CN1603060A - 基于伺服系统的螺纹拧紧机 - Google Patents

Abstract

基于伺服系统的螺纹拧紧机，其特征是以伺服电机为驱动机构，驱动与输出机构间设置减速机构和扭矩传感器，减速机构采用两级减速，第一级为行星轮系，第二级为少齿差传动，采用动态扭矩传感器，传感器应变轴一端与减速机构中输出端直联，另一端与输出机构中作为转动输入的花键套直联。本发明具有高装配效率和高装配精度，尤其适于汽车行业，可以对螺栓的拧紧实现比较精确的控制。

Description

基于伺服系统的螺纹拧紧机

技术领域：

本发明涉及用于拧紧螺纹连接件的拧紧工具。

背景技术：

在汽车生产企业中，大部分的汽车零件都是使用螺栓进行连接的，大量的螺栓需要拧紧。传统的拧紧工具是气枪，气枪是以压缩空气为工作介质，用来拧紧和拆卸螺栓。它主要由配气室、气动发动机和冲击部分等三个部分组成。气动发动机在压缩空气带动下输出扭矩，冲击部分一端通过花键与发动机转子相连接，另一端带动螺栓转动，将螺栓拧紧或松开。冲击部分是实现扭矩放大和过载保护的关键部件，由于扭矩放大是由冲击力偶实现的，因此现场噪声和灰尘很大，工人的劳动环境差。操作人员手持不断抖动的气枪，一次只能拧紧一个螺栓，装配效率非常低。对于拧紧程度要求相同的一组螺栓，更是因为拧紧度人为控制而难以达到要求。对于拧紧扭矩非常大或拧紧精度控制较高的螺栓，气枪更是不能胜任。

发明内容：

本发明提供一种基于伺服系统的螺纹拧紧机，以提高装配效率、提高装配精度。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明的结构特点是以伺服电机为驱动机构，在所述驱动机构与输出机构之间设置减速机构和扭矩传感器，所述减速机构采用两级减速，第一级为行星轮系，以其太阳轮轴与电机直联、行星轮I与太阳轮及内齿轮I啮合，以其行星架为输出；第二级为少齿差传动，由作为输入轴的偏以轴、固定不动的内齿轮II、与内齿轮II啮合的行星轮II组成行星轮系，并由所述行星轮II与固定在支撑圆盘上的输出轴组成输出机构，支撑圆盘通过销轴与行星轮II联动；采用动态扭矩传感器，传感器外壳固联在内齿轮II上，应变轴在两端伸出，一端与减速机构中的输出端直联，另一端与输出机构中作为转动输入的花键套直联。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明尤其适宜于应用在汽车行业，可以对螺栓的拧紧实现比较精确的控制，如对汽车主锥螺母、发动机主轴承盖螺栓、发动机气缸缸盖螺栓、发动机连杆螺栓、底盘变速箱拧紧工位、凸轮轴盖螺栓、轮胎螺栓、差速器盘螺栓、差速器壳轴承螺栓、前后桥U形螺栓、泵体端盖螺栓、助力转向器端盖螺栓、端面法兰螺栓、离合器总成等等。

2、本发明具有紧凑的拧紧装置尺寸，采用伺服交流系统，电机与驱动器分离，减速器与电机直联，具有尺寸小、减速比大的优点。

3、本发明中的扭矩传感器在位置设置上靠近输出端，避免了减速机构效率的影响，使得拧紧机的输出扭矩为传感器承受的扭矩。扭矩测量为直接测量，中间不经过扭矩传递，因而不存在扭矩传递误差。

4、本发明在控制硬件上可以采用工业控制计算机，使系统稳定，不受工作环境的干扰，拧紧装置采用模块系列化设计，可方便地组合成多轴拧紧机。

附图说明：

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明减速机构结构示意图。

图3为本发明减速机构传动原理图。

图4为本发明的扭矩传感器的结构示意图。

图5为图4之侧视图。

图6为本发明输出机构结构示意图。

图中标号：1法兰I、2太阳轮、3行星架、4行星轮I、5内齿轮I、6销轴I、7支撑圆盘、8行星轮II、9偏心轴、10内齿轮II、11销轴II、12输出轴、13连接套、14法兰II、15输出机构、16扭矩传感器、17减速机构、18驱动机构、19花键套、20固定套、21导向套、22拧紧轴、23套筒、24应变轴、25外壳、26外接线插座、

具体实施方式：

参见图1，本实施例以伺服电机为驱动机构18，在驱动机构18与输出机构15之间设置减速机构17和扭矩传感器16。

参见图2、图3，本实施例减速机构采用两级减速。

第一级为行星轮系，包括有1个太阳轮2、1个行星架3、3个行星轮I 4、6个销轴I 6、1个内齿轮I 5及相关的轴承构件。以其太阳轮2的轮轴与电机直联、行星轮I 4与太阳轮2及内齿轮I啮合，以其行星架3为输出。

第二级为少齿差传动，具体为二齿差传动，包括1个偏心轴9、1个支撑圆盘7、2个行星轮II 8、6个销轴II 11、1个内齿轮II 10及相关的轴承构件。其中，内齿轮II 10与内齿轮I 5为双联内齿轮。由作为输入轴也即转臂的偏心轴9、固定不动的内齿轮II 10、与内齿轮II 10相啮合的行星轮II 8组成行星轮系，由行星轮II 8与固定在支承圆盘7上的输出轴12组成输出机构，支撑圆盘7通过销轴II 11与行星轮II 8联动。

本实施例在第二级少齿差传动中，在偏心轴9上装有两只行星轮II 8，此结构为双偏心结构，两个行星轮II 8于径向相错180度安装，能实现惯性力的平衡，运转平稳，用很少几个构件，获得相当大的传动比。

具体实施中，该减速机构输入端由法兰I1与伺服电机相连，输出端通过连接套13及法兰II 14与其下一级机构进行连接。

在图3所示的减速机构中，Z1为太阳轮I，Z2为行星轮I，Z3为内齿轮I、Z5为内齿轮II，Z3和Z5都加工在双联内齿轮上，且固定不转动，H为行星架，Z4为行星轮II，其传动比i由下式给出：

式中，n_电机为伺服电机输出转速，n_拧紧为减带机构输出转速。

负号表示电机转向与拧紧转向方向相反，此机构的传动比可达100左右。

使用这种传动形式的减速机构，它的传递效率非常高，可达90％以上。

减速机构的工作原理为：伺服电机的转速通过键连接传递第一级减速的到太阳轮2上，太阳轮2与3个行星轮I 4啮合，行星轮I 4又与内齿轮I 5啮合，行星轮I 既自转又公转，带动6个销轴I 5公转，由销轴I 5带动行星架3转动。行星架3与偏心轴9通过键连接，将转速传递到第二级少齿差行星齿轮传动，偏心轴9带动行星轮II 8，行星轮II 8与双联内齿轮中的内齿轮II 14啮合，使得行星轮II既自转又公转，带动销轴II 10转动，销轴II 10带动输出轴11转动，最终将转带传递给输出装置。

参见图4、图5，本实施例中，采用动态扭矩传感器，传感器外壳25固联在内齿轮II 10上，应变轴24在两端伸出，一端与减速机构中的输出端12直联，另一端与输出机构转动输入的花键套19直联。外接线插座26固定设置在外壳25上。

该动态扭矩传感器是以电阻应变计为转换元件，其外壳25固定不转动，它的扭矩测量采用应变电测原理，当应变轴24受扭力影响产生微小变形后，粘贴在应变轴24上的应变计阻值发生相应变化，将具有相同应变特性的应变计组成测量电桥，应变电阻的变化即可转化为电压信号的变化进行测量。

扭矩传感器直接与输出机构中的花键套19通过键相连接，它将减速机构增大后的扭矩直接传递到输出机构，并使得拧紧机的输出扭矩为传感器承受的扭矩，而此扭矩也就是拧紧螺栓的扭矩，这种拧紧扭矩直接测量的方式，有效避免了扭矩传递误差。

参见图6，在输出机构中，固定套20与扭矩传感器的外壳25通过螺栓连接，用于支撑内部其它构件，花键套19通过键与扭矩传感器的轴相连接，将扭矩传到输出机构，花键套19的一端是内花键，它与一端是外花键的拧紧轴22通过花键连接，带动拧紧轴22转动，导向套21使拧紧轴22在上下移动时不会前后左右晃动，以使得设置在拧紧轴22前端的套筒23能对准螺栓，拧紧轴22通过其正四方头与套筒23相连，将拧紧扭矩最终传到套筒23，由套筒23实施对螺栓的拧紧。

Claims (2)

1、基于伺服系统的螺纹拧紧机，其特征是以伺服电机为驱动机构(18)，在所述驱动机构(18)与输出机构(15)之间设置减速机构(17)和扭矩传感器(16)，所述减速机构(17)采用两级减速，第一级为行星轮系，以其太阳轮(2)的轮轴与电机直联、行星轮I(4)与太阳轮(2)及内齿轮I(5)啮合，以其行星架(3)为输出；第二级为少齿差传动，由作为输入轴的偏心轴(9)、固定不动的内齿轮II(10)、安装在偏心轴(9)上并与内齿轮II(10)啮合的行星轮II(8)组成行星轮系，由所述行星轮II(8)与固定在支撑圆盘(7)上的输出轴(12)组成输出机构，支撑圆盘(7)通过销轴II(11)与行星轮II(8)联动；采用动态扭矩传感器，传感器外壳(25)固联在内齿轮II(10)上，应变轴(24)在两端伸出，一端与减速机构中的输出端(12)直联，另一端与输出机构中作为转动输入的花键套(19)直联。

2、根据权利要求1所述的基于伺服系统的螺纹拧紧机，其特征是在所述第二级少齿差传动中，安装在偏心轴(9)上的行星轮II(8)为两只，呈双偏心结构，两只行星轮II(8)于径向相错180度安装。

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