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

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CN1603060A CN 200410065257 CN200410065257A CN1603060A CN 1603060 A CN1603060 A CN 1603060A CN 200410065257 CN200410065257 CN 200410065257 CN 200410065257 A CN200410065257 A CN 200410065257A CN 1603060 A CN1603060 A CN 1603060A
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林巨广
江吉彬
马振飞
何元祥
任永祥
卫道柱
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合肥工业大学
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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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