CN114850845A - 一种适用于狭窄空间的自动化拧紧机构 - Google Patents

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赵吉宾
潘明旭
王帆
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Abstract

本发明公开了一种适用于狭窄空间的拧紧机构，属于自动化拧紧设备技术领域。该拧紧机构包括折叠翻转驱动伺服电缸、翻转滑套轴、翻转轴推头、翻转轴连杆Ⅰ、翻转轴连杆Ⅱ、齿轮箱铰接耳、齿轮箱和拧紧动力源；其中：所述翻转滑套轴、翻转轴推头、翻转轴连杆Ⅰ、翻转轴连杆Ⅱ、齿轮箱铰接耳和齿轮箱壳体通过铰接销依次连接构成铰链结构；由折叠翻转驱动伺服电缸驱动该铰链结构，驱动所述齿轮箱进行向下摆动或折叠动作，齿轮箱向下摆动后顺利通过狭窄空间的小入口，到达狭窄空间内指定位置后再折叠90°，到达大经深的拧紧位置。本发明拧紧机构为自动化拧紧，具有高效、安全的优点，提升了小入口拧紧过程中的自动化、智能化水平。

Description

一种适用于狭窄空间的自动化拧紧机构
技术领域
本发明涉及自动化拧紧装置技术领域，具体涉及一种适用于狭窄空间的自动化拧紧机构。
背景技术
目前我国的狭小空间内拧紧方法手段较少，主要以手工拧紧为主，单次拧紧角度小，需要反复的定位工装，作业效率极低。
狭小空间内的螺母拧紧所覆盖的应用领域包括汽车、航空、航天、精密仪器、模具等国民经济的多个领域，是智能电控的重要应用领域之一。
目前用于小入口的拧紧机构装置主要是由连杆机构和动力输入机构组成。传统拧紧机构受限于空间的大小和复杂程度，缺乏可靠的可自动化的拧紧机构。无法实现自动化拧紧，先有的机构无法实现越过小入口后，展开至本身直径的3倍或更高倍进行拧紧作业，大展开比作业实现自动化作业难度很大，致使现在的自动化拧紧设备适应面较窄，无法应对拧紧时遇到的大展开比的复杂情况。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种适用于狭窄空间的拧紧机构，该机构能够在小入口实施螺母拧紧作业，该机构折叠展开动作，满足一次定位后，小入口、大经深拧紧位置的全周螺母拧紧作业，效率高，且整个过程可以实现自动化控制。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种适用于狭窄空间的拧紧机构，包括升降驱动伺服电缸、折叠翻转驱动伺服电缸、翻转滑套轴、翻转轴推头、翻转轴连杆Ⅰ、翻转轴连杆Ⅱ、齿轮箱铰接耳、齿轮箱和拧紧动力源升降导轨气缸和拧紧动力源；其中：所述翻转滑套轴、翻转轴推头、翻转轴连杆Ⅰ、翻转轴连杆Ⅱ、齿轮箱铰接耳和齿轮箱壳体通过铰接销依次连接构成铰链结构；由折叠翻转驱动伺服电缸驱动该铰链结构，驱动所述齿轮箱进行向下摆动或折叠动作，齿轮箱向下摆动/折叠时顺利通过狭窄空间的小入口，到达狭窄空间内指定位置后再折叠90°/向上摆动，到达大经深的拧紧位置。
折叠翻转驱动伺服电缸驱动方式为：当需要齿轮箱折叠即上/下90°摆动时，所述折叠翻转驱动伺服电缸回拉，电缸轴固定连接翻转轴推头，翻转轴推头能够在翻转滑套轴内沿轴向滑动，因此电缸轴带动翻转轴推头动作(回拉或前推)；翻转轴连杆Ⅰ与翻转轴推头为铰接连接，因此翻转轴推头动作带动翻转轴连杆Ⅰ动作；翻转轴连杆Ⅰ与翻转轴连杆Ⅱ铰接连接，翻转轴连杆Ⅱ与齿轮箱通过齿轮箱铰接耳形成铰接连接，齿轮箱铰接耳固定连接至齿轮箱壳体，齿轮箱壳体与翻转滑套轴、转轴销钉组成铰接结构，因此翻转轴连杆Ⅰ、翻转轴连杆Ⅱ、齿轮箱铰接耳、齿轮箱壳体和转轴销钉形成闭环连杆系统，由于转轴连杆Ⅰ回拉，齿轮箱则向上摆动/90°折叠。
所述齿轮箱包括输出轴套筒、输入轴、齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ，输入轴由拧紧动力电机(拧紧动力源升降导轨气缸将拧紧动力源竖直推下插入输入轴)对接后输入动力，经由齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ传递至输出轴套筒。
该拧紧机构还包括数控平移滑台，数控平移滑台由伺服电机控制，可以完成将工装整体相对于工件的前后移动动作，是对钉动作的一部分。
该拧紧机构还包括数控分度转台，数控分度转台由伺服电机控制，可以完成将工装整体相对于工件的旋转分度动作，是对钉动作的一部分。
该拧紧机构还包括升降导向机构，升降导向机构的作用是控制工装整体升降，即，所述升降驱动伺服电缸前推或后拉带动翻转滑套轴及与其相连的所有机构沿所述升降导向机构进行升降，是齿轮箱翻转与对钉动作的一部分。
所述对钉动作包括：在连杆机构下降到作业空间内的同时，折叠翻转驱动伺服电缸带动与齿轮箱相连部分的连杆，下降的同时联动折叠90°，齿轮箱摆平，达到拧紧平面，然后齿轮箱整体通过前移、上升等一系列的精确调整，最终到达拧紧位置；全部过程均由伺服电机闭环控制，整个过程可以监控。
所述动力源输入动作包括：在齿轮箱翻转90°后，拧紧动力源升降导轨气缸向下推动，此时拧紧动力源的输出轴同步旋转，旋转与下降同时动作以便完成自动对接，插入齿轮箱的输入轴，完成动力源对接动作。
本发明具有以下优点及有益效果：
1、本发明所述的拧紧装置主要采用连杆机构，成本低，结构稳定，可靠性高。
2、本发明所述的智能拧紧装置，能适应各种小入口拧紧，适应性强，驱动均由伺服电机闭环控制，能够实时监控折叠、展开状态。
3、本发明所述的齿轮箱为封闭式结构，强度高、传递路线端、传递效率高。
附图说明
图1为本发明装置整体结构图(初始位置)。
图2为本发明装置整体结构图(初始位置)。
图3为本发明装置整体结构图(折叠完毕后位置)。
图4为本发明装置整体结构图(到位后的位置)。
图5为本发明装置整体结构图(端面位置)。
图6为齿轮箱外部结构图。
图7为齿轮箱整体结构图(图6中A-A面剖视图)。
其中：1、升降驱动伺服电缸，2、折叠翻转驱动伺服电缸，3、升降导向机构，4、翻转滑套轴，5、翻转轴推头，6、翻转轴连杆Ⅰ，7、翻转轴连杆Ⅱ，8、齿轮箱铰接耳，9、齿轮箱壳体，10、转轴销钉，11、输出轴套筒，12、输入轴，13、齿轮Ⅰ，14、齿轮Ⅱ，15、齿轮Ⅲ，16、拧紧动力源升降导轨气缸，17、拧紧动力源，18、数控平移滑台，19、数控平移转台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明提供一种适用于狭窄空间的拧紧机构，包括：升降驱动伺服电缸、折叠翻转驱动伺服电缸、升降导向机构、翻转滑套轴、翻转轴推头、翻转轴连杆Ⅰ、翻转轴连杆Ⅱ、齿轮箱铰接耳、齿轮箱壳体、转轴销钉、输出轴套筒、输入轴、齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ、拧紧动力源升降导轨气缸、拧紧动力源，数控平移滑台、数控平移转台。其结构如图1-7。
所述翻转滑套轴、翻转轴推头、翻转轴连杆Ⅰ、翻转轴连杆Ⅱ、齿轮箱铰接耳、齿轮箱组件通过铰接销连接构成铰链结构；由折叠翻转驱动伺服电缸2驱动，并利用连杆机构驱动所述齿轮箱进行折叠，顺利通过狭窄空间的小入口，到达狭窄空间内指定位置后折叠90°，到达大经深的拧紧位置。
所述折叠翻转驱动伺服电缸驱动方式为：当需要齿轮箱折叠摆转时，拧紧动力源升降导轨气缸回拉(向上运动)因此拧紧动力源回拉(向上运动)，电缸轴固定连接翻转轴推头，翻转轴推头可以在翻转滑套轴内沿轴向滑动，因此带动翻转轴推头回拉；翻转轴连杆Ⅰ6与翻转轴推头为铰接连接，因此翻转轴推头回拉带动翻转轴连杆Ⅰ回拉；翻转轴连杆Ⅰ与翻转轴连杆Ⅱ铰接连接，翻转轴连杆Ⅱ与齿轮箱通过齿轮箱铰接耳形成铰接连接，齿轮箱组件与翻转滑套轴靠转轴销钉10形成铰接，因此翻转轴连杆Ⅰ、翻转轴连杆Ⅱ、齿轮箱铰接耳、齿轮箱组件、转轴销钉10形成闭环连杆结构，由于转轴连杆Ⅰ回拉，齿轮箱则向上摆动。
所述齿轮箱用于输出及传递拧紧力矩(用于拧紧动力输出)；所述齿轮箱包括输出轴套筒11、输入轴12、齿轮Ⅰ13、齿轮Ⅱ14、齿轮Ⅲ15，输入轴12由拧紧动力源对接后输入拧紧动力，经由齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ传递至输出轴套筒11；如图6-7所示。
所述数控平移滑台为伺服电机控制，可以完成将工装整体相对于工件的前后移动动作，是对钉动作的一部分；
所述数控分度转台为伺服电机控制，可以完成将工装整体相对于工件的旋转分度动作，是对钉动作的一部分；
所述升降驱动伺服电缸及升降导向机构的功能为：电缸前推或后拉则带动翻转滑套轴及与其相连的所有机构沿升降导向机构进行升降，是齿轮箱翻转与对钉动作的一部分。
所述对钉动作包括：在连杆机构下降到作业空间内的同时，折叠翻转驱动伺服电缸前推(杠杆下降)带动与齿轮箱相连部分的连杆，下降的同时联动折叠90°，齿轮箱摆平，达到拧紧平面，然后齿轮箱整体通过前移、上升等一系列的精确调整，最终到达拧紧位置。全部过程均由伺服电机闭环控制，整个过程可以监控。
所述动力源输入动作包括：拧紧动力源升降导轨气缸在齿轮箱翻转90°后向下推动，此时拧紧动力源电机输出轴同步旋转，输入轴，完成动力源对接动作。
所述拧紧机构的狭小空间的适用性为：连杆机构下降到工件位置的同时，垂直状态的齿轮箱联动折叠90°，顺利避让小入口内腔的干涉机构，直到连杆机构完全下降，齿轮箱同时到达大经深的拧紧平面。
齿轮箱竖直状态即工装整体的初始状态，此时全部机构均保持在D1的圆柱面范围内(图5)，D1≦D2是工装能够进入工件的前提条件，当同时满足D3≦待拧紧位置半径时则工装可以正常工作。
本发明拧紧机构作业过程如下：
工装吊装进入工件入口，稳定连接后方能进行下一步操作，此时为图1-2姿态。然后折叠翻转驱动伺服电缸回拉，电缸轴固定连接翻转轴推头，翻转轴推头可以在翻转滑套轴内沿轴向滑动，因此带动翻转轴推头回拉；翻转轴连杆Ⅰ与翻转轴推头为铰接连接，因此翻转轴推头回拉带动翻转轴连杆Ⅰ回拉；翻转轴连杆Ⅰ与翻转轴连杆Ⅱ铰接连接，翻转轴连杆Ⅱ与齿轮箱通过齿轮箱铰接耳形成铰接连接，齿轮箱组件与翻转滑套轴靠转轴销钉10形成铰接，因此翻转轴连杆Ⅰ、翻转轴连杆Ⅱ、齿轮箱铰接耳、齿轮箱组件、转轴销钉形成闭环连杆系统，由于翻转轴连杆Ⅰ回拉，齿轮箱则向上摆动。在摆动的同时由升降驱动伺服电缸回缩则带动翻转滑套轴及与其相连的所有机构沿升降导向机构3进行下降，完成折叠翻转动作，此时为图3姿态。然后，数控平移滑台完成将工装整体相对于工件的前推动作，该动作完成后，由升降驱动电缸前推则带动翻转滑套轴及与其相连的所有机构沿升降导向机构3进行上升，完成对钉作业；拧紧动力源完成对接动作，此时为图4姿态。
开始拧紧作业，当拧完一颗螺母时，齿轮箱垂直下移(动作原理与对钉时相同)，然后由数控分度滑台驱动整体绕工件中心轴旋转至下一颗螺母位置进行拧紧作业，直至完成全部拧紧作业。装备吊出工件轴。

Claims (8)

1.一种适用于狭窄空间的拧紧机构，其特征在于：该拧紧机构包括升降驱动伺服电缸、折叠翻转驱动伺服电缸、翻转滑套轴、翻转轴推头、翻转轴连杆Ⅰ、翻转轴连杆Ⅱ、齿轮箱铰接耳、齿轮箱、拧紧动力源升降导轨气缸和拧紧动力源；其中：所述翻转滑套轴、翻转轴推头、翻转轴连杆Ⅰ、翻转轴连杆Ⅱ、齿轮箱铰接耳和齿轮箱壳体通过铰接销依次连接构成铰链结构；由折叠翻转驱动伺服电缸驱动该铰链结构，驱动所述齿轮箱进行向下摆动或折叠动作，齿轮箱向下摆动后顺利通过狭窄空间的小入口，到达狭窄空间内指定位置后再折叠90°，到达大经深的拧紧位置。
2.根据权利要求1所述的适用于狭窄空间的拧紧机构，其特征在于：所述折叠翻转驱动伺服电缸回拉，电缸轴固定连接翻转轴推头，翻转轴推头能够在翻转滑套轴内沿轴向滑动，因此电缸轴带动翻转轴推头动作(回拉或前推)；翻转轴连杆Ⅰ与翻转轴推头为铰接连接，因此翻转轴推头动作带动翻转轴连杆Ⅰ动作；翻转轴连杆Ⅰ与翻转轴连杆Ⅱ铰接连接，翻转轴连杆Ⅱ与齿轮箱通过齿轮箱铰接耳形成铰接连接，齿轮箱铰接耳固定连接至齿轮箱壳体，齿轮箱壳体与翻转滑套轴、转轴销钉组成铰接结构，因此翻转轴连杆Ⅰ、翻转轴连杆Ⅱ、齿轮箱铰接耳、齿轮箱壳体和转轴销钉形成闭环连杆系统，由于转轴连杆Ⅰ回拉，齿轮箱则向上摆动。
3.根据权利要求1所述的适用于狭窄空间的拧紧机构，其特征在于：所述齿轮箱包括输出轴套筒、输入轴、齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ，输入轴由拧紧动力电机(拧紧动力源升降导轨气缸将拧紧动力源竖直推下插入输入轴)对接后输入动力，经由齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ传递至输出轴套筒。
4.根据权利要求1所述的适用于狭窄空间的拧紧机构，其特征在于：该拧紧机构还包括数控平移滑台，数控平移滑台由伺服电机控制，可以完成将工装整体相对于工件的前后移动动作，是对钉动作的一部分。
5.根据权利要求1所述的适用于狭窄空间的拧紧机构，其特征在于：该拧紧机构还包括数控分度转台，数控分度转台由伺服电机控制，可以完成将工装整体相对于工件的旋转分度动作，是对钉动作的一部分。
6.根据权利要求1所述的适用于狭窄空间的拧紧机构，其特征在于：该拧紧机构还包括升降导向机构，所述升降驱动伺服电缸前推或后拉带动翻转滑套轴及与其相连的所有机构沿所述升降导向机构进行升降，是齿轮箱翻转与对钉动作的一部分。
7.根据权利要求1所述的适用于狭窄空间的拧紧机构，其特征在于：所述对钉动作包括：在连杆机构下降到作业空间内的同时，折叠翻转驱动伺服电缸带动与齿轮箱相连部分的连杆，下降的同时联动折叠90°，齿轮箱摆平，达到拧紧平面，然后齿轮箱整体通过前移、上升等一系列的精确调整，最终到达拧紧位置；全部过程均由伺服电机闭环控制，整个过程可以监控。
8.根据权利要求3所述的适用于狭窄空间的拧紧机构，其特征在于：所述动力源输入动作包括：在齿轮箱翻转90°后，拧紧动力源升降导轨气缸向下推动，此时拧紧动力源的输出轴同步旋转，旋转与下降同时动作以便完成自动对接，插入齿轮箱的输入轴，完成动力源对接动作。
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