CN113547477A - 一种扭矩检测方法 - Google Patents

Abstract

一种扭矩检测方法，它包括以下步骤：1）在初始状态时，弹簧产生一定的预紧力，通过顶杆将预紧力传递给传力杆，该预紧力使得弹簧、顶杆、传力杆、扭矩扳手头部位于同一直线上；2）在施加扭矩后，当扭矩值大于弹簧预紧力时，传力杆绕第三圆柱销转动，传力杆的曲面端与顶杆的曲面端活动接触，由于顶杆安装在内套筒中，使得顶杆产生轴向运动，弹簧被进一步压缩，扭矩扳手头部相对于扭矩扳手主体外套筒绕第二圆柱销转动一定的角度；3）传感器检测传力杆前端的位移和/或面积，产生电信号，该电信号与压力传感器产生的电信号通过电子单元处理转化为扭矩值显示在电子单元的电子显示屏中。本发明的目的在于提供一种用于扭矩扳手的扭矩检测方法。

Description

一种扭矩检测方法

技术领域

本发明属于机械设备领域，具体涉及一种用于扭矩扳手的扭矩检测方法，本发明是申请号为2019111506062的发明专利的分案申请。

背景技术

扭矩扳手是一种能够实时反馈拧紧力矩的专用工具，可以施加比较准确的拧紧力矩，在工程上的一些场合，扭矩扳手起着至关重要的作用。

输电杆塔的组立要求，初装时就应使用扭矩扳手，连接螺栓应逐个紧固，螺栓连接使用扭矩扳手须达到扭矩值，以将“预紧力”引入紧固件内。通过观察螺栓扭矩值来控制螺栓紧固的可靠性。当施加到连接螺栓的扭矩超出一定的扭矩水平时，连接螺栓轴向拉伸。这种轴向拉伸导致螺栓与螺母中的预紧力，该预紧力将输电杆塔与地基连在一起。因此要求所用的扭矩扳手可以控制或显示扭矩的大小，从而能精确的控制拧紧螺栓的扭矩值，保证输电杆塔长期可靠的工作。

扭矩扳手种类很多，主要分为机械式和智能式，例如授权公告号为CN206216578U的专利文献公开了一种扭矩扳手，它主要包括端部设置的扳手主体；设置在扳手主体内且一端与工具头连接的扭矩应变杆；扭矩传感器，扭矩传感器设置在扭矩应变杆上以检测从工具头传递至扭矩应变杆上的扭矩值；角度传感器，所述角度传感器设置在扳手主体内以检测工具头和扳手主体的水平角度；电路板装置，所述电路板装置设置在扳手主体内已检测到的扭矩信号和角度信号进行处理，它可以实时显示精确的转矩和角度值和报警操作，实现扭矩扳手的转矩值和角度值数据远程管理和随时修正。

机械式扭矩扳手价格低，坚固耐用，但是扭矩控制精度低，扭矩范围有限，且扭矩数值不能准确控制及实时显示，所以不能保证所拧螺栓的联结可靠性。目前，扭矩扳手的研究大多集中于兼具定值报警和过载失效功能的智能数显式扭矩扳手。现有的扭矩扳手具有技术成熟、性能稳定，操作界面人性化，数据处理功能强等优点，但是智能扭矩扳手系统包含电子标签，扭矩扳手，信息管理软件等，通过一系列的智能芯片完成所需功能。同类的扭矩扳手均存在结构复杂的问题。同时市场上的扭矩扳手存在着精度和价格难两全的困境，精度较高的扳手通常是数显式扭矩扳手，进口产品居多，价格普遍较高，价格较低的多为结构简单的指针式扭矩扳手，其精度低，量程范围小，无法在实际复杂工况下操作，难以满足使用要求。这也是扭矩扳手在相关领域应用不够广泛的原因。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中的不足，提供了一种智能扭矩扳手及扭矩检测方法，一方面能很好的将扳手的扭矩通过容栅式传感器检测，另一方面能很好的解决现有扭矩扳手在使用过程中，预紧弹簧容易发生永久变形，紧固扭矩容易发生变化，精度得不到保证的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案：

一种容栅式传感器扭矩扳手，它包括扭矩扳手头部，扭矩扳手头部在连接部与传力杆的一端通过转轴结构连接，传力杆的另一端为曲面端，顶杆通过前端的凸起部与传力杆的曲面端接触式连接，顶杆的后端与弹簧的一端连接，弹簧的另一端与固定机构连接，固定机构用于使弹簧的末端固定在一个特定的位置，在扭矩扳手头部的连接部设有容栅式传感器；传力杆的前端在通过转轴结构与扭矩扳手头部的连接部连接后，传力杆前端的延长端设置在容栅式传感器的感应部中。

还包括主体外套筒，扭矩扳手头部的连接部、传力杆、顶杆、弹簧均设置在主体外套筒中，扭矩扳手头部的连接部与传力杆通过第一圆柱销可转动式连接，在第一圆柱销的两侧分别第二圆柱销、第三圆柱销，第二圆柱销设置于扭矩扳手头部的连接部且靠近扭矩扳手头部的位置，第三圆柱销设置于传力杆上，扭矩扳手头部通过第二圆柱销与扭矩扳手主体外套筒连接，传力杆通过第三圆柱销与扭矩扳手主体外套筒连接。

还包括内套筒，弹簧、弹簧与顶杆的连接处均设置在内套筒中，定位螺母将顶杆、弹簧、主体外套筒、内套筒固定连接，这样以限制顶杆的径向转动。

所述弹簧的末端设有压力传感器，弹簧可将前端承受的压力传递给压力传感器。

所述固定机构包括设置在主体外套筒中的调节杆，在调节杆与弹簧的端部之间设有压力传感器，压力传感器的连接部与调节杆的端部接触式连接，圆柱套筒限制调节杆的径向移动，第四圆柱销限制圆柱套筒的轴向移动。

在扭矩扳手主体外套筒的末端设有螺纹，扭矩扳手主体外套筒的外螺纹与调节手柄的内螺纹连接，通过手动旋转调节手柄至外套筒表面标注的档位刻度线处，以实现档位的调节。

在内套筒外套设有调节手柄，调节手柄末端设有锁止机构。

上述锁止机构包括螺帽，螺帽与调节手柄的末端螺纹连接。

一种扭矩检测方法，它包括传力杆，传力杆的前端设置在传感器的感应部中，传力杆的末端与顶杆的前端活动式连接，顶杆的后端与弹簧的一端连接，弹簧的另一端与固定机构连接，固定机构用于使弹簧的末端固定在一个特定的位置；

在使用时，采用以下步骤：

1）在初始状态时，弹簧产生一定的预紧力，通过顶杆将预紧力传递给传力杆，该预紧力使得弹簧、顶杆、传力杆位于同一直线上；

2）在施加扭矩后，当扭矩值大于弹簧预紧力时，传力杆14绕第三圆柱销转动产生径向运动，弹簧被进一步压缩；

3）传感器检测传力杆前端的位移和/或面积，产生电信号，该电信号转化为扭矩值输出。

采用上述技术方案，所带来的技术效果为：

本发明的头部安装有棘轮和换向装置，可以使设备进行双向操作。操作人员根据扭矩值，旋转扭矩等级调节装置，由于调节杆与扭矩等级调节装置通过垫片、螺栓相连接，即手动旋转扭矩等级调节装置，调节杆相应的在内套筒中径向向前或向后运动，以此压缩和放松弹簧，使该等级扭矩区间适应于该螺栓直径所需扭矩，可以相应增大扭矩扳手的测量值范围，相对于依据人工经验，扭矩扳手采用容差式传感器，可以提高拧紧的精度。本发明使用方便，可降低劳动强度，提高施工效率；

现有扭矩扳手在使用过程中，预紧弹簧容易发生永久变形，紧固扭矩容易发生变化，精度得不到保证，操作人员往往不知道紧固扭矩已经发生变化，在作业中产生严重的后果，只有依靠定期校准保证精度的正确传递。另一方面，现有扭矩扳手大多采用应变片扭矩传感器与非接触式扭矩传感器，但是应变片扭矩传感器用导电滑环将旋转体上的应变桥的桥压输入及检测到的应变信号输出在旋转部分与静止部分传递，由于导电滑环属于摩擦接触，从而不可避免地存在着摩擦并发热，因而限制了导电滑环的寿命，同时易受现场电磁波的干扰，而非接触式扭矩传感器接触摩擦造成磨损，寿命较短，且传感器的稳定性较差，与此同时，两者是一个独立的单元，占用空间大，且量程范围一定，不可以调节，即限制了扭矩扳手的量程。我们的专利主要解决的技术缺陷是预紧弹簧的检定与校准和传感器的工作稳定性，同时容栅式传感器与扭矩扳手结构组成整体，节约空间，并且容栅式传感器与扭矩扳机械结构组成一个系统，可以增大扭矩扳手的量程。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的扭矩扳手外形轮廓图；

图2为本发明的扭矩扳手外部结构图；

图3为本发明的扭矩扳手内部结构图；

图4为本发明的扭矩扳手主体头部结构示意图；

图5为本发明的扭矩扳手主体头部外形轮廓图；

图6为本发明的扭矩扳手头部剖视图；

图7为本发明的扭矩扳手内部原理图；

图8为本发明的容栅式传感器结构示意图。

具体实施方式

一种扭矩检测方法，它包括传力杆14，传力杆14的前端设置在传感器的感应部中，传力杆14的末端与顶杆15的前端活动式连接，顶杆15的后端与弹簧17的一端连接，弹簧17的另一端与固定机构连接，固定机构用于使弹簧17的末端固定在一个特定的位置；

在使用时，采用以下步骤：

1）在初始状态时，弹簧17产生一定的预紧力，通过顶杆15将预紧力传递给传力杆14，该预紧力使得弹簧17、顶杆15、传力杆14位于同一直线上；

2）在施加扭矩后，当扭矩值大于弹簧预紧力时，传力杆14绕第三圆柱销28转动产生径向运动，弹簧被进一步压缩；

3）传感器检测传力杆14前端的位移和/或面积，产生电信号，该电信号转化为扭矩值输出。

一种容栅式传感器扭矩扳手，它包括扭矩扳手头部1，扭矩扳手头部1在连接部与传力杆14的一端通过转轴结构连接，传力杆14的另一端为曲面端，顶杆15通过前端的凸起部与传力杆14的曲面端接触式连接，顶杆15的后端与弹簧17的一端连接，弹簧17的另一端与固定机构连接，固定机构用于使弹簧17的末端固定在一个特定的位置，在扭矩扳手头部1的连接部设有容栅式传感器；传力杆14的前端在通过转轴结构与扭矩扳手头部1的连接部连接后，传力杆14前端的延长端设置在容栅式传感器的感应部中。

还包括主体外套筒24，扭矩扳手头部1的连接部、传力杆14、顶杆15、弹簧17均设置在主体外套筒24中，扭矩扳手头部1的连接部与传力杆14通过第一圆柱销13可转动式连接，在第一圆柱销13的两侧分别第二圆柱销10、第三圆柱销28，第二圆柱销10设置于扭矩扳手头部的连接部且靠近扭矩扳手头部的位置，第三圆柱销28设置于传力杆14上，扭矩扳手头部1通过第二圆柱销10与扭矩扳手主体外套筒24连接，传力杆14通过第三圆柱销28与扭矩扳手主体外套筒24连接。

还包括内套筒23，弹簧17、弹簧17与顶杆15的连接处均设置在内套筒23中，定位螺母16将顶杆15、内套筒23固定连接。

进一步的，弹簧17的末端设有压力传感器，弹簧17可将前端承受的压力传递给压力传感器。

固定机构包括设置在主体外套筒24中的调节杆21，在调节杆21与弹簧17的端部之间设有压力传感器18，压力传感器18的连接部与调节杆21的端部接触式连接，圆柱套筒用于限制调节杆的径向移动，第四圆柱销限制圆柱套筒的轴向移动。弹簧的另一端与压力传感器连接，压力传感器连接部与调节杆的端部接触式连接，由于调节杆通过螺纹连接与调节手柄刚性连接，调节手柄通过螺纹连接与主体外套筒刚性连接，即限制了弹簧的位置。

在扭矩扳手主体外套筒24的末端设有螺纹，扭矩扳手主体外套筒的外螺纹与调节手柄25的内螺纹连接，通过手动旋转调节手柄25至外套筒表面标注的档位刻度线处，以实现档位的调节。

在内套筒23外套设有调节手柄25，调节手柄25末端设有锁止机构。

所述锁止机构包括螺帽26，螺帽26与调节手柄25的末端螺纹连接。

实施例：

一种容栅式传感器扭矩扳手，包括扭矩扳手头部1，棘轮2，换向阀3，球体4，弹簧5，扭矩扳手头部盖子6，螺钉7，换向手柄8，容栅式传感器接收极9，圆柱销，圆柱销固定圈11，发送电极组件12，传力杆14，顶杆15，定位螺母16，弹簧17，弹簧垫块，圆柱套筒20，调节杆21，螺母22，内套筒23，扭矩扳手主体外套筒24，调节手柄25，螺帽26，电子单元27。棘轮2与换向阀3通过齿轮啮合，安装在扭矩扳手主体头部；弹簧5处于压缩状态，与球体4配合限制换向阀3的运动；螺钉7螺纹与扭矩扳手头部盖子6和扭矩扳手头部中的螺纹孔配合固定棘轮2与换向阀3；换向手柄8与换向阀3形成刚性连接，控制换向阀的转动，进而控制棘轮的正反转；

接收极9固定安装在扭矩扳手头部凹槽内；扭矩扳手头部通过圆柱销与扭矩扳手主体外套筒24连接，圆柱销通过圆柱销固定圈固定；发射电极组件12与传力杆14刚性连接，传力杆14左端与扭矩扳手头部1通过圆柱销连接，传力杆14与扭矩扳手外套筒通过圆柱销连接，传力杆14右端与顶杆15接触；顶杆15，弹簧17，压力传感器18安装在内套筒23内，弹簧17左端与顶杆接触，右端与压力传感器18接触，定位螺母16与内套筒23的螺纹孔配和以及与顶杆15凹槽配合，限制顶杆15的径向转动；调节杆21左端与压力传感器18接触，圆柱套筒20的圆柱孔以及扭矩扳手主体外套筒24的圆柱孔与圆柱销配合，限制调节杆21和内套筒23的径向运动；调节杆21与调节手柄25接触，通过螺母22形成刚性连接；螺帽26通过螺纹连接与调节手柄25形成刚性连接。

如图4所示，弹簧17产生一定的预紧力，通过顶杆15将预紧力传递给传力杆14，使得在没有施加扭矩时扭矩扳手头部1与扭矩扳手主体外套筒24没有发生相对转动（弹簧具有一定的预紧力，扭矩扳手头部与1与扭矩扳手主体外套筒24发生相对转动需要传力杆产生径向运动，进一步压缩弹簧）。施加扭矩时，当扭矩值没有大于弹簧预紧力时，扭矩扳手主体头部1与传力杆14不绕转动中心转动。当扭矩值大于弹簧预紧力时，扭矩扳手主体头部1与传力杆14绕转动中心转动产生径向运动，弹簧被进一步压缩，容栅式传感器发射极和接收极发生相对位移或面积，产生电信号，经电子单元数据转换，将电信号转化为扭矩值输出。扭矩扳手实现螺母拧紧的过程如下，根据螺母的转动方向，调节换向手柄8，扭矩扳手的棘轮2通过外接转换器（转换器可实现不同尺寸规格的螺母）与螺母配合，在扭矩扳手手柄25处施加一定的力，初始阶段，扭矩扳手施加的力为克服螺母与螺栓的摩擦力，拧紧力矩较小，此时，扭矩扳手头部1与传力杆14不绕转动中心转动，当扭矩扳手施加的力克服螺母与螺栓的摩擦力与预紧力时，此时的力矩较大，扭矩扳手头部1与传力杆14绕转动中心转动，顶杆15产生径向运动，压缩弹簧。同时与传力杆14刚性连接的发射电极组件12与容栅式传感器接收极9产生相对转动（相对转动的大小为扭矩扳手头部1与扭矩扳手主体外套筒24内部左右两侧的距离），检测转动过程中的相对位移或面积。为增大扭矩扳手的量程，扭矩扳手设置有3个档位调节，量程为100N.M-5000N.M，当预紧力为100N.M-1500N.M时，调节手柄25至1档位，此时弹簧的预紧力能够保证在扭矩扳手头部1的转动角度内能够测量扭矩值而不会出现扭矩扳手头部1在达到转动极限时还没有达到所需要的预紧力，当预紧力为1500N.M-3000N.M时，调节至2档位，保证在扭矩扳手头部1的转动角度极限内能够测量扭矩值，当预紧力为3000N.M-5000N.M时，调节至3档位，保证在扭矩扳手头部1的转动角度极限内能够测量扭矩值。在此过程中，压力传感器18检测弹簧的预紧力（弹簧预紧力在使用过中会出现偏差，传统方式调节至一定档位时，默认为设计的标准扭矩，扭矩值会有偏差，采用压力传感器，可实时检测弹簧预紧力），为避免扭矩扳手内部信号传输线的损坏，压力传感器检测的数据通过无线传输给电子单元，同时不同的档位，电子单元根据容栅式传感器检测的数据转换机制是不同的（例如档位1时，扭矩扳手头部转动角度2°时的扭矩值为800N.M，而档位2时，扭矩扳手头部转动角度为2°时的扭矩扳手为2000N.M），电子单元27根据预紧力与数据转换控制，选择内存当中与档位相应的转换机制,从而输出相应的扭矩值。

工作时，操作人员根据螺栓预紧需要达到的扭矩值以及扭矩扳手在工作过程中的转动方向，调节换向手柄8使扭矩扳手的转动方向与受力方向相反，同时手柄25调整至相应的档位，使得所测量的扭矩值在此量程范围内，当操作人员通过扭矩扳手施加达到设定扭矩值大小的扭矩时，蜂鸣器报警，提示操作人员操作完成。

Claims (9)

1.一种扭矩检测方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1）在初始状态时，弹簧（17）产生一定的预紧力，通过顶杆（15）将预紧力传递给传力杆（14），该预紧力使得弹簧（17）、顶杆（15）、传力杆（14）、扭矩扳手头部（1）位于同一直线上；

2）在施加扭矩后，当扭矩值大于弹簧预紧力时，传力杆（14）绕第三圆柱销（28）转动，传力杆（14）的曲面端与顶杆（15）的曲面端活动接触，由于顶杆（15）安装在内套筒（23）中，使得顶杆（15）产生轴向运动，弹簧被进一步压缩，扭矩扳手头部（1）相对于扭矩扳手主体外套筒（24）绕第二圆柱销（13）转动一定的角度；

3）传感器检测传力杆（14）前端的位移和/或面积，产生电信号，该电信号与压力传感器产生的电信号通过电子单元（27）处理转化为扭矩值显示在电子单元（27）的电子显示屏中；

它用于对扭矩扳手的扭矩进行检测，所述扭矩扳手包括传力杆（14），传力杆（14）的前端设置在传感器的感应部中，传力杆（14）的末端与顶杆（15）的前端活动式连接，顶杆（15）的后端与弹簧（17）的一端连接，弹簧（17）的另一端与固定机构连接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固定机构用于使弹簧（17）的末端固定在一个特定的位置，以使弹簧（17）产生初始的预紧力。

3.根据权利要求1所述的扭矩检测方法，其特征在于，所述传感器的感应部包括设置在扭矩扳手头部（1）的连接部的容栅式传感器，传力杆（14）的前端在通过转轴结构（13）与扭矩扳手头部（1）的连接部连接后，传力杆（14）前端的延长端设置在容栅式传感器的感应部中。

4.根据权利要求3所述的扭矩检测方法，其特征在于，所述扭矩扳手头部（1）在连接部与传力杆（14）的一端通过转轴结构连接，传力杆（14）的另一端为曲面端，顶杆（15）通过前端的凸起部与传力杆（14）的曲面端接触式连接。

5.根据权利要求4所述的扭矩检测方法，其特征在于，所述扭矩扳手还包括主体外套筒（24），扭矩扳手头部（1）的连接部、传力杆（14）、顶杆（15）、弹簧（17）均设置在主体外套筒（24）中，扭矩扳手头部（1）的连接部与传力杆（14）通过第一圆柱销（13）可转动式连接，在第一圆柱销（13）的两侧分别第二圆柱销（10）、第三圆柱销（28），第二圆柱销（10）设置于于扭矩扳手头部的连接部且靠近扭矩扳手头部的位置，第三圆柱销（28）设置于传力杆（14）上，扭矩扳手头部（1）通过第二圆柱销（10）与扭矩扳手主体外套筒（24）连接，传力杆（14）通过第三圆柱销（28）与扭矩扳手主体外套筒（24）连接；

还包括内套筒（23），弹簧（17）、弹簧（17）与顶杆（15）的连接处均设置在内套筒（23）中，定位螺母（16）将顶杆（15）、内套筒（23）固定连接；

弹簧（17）的末端设有压力传感器，弹簧（17）可将前端承受的压力传递给压力传感器。

6.根据权利要求1或2所述的扭矩检测方法，其特征在于，所述固定机构包括设置在主体外套筒（24）中的调节杆（21），在调节杆（21）与弹簧（17）的端部之间设有压力传感器（18），压力传感器（18）的连接部与调节杆（21）的端部接触式连接，圆柱套筒（20）可限制调节杆（21）的径向移动，第四圆柱销（19）可限制圆柱套筒的轴向移动。

7.根据权利要求1或5所述的扭矩检测方法，其特征在于，在扭矩扳手主体外套筒（24）的末端设有螺纹，扭矩扳手主体外套筒（24）的外螺纹与调节手柄（25）的内螺纹连接，通过手动旋转调节手柄（25）至外套筒表面标注的挡位刻度线处。

8.根据权利要求1或5所述的扭矩检测方法，其特征在于，在内套筒（23）外套设有调节手柄（25），调节手柄（25）末端设有锁止机构。

9.根据权利要求8所述的容栅式传感器扭矩扳手，其特征在于：所述锁止机构包括螺帽（26），螺帽（26）与调节手柄（25）的末端螺纹连接。

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