CN218658757U - 一种扭矩实时监测结构以及拧紧工具 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种扭矩实时监测结构，包括：动力机构，包括第一空心柱以及与电机，电机的动力轴嵌入于第一空心柱内，动力轴端部设有太阳齿轮；扭矩传感器，固定嵌入于第一空心柱内，动力轴贯穿扭矩传感器；减速机构，包括第二空心柱以及内齿轮圈，内齿轮圈上啮合有三个行星齿轮，三个行星齿轮中心处设有太阳齿轮，且行星齿轮均与太阳齿轮啮合；输出机构，包括传动轴以及输出轴，传动轴端面上设置有定位销，行星齿轮分别转动设置于定位销上；电控机构，包括主控装置以及与主控装置电连接并用于驱动电机转动的驱动装置，且驱动装置还连接有电池组件。另外，本申请还公开一种包括上述扭矩实时监测结构的拧紧工具。

Description

一种扭矩实时监测结构以及拧紧工具

技术领域

本申请涉及电动装配工具技术领域，特别涉及一种用于输出轴的扭矩实时监测结构。另外，本申请还涉及一种包含上述扭矩实时监测结构的拧紧工具。

背景技术

目前，电池拧紧工具是以电动马达为动力，有效高速地装载螺纹联接件的手持式电动拧紧工具，是电动工具的一类。它主要用于对扭矩精度有严格要求的拧紧装配应用，主要行业涉及汽车及其零配件、发动机、电子行业、轨道交通、白色家、电工程机械等。

电池拧紧工具是一种以电力将机内高速旋转件具有的动能转换为螺纹联接件的变形能，从而将螺纹联接件拧紧至一定扭矩的电动工具。它的基本结构一般由打击组件、减速组件、控制组件、壳体组件等部分组成。电池拧紧工具既可初紧又可终紧，它的使用是先调节扭矩，再紧固螺栓，它可以设定扭矩，高效率的完成拧紧工作。

目前市场上普遍电动拧紧扳手，大体都是电机马达直联减速器做功输出，重心均偏重电机性能和转轴强度，对于输出轴扭矩采用机械刻度化调扭或部分定扭，扭矩输出不稳定，扭矩过大或过小，会导致输出轴受损或螺栓旋拧不牢固，工具整体使用受限。

因此，针对上述技术问题，如何提供一种可实时监测输出轴旋转扭矩，并根据扭矩调节输出轴转速直至最终旋紧的扭矩实时监测结构是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种扭矩实时监测结构，此结构能够实时监测输出轴的扭矩，并根据扭矩的大小调节输出轴的转速，直至最终旋紧后输出轴停转。另外，本申请还提供一种包括上述扭矩实时监测结构的拧紧工具。

为实现上述目的，本申请提供一种扭矩实时监测结构，它包括手柄壳体，还包括：

动力机构，包括固定于所述手柄壳体上的第一空心柱以及与所述第一空心柱固定连接的电机，所述电机的动力轴嵌入于所述第一空心柱内，且两者同轴设置，所述动力轴背离所述电机的端部设置有太阳齿轮；

扭矩传感器，固定嵌入于所述第一空心柱内，并与所述第一空心柱同轴设置，且所述动力轴贯穿所述扭矩传感器；

减速机构，卡接于所述扭矩传感器背离所述电机的端部，包括与所述扭矩传感器卡接的第二空心柱以及沿所述第二空心柱内壁周向固定设置的内齿轮圈，所述内齿轮圈上啮合有三个行星齿轮，三个所述行星齿轮所在轴心组成的圆周的圆心处设有太阳齿轮，且三个所述行星齿轮均与所述太阳齿轮啮合；

输出机构，包括嵌入于所述第二空心柱内并与之转动设置的传动轴以及设置在所述传动轴上并伸出所述第二空心柱的输出轴，所述传动轴背离所述输出轴的端面上设置有三个定位销，三个所述行星齿轮分别转动设置于三个所述定位销上；

电控机构，包括用于接收所述扭矩传感器反馈信号的主控装置以及与所述主控装置电连接并用于驱动所述电机转动的驱动装置，且所述驱动装置还连接有电池组件。

优选地，所述第一空心柱、所述动力轴、所述扭矩传感器、所述第二空心柱、所述传动轴、所述输出轴六者同轴设置。

优选地，所述扭矩传感器端部周向分布有花键，所述第二空心柱的侧壁上周向设置有键槽，所述键槽与所述花键对应卡接。

优选地，上述扭矩实时监测结构还包括与所述第一空心柱外壁螺纹连接的外壳，所述输出轴贯穿所述外壳并伸出在所述外壳外侧，所述外壳用于包裹所述扭矩传感器、所述减速机构，并对所述输出轴轴向限位。

优选地，所述第二空心柱内固定设有第一轴承，所述传动轴通过所述第一轴承与所述第二空心柱转动连接；

所述外壳内固定设有第二轴承，所述输出轴通过第二轴承与所述外壳转动连接，并通过第二轴承对所述输出轴轴向限位。

优选地，伸出在所述外壳外侧的所述输出轴端部设置有自锁套，所述自锁套用于装卸风批头。

优选地，所述电控机构还包括：

扫码组件，固定于所述手柄壳体上，并与所述主控装置电连接，所述扫码组件通过扫码的形式将得到的数据传输至所述主控装置，通过所述主控装置控制所述驱动装置以调整所述电机转动参数；

指示组件，用于和所述主控装置电连接，包括LED指示灯和蜂鸣器，通过所述主控装置的控制所述指示组件声光报警；

屏幕组件，固定于所述手柄壳体上，并与所述主控装置电连接，用于显示所述扭矩传感器的参数。

优选地，所述手柄壳体上设置有开关按钮，所述开关按钮用于控制所述驱动装置、所述电控组件两者与所述电池组件的导通与断开。

优选地，所述主控装置上电连接有通讯组件，所述通讯组件用于将所述主控装置的数据传输至储存终端，用于对数据进行储存和统计。

本申请还提供一种拧紧工具，它包括上述任一项所述的扭矩实时监测结构。

相对于上述背景技术，本申请提供一种扭矩实时监测结构，该结构通过电池组件对驱动装置以及电机供电，当对待拧紧件进行旋紧时，电机转动带动太阳齿轮转动，太阳齿轮带动三个行星齿轮在内齿轮圈自转的同时，并进行公转运动，在三个定位销的作用下带动传动轴以及输出轴转动并拧紧待拧紧件；与此同时，三个行星齿轮在公转的同时，会与内齿轮圈产生反向作用力，反向作用力通过第二空心柱作用在扭矩传感器上，通过扭矩传感器将旋转轴扭矩监测问题转换为定轴扭矩监测问题，将实时数据传输至主控装置，主控装置进行运算处理得到的数据再次传输至驱动装置，从而使驱动装置能够实时控制电机的转动参数；并根据扭矩的大小调节输出轴的转速，直至最终旋紧后输出轴停转。

具体的说，上述扭矩实时监测结构包括动力机构、扭矩传感器、减速机构、输出机构和电控机构，动力机构自身包含电机，能够为输出轴提供转动效果；扭矩传感器与动力机构固定连接，且电机的动力轴贯穿扭矩传感器；减速机构采用行星齿轮减速结构，动力轴上的太阳齿轮带动三个行星齿轮转动，在三个定位销作用下，带动传动轴以及输出轴转动，从而实现旋紧效果；需要说明的是，三个行星齿轮通过与内齿轮圈的反向作用力，将第二空心柱的扭矩参数传输至扭矩传感器，从而完成扭矩数据的实时监测，并通过电控机构完成对电机转速等参数的实时调整。

另外，本申请还提供一种拧紧工具，该工具包括上述扭矩实时监测结构，因此，该拧紧工具也能够对输出轴的扭矩进行实时监测，从而根据扭矩的大小调节输出轴的转速，直至最终旋紧后输出轴停转。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的扭矩实时监测结构的各部分拆解后结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的扭矩实时监测结构的动力机构、扭矩传感器、减速机构、输出机构拆解后结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的扭矩实时监测结构的动力机构、扭矩传感器、减速机构、输出机构组装后的剖面结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的扭矩实时监测结构的电机、扭矩传感器、减速机构、输出机构组装后立体结构示意图；

图5为本申请实施例所提供的扭矩实时监测结构的扭矩传感器与减速机构拆解后的立体结构示意图。

图中：1-外壳，2-输出机构，3-减速机构，4-扭矩传感器，5-动力机构，6-扫码组件，7-LED指示灯，8-屏幕组件，9-主控装置，10-蜂鸣器，11-通讯组件，12-开关按钮，13-驱动装置，14-手柄壳体，15-电池组件，201-定位销，202-传动轴，203-输出轴，204-自锁套，301-第二空心柱，302-内齿轮圈，303-键槽，304-行星齿轮，401-花键，501-第一空心柱，502-电机，503-太阳齿轮。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

如图1至图5所示，在本实施例中，提供一种扭矩实时监测结构，该结构设计时采用采用体积小，扭矩和转速易于控制的电机502作为动力机构5。减速机构3采用结构紧凑，传动比大的行星齿轮机构，为提高工作效率，节省拧紧时间，在工作过程中通过电控机构，控制转速，满足在螺栓拧紧的预紧和锁紧的状态；需要说明的是，在螺栓旋紧的初步预紧阶段，螺母在螺栓上的旋动只需克服螺旋副的摩擦阻力矩，所需拧紧力矩小，可实行快速拧紧；在最终锁紧阶段，螺母和被联接件贴合后增加了贴合力矩，因此需要增大扳手的拧紧力矩，此时可实行低速拧紧。

具体地说，上述扭矩实时监测结构包括动力机构5、扭矩传感器4、减速机构3、输出机构2和电控机构，动力机构5包括固定于手柄壳体14上的第一空心柱501以及与第一空心柱501固定连接的电机502，电机502的动力轴嵌入在第一空心柱501内，且两者同轴设置，且动力轴端部设置有太阳齿轮503；需要说明的是，动力机构5作为该结构的核心零件，也是基础定位组件，因为动力机构5自身包含电机502，而且动力机构5主体大部分与手柄壳体14紧密配合，即手柄壳体14与电机502外轮廓包裹式配合，而且动力机构5本身起到“承前启后”的作用，动力组件前端可嵌入扭矩传感器4和减速机构3，后面又通过接线和电控机构连接。

对于动力机构5与手柄壳体14的固定方式可以有多种，例如采用螺钉固定的方式，在第一空心柱501上加工螺丝孔，与手柄壳体14上的螺丝孔对应，通过螺钉将两者固定连接，当然，固定方式包括但不限于上述给出的方式，这里不再详述。另外，对于电控机构的固定方式，现有工具中的大部分电控元件也已经通过手柄壳体14本身的筋位和轮廓限位和固定好，例如手柄壳体14扣齐后，主控装置9和驱动装置13就限位在卡槽里，然后在通过手柄壳体14本身的其他部位螺钉紧固就完成了完全固定。

而扭矩传感器4同轴嵌入在动力机构5前端的内孔中，即嵌入于第一空心柱501内，且两者保持同轴设置，同时动力轴贯穿扭矩传感器4设置，然后可通过扭矩传感器4周边均布螺纹孔用螺钉匹配锁紧限位；同理这样也理解为动力机构5和手柄壳体14还有扭矩传感器4固定一体。

在上述一体固定的前提下，减速机构3与扭矩传感器4轴向卡接，减速机构3包括与扭矩传感器4卡接的第二空心柱301以及沿第二空心柱301内壁周向固定设置的内齿轮圈302，内齿轮圈302上啮合有三个行星齿轮304，三个行星齿轮304所在轴心组成的圆周的圆心处设有太阳齿轮503，且三个行星齿轮304均与太阳齿轮503啮合，从而构成行星齿轮减速结构。

另外，输出机构2包括嵌入于第二空心柱301内并与之转动设置的传动轴202以及设置在传动轴202上并伸出第二空心柱301的输出轴203，传动轴202背离输出轴203的端面上设置有三个定位销201，三个行星齿轮304分别转动设置于三个定位销201上，三个定位销201和三个行星齿轮304啮合在整个内齿轮圈302里，从而实现太阳齿轮503带动三个行星齿轮304转动，三个行星齿轮304带动输出机构2转动。

需要说明的是，电控机构包括用于接收扭矩传感器4反馈信号的主控装置9以及与主控装置9电连接并用于驱动电机502转动的驱动装置13，且驱动装置13还连接有电池组件15。

综合上述实施例，该监测结构通过电池组件15对驱动装置13以及电机502供电，当对待拧紧件进行旋紧时，电机502转动带动太阳齿轮503转动，太阳齿轮503带动三个行星齿轮304在内齿轮圈302自转的同时，并进行公转运动，在三个定位销201的作用下带动传动轴202以及输出轴203转动并拧紧待拧紧件；与此同时，三个行星齿轮304在公转的同时，会与内齿轮圈302产生反向作用力，反向作用力通过第二空心柱301作用在扭矩传感器4上，通过扭矩传感器4将旋转轴扭矩监测问题转换为定轴扭矩监测问题，将实时数据传输至主控装置9，主控装置9进行运算处理得到的数据再次传输至驱动装置13，从而使驱动装置13能够实时控制电机502的转动参数；并根据扭矩的大小调节输出轴203的转速，直至最终旋紧后输出轴203停转。

在上述实施例的基础上，第一空心柱501、所述动力轴、所述扭矩传感器4、所述第二空心柱301、所述传动轴202、所述输出轴203六者同轴设置，能够确保输出轴203同轴输出做功。

对于减速机构3与扭矩传感器4的卡接方式，在本实施例中，扭矩传感器4端部周向分布有花键401，第二空心柱301的侧壁上周向设置有键槽303，键槽303与花键401对应卡接，从而将减速机构3与扭矩传感器4装配在同一轴线上。

此外，上述扭矩实时监测结构还包括与第一空心柱501外壁螺纹连接的外壳1，输出轴203贯穿外壳1并伸出在外壳1外侧，外壳1用于包裹扭矩传感器4、减速机构3，并对输出轴203轴向限位；也就是说，如图3所示，外壳1从输出轴203的一端套入，并与第一空心柱501螺纹连接，从而将输出机构2、减速机构3、扭矩传感器4包裹，最终完成打击组件的装配对齐，完成装配闭环。只要电机502驱动，输出轴203便可旋转做功。

进一步地，传动轴202通过第一轴承与第二空心柱301转动连接，输出轴203通过第二轴承与外壳1转动连接，同时，第一轴承和第二轴承还起到轴向定位输出机构2的作用。

伸出在外壳1外侧的输出轴203端部设置有自锁套204，自锁套204用于装卸风批头和限位外壳1，至于风批头的设置方式，这里不再赘述，请参照现有技术。

值得注意的是，上述电控机构还包括扫码组件6、指示组件和屏幕组件8，扫码组件6固定在手柄壳体14上，并与主控装置9电连接，扫码组件6通过扫码的形式将得到的数据传输至主控装置9，通过主控装置9控制驱动装置13以调整电机502转动参数；也就是说，可以通过扫码组件6直接对接主控装置9重新控制转速输出，重新通过动力机构5和减速机构3控制输出机构2的扭矩输出，完成工具拧紧动作；需要说明的是，扫码组件6得到的数据是每个工位需要拧紧螺丝的数量或时间等数据，比如发动机关键部位要四个螺丝七秒内以6Nm锁紧，这些数据不需手动调整，可直接扫码完成，方便快捷。

上述指示组件用于和主控装置9电连接，集成于主控装置9上，包括LED指示灯7和蜂鸣器10，并且配套灯罩和植入的传感器控制程序，使用工具提供多方面信息反馈和提示，对于LED提示灯以及蜂鸣器10的具体设置方式和控制形式，请参照现有技术，这里不再赘述。

上述屏幕组件8可以实时记录扭矩传感器4采集到的扭矩参数，可以直观显示，便于工作人员记录和调整。另外，也可以通过通讯组件11将主控装置9的数据传输至储存终端，用于对数据进行储存和统计。

另外，手柄壳体14上设置有开关按钮12，开关按钮12用于控制驱动装置13、电控组件两者与电池组件15的导通与断开，具体设置方式请参照现有技术。

本申请还提供一种拧紧工具，它包括上述任一项扭矩实时监测结构，由于该拧紧工具包括上述扭矩实时监测结构，因此，该拧紧工具也能够对输出轴203的扭矩进行实时监测，从而根据扭矩的大小调节输出轴203的转速，直至最终旋紧后输出轴203停转。另外，拧紧工具的其他部分请参照现有技术，这里不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种扭矩实时监测结构，它包括手柄壳体，其特征在于，还包括：

动力机构，包括固定于所述手柄壳体上的第一空心柱以及与所述第一空心柱固定连接的电机，所述电机的动力轴嵌入于所述第一空心柱内，且两者同轴设置，所述动力轴背离所述电机的端部设置有太阳齿轮；

扭矩传感器，固定嵌入于所述第一空心柱内，并与所述第一空心柱同轴设置，且所述动力轴贯穿所述扭矩传感器；

减速机构，卡接于所述扭矩传感器背离所述电机的端部，包括与所述扭矩传感器卡接的第二空心柱以及沿所述第二空心柱内壁周向固定设置的内齿轮圈，所述内齿轮圈上啮合有三个行星齿轮，三个所述行星齿轮所在轴心组成的圆周的圆心处设有太阳齿轮，且三个所述行星齿轮均与所述太阳齿轮啮合；

输出机构，包括嵌入于所述第二空心柱内并与之转动设置的传动轴以及设置在所述传动轴上并伸出所述第二空心柱的输出轴，所述传动轴背离所述输出轴的端面上设置有三个定位销，三个所述行星齿轮分别转动设置于三个所述定位销上；

电控机构，包括用于接收所述扭矩传感器反馈信号的主控装置以及与所述主控装置电连接并用于驱动所述电机转动的驱动装置，且所述驱动装置还连接有电池组件。

2.根据权利要求1所述的扭矩实时监测结构，其特征在于，所述第一空心柱、所述动力轴、所述扭矩传感器、所述第二空心柱、所述传动轴、所述输出轴六者同轴设置。

3.根据权利要求2所述的扭矩实时监测结构，其特征在于，所述扭矩传感器端部周向分布有花键，所述第二空心柱的侧壁上周向设置有键槽，所述键槽与所述花键对应卡接。

4.根据权利要求2所述的扭矩实时监测结构，其特征在于，还包括与所述第一空心柱外壁螺纹连接的外壳，所述输出轴贯穿所述外壳并伸出在所述外壳外侧，所述外壳用于包裹所述扭矩传感器、所述减速机构，并对所述输出轴轴向限位。

5.根据权利要求4所述的扭矩实时监测结构，其特征在于，所述第二空心柱内固定设有第一轴承，所述传动轴通过所述第一轴承与所述第二空心柱转动连接；

所述外壳内固定设有第二轴承，所述输出轴通过第二轴承与所述外壳转动连接，并通过第二轴承对所述输出轴轴向限位。

6.根据权利要求4所述的扭矩实时监测结构，其特征在于，伸出在所述外壳外侧的所述输出轴端部设置有自锁套，所述自锁套用于装卸风批头。

7.根据权利要求2所述的扭矩实时监测结构，其特征在于，所述电控机构还包括：

扫码组件，固定于所述手柄壳体上，并与所述主控装置电连接，所述扫码组件通过扫码的形式将得到的数据传输至所述主控装置，通过所述主控装置控制所述驱动装置以调整所述电机转动参数；

指示组件，用于和所述主控装置电连接，包括LED指示灯和蜂鸣器，通过所述主控装置的控制所述指示组件声光报警；

屏幕组件，固定于所述手柄壳体上，并与所述主控装置电连接，用于显示所述扭矩传感器的参数。

8.根据权利要求2所述的扭矩实时监测结构，其特征在于，所述手柄壳体上设置有开关按钮，所述开关按钮用于控制所述驱动装置、所述电控组件两者与所述电池组件的导通与断开。

9.根据权利要求2所述的扭矩实时监测结构，其特征在于，所述主控装置上电连接有通讯组件，所述通讯组件用于将所述主控装置的数据传输至储存终端，用于对数据进行储存和统计。

10.一种拧紧工具，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一项所述的扭矩实时监测结构。

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