CN115091174B - 一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧装置，包括：安装主体、拧紧机构、轴测扭机构、控制器；其中，安装主体包括轴、机匣、安装座；轴的一个端部设有后轴承，后轴承与机匣适配连接；轴的中部设有前轴承，前轴承与安装座适配连接；安装座设有多个的长螺栓，每个的长螺栓都穿过机匣，并在端部设有对应的螺母进行锁紧；拧紧机构与长螺栓一一对应且适配，用于拧紧各自对应的螺母，并检测扭力值、以及测量对应的长螺栓的拉紧长度；轴测扭机构设于轴的另一端，用于检测轴的实时扭力；控制器与拧紧机构、轴测扭机构电连接。

Description

一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧装置及方法

技术领域

本发明涉及发动机轴装配技术领域，具体涉及一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧装置及方法。

背景技术

对某型发动机轴的安装，目前采用人工安装的方式，结构见图2。轴上安装有前轴承和后轴承，前轴承内环配合在轴上并用大螺母紧固，外环配合在安装座上；后轴承内环配合在轴上，外环配合在机匣上。后轴承外环与机匣是间隙配合，轴向方向有一个弹簧。安装座上有多根长螺栓，长螺栓穿过机匣，用螺母拧紧将长螺栓拉紧，将安装座紧固在机匣上。安装座与机匣采用过盈配合。将轴和安装座装入机匣后，后轴承压缩弹簧，顶住轴及轴承。在拉紧长螺栓的过程中，如果每个长螺栓的拉紧程度不一样，会导致安装座歪斜，卡住机匣，不能安装到位，从而导致轴承不能旋转，轴卡滞。目前的安装方式需要两人配合，一人无法完成。轴转动的灵活程度依赖工人的经验，不够标准、客观。工人在拧紧这些长螺栓时，需要逐一拧紧，不能将整个安装座均匀拉动，容易导致卡滞；卡滞则需要反复松、紧和调试，消耗时间；调试过程依赖工人的熟练程度和经验，不能标准化生产。工人安装过程中反复产生的卡滞容易使零件变形受损。

因此，对上述安装方式进行优化，使拧紧装配过程更加智能和标准化显得非常重要。

发明内容

本发明提出一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧装置及方法，可以实现对轴转动灵活程度的自动测量和报警、对每个长螺栓自动同时拧紧或单独拧紧、拧紧力矩设定和检测、对长螺栓拉紧长度检测，从而对装配过程中安装座的位置状态实时掌握和调节，使发动机轴安装过程标准化、流程化，提高安装精度和效率，以解决上述提到的技术问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

在本发明所公开的一方面，公开了一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧装置，包括：

安装主体、拧紧机构、轴测扭机构、控制器；

其中，所述安装主体包括轴、机匣、安装座；

所述轴的一个端部设有后轴承，所述后轴承与所述机匣适配连接；

所述轴的中部设有前轴承，所述前轴承与所述安装座适配连接；

所述安装座设有多个的长螺栓，每个的所述长螺栓都穿过所述机匣，并在端部设有对应的螺母进行锁紧；

所述拧紧机构与所述长螺栓一一对应且适配，用于拧紧各自对应的所述螺母，并检测扭力值、以及测量对应的所述长螺栓的拉紧长度；

所述轴测扭机构设于所述轴的另一端，用于检测所述轴的实时扭力；

所述控制器与所述拧紧机构、所述轴测扭机构电连接。

进一步地，所述长螺栓、所述螺母设置有四组；

所述拧紧机构对应设置有四套；

所述机匣侧部设有后支架，所述拧紧机构都与所述后支架适配连接。

进一步地，所述拧紧机构包括第一扭力电机、动态扭力测试仪、齿轮减速机构、套筒齿轮；

所述第一扭力电机、所述动态扭力测试仪、所述齿轮减速机构、所述套筒齿轮传动配合连接；

所述套筒齿轮外部与所述齿轮减速机构配合，内部与所述螺母相配合；

所述第一扭力电机、所述动态扭力测试仪与所述控制器相连接。

进一步地，所述拧紧机构还包括线位移传感器和测量杆；

所述线位移传感器与所述后支架相连接，所述测量杆与所述线位移传感器适配连接，并且端部与所对应的所述长螺栓的端部相对应；

所述线位移传感器与所述控制器相连接。

进一步地，所述轴测扭机构包括前支架、第二扭力电机、高精度动态扭力测试仪、螺纹套；

所述前支架设于所述机匣的另一侧；

所述第二扭力电机、所述高精度动态扭力测试仪与所述前支架相连接；

所述第二扭力电机、所述高精度动态扭力测试仪、所述螺纹套传动配合；

所述螺纹套与所述轴适配连接；

所述第二扭力电机、所述高精度动态扭力测试仪与所述控制器相连接。

进一步地，所述螺纹套与所述轴的端部通过螺纹配合连接。

进一步地，所述控制器设有显示器。

进一步地，所述后轴承的外环与所述机匣之间适配设有弹簧。

在本发明所公开的另一方面，公开了一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧方法，包括以下步骤：

初步装配：预装配好安装主体，并将拧紧机构、轴测扭机构安装在对应位置，各部件与控制器连接到位；

判断安装座的位置：在控制器输入各个长螺栓的长度，与各个拧紧机构测得的结果相比较，判断长螺栓的拉紧长度和安装座的位置；

判断安装座是否装正：轴测扭机构将测得的实时的轴扭力反馈至控制器，控制器将测得的数值与预设值相比较，如果轴扭力会小于预设值并且保持稳定，则装正；如果轴扭力的最大值会大于预设值，且/或呈现周期性变化，则未装正；

拧紧机构自动拧紧：若判断结果为已装正，控制器控制拧紧机构将螺母拧紧至设定的扭力，拧紧结束后，通过判断长螺栓的拉紧长度来判断是否安装到位；若判断结果为未装正，则先判断各个长螺栓的拉紧长度和安装座的位置，根据各自判断的结果调节对应的拧紧机构进行拧紧或拧松操作，直至判断结果为已装正。

进一步地，步骤拧紧机构自动拧紧中，若不能通过判断各个螺栓的拉紧长度来判断安装座的位置，则进行动态调整，对各套拧紧机构逐一用小扭力试拧紧，当发现拧紧某套拧紧机构时轴扭力减小，则持续拧紧该套拧紧机构；当发现拧紧某套拧紧机构时轴扭力增大，则拧松该套拧紧机构，在动态调整过程中，如果轴扭力持续小于预定值，则说明安装座已调整装正。

本发明的有益效果为：

通过设置拧紧机构、轴测扭机构在对安装主体进行装配时，能够对轴转动灵活程度的自动测量和报警、对每个长螺栓自动同时拧紧或单独拧紧、拧紧力矩设定和检测、对长螺栓拉紧长度检测，从而对装配过程中安装座的位置状态实时掌握和调节，使发动机轴安装过程标准化、流程化，提高安装精度和效率。

附图说明

图1为自动拧紧装置与安装主体装配到位后的结构图；

图2为安装主体的局部结构图；

图3为拧紧机构的局部结构图；

图4为轴测扭机构的结构图；

图5为控制器与相关部件的连接示意图。

1、后轴承；2、弹簧；3、螺母；4、机匣；5、长螺栓；6、大螺母；7、安装座；8、前轴承；9、轴；10、测量杆；11、线位移传感器；12、后支架；13、第一扭力电机；14、动态扭力测试仪；15、齿轮减速机构；16、套筒齿轮；17、前支架；18、螺纹套；19、高精度动态扭力测试仪；20、第二扭力电机；21、控制器；22、显示器。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1-5所示，本发明公开了一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧装置，包括：

安装主体、拧紧机构、轴测扭机构、控制器21；

其中，安装主体包括轴9、机匣4、安装座7；

轴9的一个端部设有后轴承1，后轴承1与机匣4适配连接；

轴9的中部设有前轴承9，前轴承9与安装座7适配连接；

安装座9设有多个的长螺栓5，每个的长螺栓5都穿过机匣4，并在端部设有对应的螺母3进行锁紧；

拧紧机构与长螺栓5一一对应且适配，用于拧紧各自对应的螺母3，并检测扭力值、以及测量对应的长螺栓5的拉紧长度；

轴测扭机构设于轴9的另一端，用于检测轴9的实时扭力；

控制器21与拧紧机构、轴测扭机构电连接。

具体而言，安装主体在初步装配完成后，在对长螺栓5的拧紧过程中，由于对每个的长螺栓5的拧紧程度会存在差别，这就导致安装座7位置没有摆正，安装座7歪斜，卡住机匣4，不能安装到位，从而导致轴承不能旋转，轴9卡滞。然而通过设置轴测扭机构能够实时检测轴9的扭力，以判断安装座7是否歪斜；设置拧紧机构能够同步对每个长螺栓5进行拧紧，或者单独调整某个长螺栓5拧紧或拧松以将安装座7装正，并且在拧紧的过程中，能够检测长螺栓5的拉紧长度，根据每个长螺栓5的拉紧长度判断安装座7是否安装到位。

在一些实施例中，长螺栓5、螺母3设置有四组；

拧紧机构对应设置有四套；

机匣4侧部设有后支架12，拧紧机构都与后支架12适配连接。

采用以上技术方案，长螺栓5、螺母3设置四组能够对安装座7和机匣4连接更加全面均衡，而拧紧机构需要与长螺栓5、螺母3相对应，每套独立拧紧。设置后支架12为拧紧机构提供装配空间，且使得连接后更加规整。

在一些实施例中，拧紧机构包括第一扭力电机13、动态扭力测试仪14、齿轮减速机构15、套筒齿轮16；

第一扭力电机13、动态扭力测试仪14、齿轮减速机构15、套筒齿轮16传动配合连接；

套筒齿轮16外部与齿轮减速机构15配合，内部与螺母3相配合；

第一扭力电机13、动态扭力测试仪14与控制器21相连接。

采用以上技术方案，通过第一扭力电机13、动态扭力测试仪14、齿轮减速机构15、套筒齿轮16传动配合，套筒齿轮16被带动转动，并且内部与螺母3相配合将螺母3进行拧紧或拧松操作，动态扭力测试仪14能够实时测得对应的扭力值并反馈至控制器21。

在一些实施例中，拧紧机构还包括线位移传感器11和测量杆10；

线位移传感器11与后支架12相连接，测量杆10与线位移传感器11适配连接，并且端部与所对应的长螺栓5的端部相对应；

线位移传感器11与控制器21相连接。

采用以上技术方案，测量杆10端部顶住对应的长螺栓5的端部，在拧紧的过程中，长螺栓5与测量杆10相对运动，线位移传感器11根据测量杆10的位移量能够得到长螺栓5的拉紧长度，通过对比每个长螺栓5的原始长度和拉紧长度，就能够获得安装座7的位置状态以及是否发生歪斜情况，上述数据都会反馈至控制器21。

在一些实施例中，轴测扭机构包括前支架17、第二扭力电机20、高精度动态扭力测试仪19、螺纹套18；

前支架17设于机匣4的另一侧；

第二扭力电机20、高精度动态扭力测试仪19与前支架17相连接；

第二扭力电机20、高精度动态扭力测试仪19、螺纹套18传动配合；

螺纹套18与轴9适配连接；

第二扭力电机20、高精度动态扭力测试仪19与控制器21相连接。

采用以上技术方案，第二扭力电机20带动轴9转动，高精度动态扭力测试仪19能够实时检测轴扭力，并反馈至控制器21，控制器21通过比较测得的轴扭力与设定值判断轴9是否卡滞，从而判断安装座7是否装正。

可选的，螺纹套18与轴9的端部通过螺纹配合连接。

采用以上技术方案，通过将轴9插入螺纹套18的端部并通过螺纹配合连接，使得螺纹套18与轴9稳定连接，使螺纹套18能够稳定带动轴9进行转动。

可选的，控制器21设有显示器22。

在拧紧过程中和安装到位后，控制器21控制显示器22实时显示各个线位移传感器11、动态扭力测试仪14和高精度动态扭力测试仪19的测量数据，以数据图表或其他形式显示，并在完成后方便数据存档和打印。需要说明的是，控制器21可以与显示器22集成在一起，也可以独立设置。

可选的，后轴承1的外环与机匣4之间适配设有弹簧2。

设置弹簧2便于锁紧过程的逐渐调节。

本发明还公开了一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧方法，包括以下步骤：

初步装配：预装配好安装主体，并将拧紧机构、轴测扭机构安装在对应位置，各部件与控制器21连接到位；

判断安装座的位置：在控制器21输入各个长螺栓5的长度，与各个拧紧机构测得的结果相比较，判断长螺栓5的拉紧长度和安装座7的位置；

判断安装座是否装正：轴测扭机构将测得的实时的轴扭力反馈至控制器21，控制器21将测得的数值与预设值相比较，如果轴扭力会小于预设值并且保持稳定，则装正；如果轴扭力的最大值会大于预设值，且/或呈现周期性变化，则未装正；

拧紧机构自动拧紧：若判断结果为已装正，控制器21控制拧紧机构将螺母3拧紧至设定的扭力，拧紧结束后，通过判断长螺栓5的拉紧长度来判断是否安装到位；若判断结果为未装正，则先判断各个长螺栓2的拉紧长度和安装座7的位置，根据各自判断的结果调节对应的拧紧机构进行拧紧或拧松操作，直至判断结果为已装正。

进一步地，步骤拧紧机构自动拧紧中，若不能通过判断各个长螺栓5的拉紧长度来判断安装座7的位置，则进行动态调整，对各套拧紧机构逐一用小扭力试拧紧，当发现拧紧某套拧紧机构时轴扭力减小，则持续拧紧该套拧紧机构；当发现拧紧某套拧紧机构时轴扭力增大，则拧松该套拧紧机构，在动态调整过程中，如果轴扭力持续小于预定值，则说明安装座已调整装正。

更加具体地说，在使用本发明装置时，如图1安装好各个部分。将轴9、前轴承8及安装座7、后轴承1、弹簧2等安装入机匣4，拧上螺母3，但先不拧紧，保持轴可以灵活转动。然后安装本发明的拧紧机构、轴测扭机构和控制器21部分。

将后支架12安装在机匣4的左侧。将套筒齿轮16卡在螺母3上，用线位移传感器11上的测量杆10顶住长螺栓5。螺母3、长螺栓5根据结构一共有4组，与之相连的拧紧机构也有4套。每套之间相互独立，分别与控制器21相连。

将轴测扭机构的前支架17安装在机匣4的右侧。将螺纹套18与轴9上右端的螺纹相连接。

将控制器21与线位移传感器11、扭力电机13、动态扭力测试仪14、高精度动态扭力测试仪19、第二扭力电机20、显示器22用电缆连接起来，并接通电源。

使用过程如下：

按照示意图安装好本发明装置；

在控制器中输入四根长螺栓5的长度，控制器21与线位移传感器11和测量杆10的测量结果进行比较，判断长螺栓的拉紧长度和安装座7的位置。需要说明的是，一般选用长度相同的长螺栓5。

控制器21控制扭力电机20带动高精度动态扭力测试仪19和螺纹套18，从而带动轴9进行旋转。高精度动态扭力测试仪19将测得的轴实时扭力传递给控制器21，并显示在显示器22上。通过预设轴扭力，可以实现实时扭力报警、恒扭力或恒转速控制。

控制器21根据轴扭力大小来判断安装座7是否装正。如果装正，则轴扭力会小于预设值并且保持稳定；如果未装正，则轴扭力的最大值会大于预设值，且/或呈现周期性变化。

如果轴扭力小于预设值，即安装座7装正，则控制器21控制第一扭力电机13带动动态扭力测试仪14、减速齿轮机构15和套筒齿轮16旋转，套筒齿轮16带动螺母3拧紧；由动态扭力测试仪14测量扭力值，控制器21控制螺母3拧紧至规定扭力(规定扭力是根据安装座7安装到位后，螺母3的扭力范围设定的)；由线位移传感器11和测量杆10测量长螺栓5的拉紧长度，判断安装座7是否安装到位。四套螺母拧紧机构同时动作并相互独立判断和控制。

如果轴扭力最大值大于预设值，即安装座7未装正，则控制器21通过线位移传感器11和测量杆10测量长螺栓5的拉紧长度，判断安装座7的位置和姿态，再单独控制某一套螺母拧紧机构将螺母3拧紧或拧松，来调整安装座7的位置，直至轴9的轴扭力显示处于设定值范围内表明安装座7已经装正。如果控制器21不能通过测量长螺栓5的拉紧长度来判断安装座7的位置，则控制器21根据内嵌逻辑或手动选择进行动态调整，对4套螺母拧紧机构逐一用小扭力试拧紧。当发现拧紧某套螺母拧紧机构时轴9的轴扭力减小，则持续拧紧该套螺母拧紧机构；当发现拧紧某套拧紧机构时轴扭力增大，则拧松该套螺母拧紧机构。在动态调整过程中，如果轴力矩持续小于预定值，则说明安装座7已调整装正，继续执行正常自动拧紧的步骤，直至安装座7安装到位。

在拧紧过程中和安装到位后，控制器21控制显示器22实时显示各个线位移传感器11、动态扭力测试仪14和高精度动态扭力测试仪19的测量数据，以数据图表或其他形式显示，并在完成后便于数据存档和打印。

安装完成后拆除本发明装置。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧装置，其特征在于，包括：安装主体、拧紧机构、轴测扭机构、控制器；

其中，所述安装主体包括轴、机匣、安装座；所述机匣侧部设有后支架，所述拧紧机构与所述后支架适配连接；

所述轴的一个端部设有后轴承，所述后轴承与所述机匣适配连接；

所述轴的中部设有前轴承，所述前轴承与所述安装座适配连接；

所述安装座设有多个的长螺栓，每个的所述长螺栓都穿过所述机匣，并在端部设有对应的螺母进行锁紧；

所述拧紧机构与所述长螺栓一一对应且适配，用于拧紧各自对应的所述螺母，并检测扭力值、以及测量对应的所述长螺栓的拉紧长度；

所述轴测扭机构设于所述轴的另一端，用于检测所述轴的实时扭力；所述控制器与所述拧紧机构、所述轴测扭机构电连接；

所述拧紧机构包括第一扭力电机、动态扭力测试仪、齿轮减速机构、套筒齿轮；

所述第一扭力电机、所述动态扭力测试仪、所述齿轮减速机构、所述套筒齿轮传动配合连接；

所述套筒齿轮外部与所述齿轮减速机构配合，内部与所述螺母相配合；所述第一扭力电机、所述动态扭力测试仪与所述控制器相连接；

所述拧紧机构还包括线位移传感器和测量杆；

所述线位移传感器与所述后支架相连接，所述测量杆与所述线位移传感器适配连接，并且端部与所对应的所述长螺栓的端部相对应；

所述线位移传感器与所述控制器相连接；

所述轴测扭机构包括前支架、第二扭力电机、高精度动态扭力测试仪、螺纹套；

所述前支架设于所述机匣的另一侧；

所述第二扭力电机、所述高精度动态扭力测试仪与所述前支架相连接；所述第二扭力电机、所述高精度动态扭力测试仪、所述螺纹套传动配合；

所述螺纹套与所述轴适配连接；

所述第二扭力电机、所述高精度动态扭力测试仪与所述控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧装置，其特征在于：

所述长螺栓、所述螺母设置有四组；

所述拧紧机构对应设置有四套；

所述拧紧机构都与所述后支架适配连接。

3.根据权利要求1所述的一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧装置，其特征在于：

所述螺纹套与所述轴的端部通过螺纹配合连接。

4.根据权利要求1所述的一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧装置，其特征在于：

所述控制器设有显示器。

5.根据权利要求1所述的一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧装置，其特征在于：

所述后轴承的外环与所述机匣之间适配设有弹簧。

6.一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧方法，使用如权利要求1-5任一项所述的发动机轴及轴承安装座自动拧紧装置，其特征在于，包括以下步骤：

初步装配：预装配好安装主体，并将拧紧机构、轴测扭机构安装在对应位置，各部件与控制器连接到位；

判断安装座的位置：在控制器输入各个长螺栓的长度，与各个拧紧机构测得的结果相比较，判断长螺栓的拉紧长度和安装座的位置；

判断安装座是否装正：轴测扭机构将测得的实时的轴扭力反馈至控制器，控制器将测得的数值与预设值相比较，如果轴扭力会小于预设值并且保持稳定，则装正；如果轴扭力的最大值会大于预设值，且/或呈现周期性变化，则未装正；

拧紧机构自动拧紧：若判断结果为已装正，控制器控制拧紧机构将螺母拧紧至设定的扭力，拧紧结束后，通过判断长螺栓的拉紧长度来判断是否安装到位；若判断结果为未装正，则先判断各个长螺栓的拉紧长度和安装座的位置，根据各自判断的结果调节对应的拧紧机构进行拧紧或拧松操作，直至判断结果为已装正。

7.根据权利要求6所述的一种发动机轴及轴承安装座自动拧紧方法，其特征在于：

步骤拧紧机构自动拧紧中，若不能通过判断各个螺栓的拉紧长度来判断安装座的位置，则进行动态调整，对各套拧紧机构逐一用小扭力试拧紧，当发现拧紧某套拧紧机构时轴扭力减小，则持续拧紧该套拧紧机构；当发现拧紧某套拧紧机构时轴扭力增大，则拧松该套拧紧机构，在动态调整过程中，如果轴扭力持续小于预定值，则说明安装座已调整装正。

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