扭矩输出扳手进行校准，利用扭矩试验装置的扭矩传感器记录定扭矩冲击扳手每次冲击所产生的扭矩，利用定扭矩冲击扳手的角度传感器记录定扭矩冲击扳手每次冲击时，输出轴的旋转角位移，找到每次冲击时旋转角位移与冲击扭矩的对应关系，实现对定扭矩冲击扳手进行校准，方便定扭矩冲击扳手在使用时输出准确扭矩。

附图说明

图1是本发明中校准方法的实施例1中定扭矩冲击扳手的使用状态图；

图2是图1中定扭矩冲击扳手对扭矩试验装置的冲击示意图；

图3是本发明中校准方法的实施例2中定扭矩冲击扳手对扭矩试验装置的冲击示意图。

具体实施方式

定扭矩冲击扳手的校准方法的实施例1如图1~2所示：本校准方法针对的定扭矩冲击扳手为电动冲击扳手，电动冲击扳手对被冲击件进形间歇式的冲击旋拧，电动冲击扳手包括输出轴3、间歇冲击机构，间隙冲击机构可以带动输出轴3向外部输出旋转扭矩，间歇冲击机构属于现有技术，在此不再详述。冲击扳手还包括检测输出轴每次冲击动作时的旋转角度的角度传感器。图中项2表示冲击扳手的壳体。

在本发明中，输出轴3包括与间歇冲击机构常传动连接的常连输出轴部分4和与常连输出轴部分同轴线可拆连接的传动头，本实施例中的传动头为一个螺母套头6，常连输出轴部分4与扳手壳体2转动配合，常连输出轴部分4的端部为方榫头结构14，螺母套头6的内孔的左端为与方榫头结构适配的方榫孔，通过方榫头结构14与方榫孔止转插接，实现螺母套头6与常连输出轴部分4的可拆连接。角度传感器包括传感器固定部分11和能够相对传感器固定部分转动的与螺母套头相连的传感器转动部分。本实施例中的角度传感器为离轴磁场角度传感器，离轴磁场角度传感器的传感器转动部分为同轴线固定于螺母套头6上的环形磁圈13，离轴磁场角度传感器的传感器固定部分11为磁圈感应头。螺母套头上通过轴承相对转动的装配有传感器支架12，磁圈感应头11设置于传感器支架12上，当磁圈13随螺母套头6转动时，磁圈感应头11可以感应到磁圈13的转动角度和转动方向，离轴磁场角度传感器的检测原理属于现有技术，在此不再详述。在传感器支架上设有向角度传感器供电的电池，角度传感器所测量的角度值数据通过无线传输模块传递给冲击扳手的扭矩控制电路，无线传输模块包括发射模块和接收模块，发射模块设置于传感器支架上，接收模块设置于扭矩控制电路上。在本发明的其它实施例中，角度传感器的角度数据也可以通过有线方式传递给扭矩控制电路。

此外，定扭矩冲击扳手还包括冲击传感器，冲击传感器这一块的安装属于现有技术，冲击传感器用于判断间歇冲击机构对输出轴冲击的开始与结束，当输出轴3开始向外冲击时，冲击传感器会给控制电路发出脉冲信号，使扭矩控制电路开始记录此次打击产生的旋紧方向的角度值，并在两次打击脉冲信号的间隔内记录逆旋紧方向的反振角度值，正方向的旋紧角度值-逆旋紧方向的反振角度值，就是该次冲击过程中，冲击扳手的输出轴的旋转角位移。冲击传感器及扭矩控制电路也属于现有技术，在此不再详述。

传感器支架12的远离冲击扳手的一端设置有用于与被夹持物9接触的支架顶触部10。实际工况中，需要在螺栓8上旋拧螺母7，螺母7将被夹持物9夹紧固定于螺栓8上，也就是说除了螺母，被夹持物9和螺栓8都是不转动的。本发明的冲击扳手在使用时，操作人员先将螺母7旋于螺栓上，螺母的具体旋拧位置随意，操作人员手持冲击扳手，使螺母套头6套于螺母7上，同时由于操作人员的按压，支架顶触部10也会顶在被夹持物9上，被夹持物9将传感器支架12限位，传感器支架12不能转动，冲击扳手即可工作，操作人员只需一只手就能操作。

度传感器测量冲击扳手每次冲击时，冲击扳手的输出轴的旋转角位移A1、A2……An，其特征在于：当An=B时，冲击扳手停止工作，其中B的获得方式如下：

使用冲击扳手对扭矩试验装置进行冲击试验，扭矩试验装置包括螺栓、螺母和测量螺栓、螺母相对旋转扭矩的扭矩传感器，冲击扳手对扭矩试验装置的螺栓或螺母冲击过程中，角度传感器测量冲击扳手每次冲击时，冲击扳手的输出轴的旋转角位移B1、B2……Bn，扭矩传感器测量冲击扳手每次冲击时，螺母相对螺栓的旋转扭矩T1、T2……Tn，Tn为冲击扳手的输出扭矩，冲击扳手的输出轴的旋转角位移为Bn时，冲击扳手的对应输出扭矩为Tn，根据被冲击件的扭矩设计值选择Bn=B。

在冲击扳手工作电流不变的情况下，由于随着螺母7的旋拧，螺母7与被夹持物9之间的旋拧阻力越来越大，当螺母7不能转动时，螺母与螺栓之间达到最大的旋转扭矩，此时冲击扳手的每次冲击，输出轴的旋转角位移为零；在螺母与螺栓之间未达到最大旋转扭矩时，随着冲击扳手的每次冲击，输出轴的输出角位移会越来越小，因此是可以用输出轴的单次冲击时的旋转角位移来表征输出轴的输出扭矩。

扭矩试验装置的具体结构如图所示：扭矩试验装置包括设置有扭矩传感器19的装置支架15，扭矩传感器19上同轴线连接有试验装置螺栓16，试验装置螺栓16上套连有模拟夹持物18和试验装置螺母17。为了找到B值，就需要对定扭矩冲击扳手进行校准，校准过程为：

扭矩试验装置包括试验装置螺栓、实验装置螺母和测量试验装置螺栓、试验装置螺母相对旋转扭矩的扭矩传感器，定扭矩冲击扳手对试验装置螺栓或试验装置螺母冲击过程中，定扭矩冲击扳手的角度传感器测量定扭矩冲击扳手每次冲击时，定扭矩冲击扳手的输出轴的旋转角位移B1、B2……Bn，扭矩传感器测量顶扭矩冲击扳手每次冲击时，试验装置螺母相对试验装置螺栓的旋转扭矩T1、T2……Tn，则正常使用时，顶扭矩冲击扳手的第n次冲击，输出轴的旋转角位移为Bn时，冲击扳手的输出扭矩为Tn。在实际使用时，根据被旋拧部件的设计扭矩，选择对应次输出轴的角位移Bn=B，定扭矩冲击扳手停止工作。举个例子，假设工作时，需要螺母与螺栓之间的旋拧扭矩为400 N·m ，使用冲击扳手在对扭矩试验装置进行冲击试验时，冲击扳手的第九次冲击，扭矩传感器的测量值T9为400N·m ，则对应的找到第九次冲击时，输出轴所对应的旋转角位移B9，知道该B9后，则只需将冲击扳手的定扭矩值定在输出轴的旋转角位移为B9时，冲击扳手即可停止工作。

本发明中，不是用整个冲击过程中，输出轴的总共旋转角位移来表征输出轴的输出扭矩，而是使用对应某次，冲击时，输出轴产生的旋转角位移来表征输出轴的输出扭矩，无需考虑螺母相对螺栓的转动起点，因此工作人员随意的将螺母旋于螺栓上，冲击扳手可以快速的将螺母旋拧至指定位置，工作效率高，且定扭矩输出值比较准确。在本发明的其它实施例中，传动头与常连输出轴部分之间的可拆连接也可以通过螺栓来实现；当然根据被旋拧件的受扭结构，传动头也可以不是螺母套头形式，比如说被旋拧件的受扭结构为内方孔时，传动头远离扳手壳体的一端可以是外方头结构。

定扭矩冲击扳手的校准方法的实施例2如图3所示：实施例2与实施例1不同的是，实施例2中的扭矩试验装置与实施例1中的扭矩试验装置不同，

实施例2中的扭矩试验装置同样包括试验装置螺栓16、试验装置螺母17、模拟夹持物18和扭矩传感器19，只是不同的是，使用时，扭矩传感器19连接于试验装置螺母17与冲击扳手1的输出轴之间，以此来测量螺母相对螺栓之间的旋转扭矩，即冲击扳手每次冲击所产生的输出扭矩。

Claims (3)

1.一种定扭矩冲击扳手的校准方法，其特征在于：使用定扭矩冲击扳手对扭矩试验装置进行冲击试验，扭矩试验装置包括试验装置螺栓、实验装置螺母和测量试验装置螺栓、试验装置螺母相对旋转扭矩的扭矩传感器，定扭矩冲击扳手对试验装置螺栓或试验装置螺母冲击过程中，定扭矩冲击扳手的角度传感器测量定扭矩冲击扳手每次冲击时，定扭矩冲击扳手的输出轴的旋转角位移B1、B2……Bn，扭矩传感器测量顶扭矩冲击扳手每次冲击时，试验装置螺母相对试验装置螺栓的旋转扭矩T1、T2……Tn，则正常使用时，定扭矩冲击扳手的第n次冲击，输出轴的旋转角位移为Bn时，冲击扳手的输出扭矩为Tn。

2.根据权利要求1所述的定扭矩冲击扳手的校准方法，其特征在于：扭矩试验装置包括装置支架，扭矩传感器设置于所述装置支架上，试样装置螺栓的一端与所述扭矩传感器连接。

3.根据权利要求1所述的定扭矩冲击扳手的校准方法，其特征在于：扭矩传感器连接于试验装置螺母与定扭矩冲击扳手的输出轴之间。

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