一種用於螺紋接頭的安裝過程的方法與流程
2023-05-28 09:07:11 1
本發明涉及一種利用手持動力工具，以螺紋接頭的安裝過程來獲得高夾持力精度的方法。
具體的，本發明提供一種這樣一種改進方法，其用於：通過在螺紋接頭中補償針對摩擦力的所施加的緊固扭矩，利用手持動力工具的方式，在螺紋接頭的緊固中獲得高夾持力精度。
背景技術：
在螺紋接頭安裝方法中，為了達到滿足要求的夾持力精度所公知不確定因素是在所測量的施加的緊固扭矩上的摩擦力的影響，不僅是摩擦力本身還有摩擦係數的變化。這使得所測量的施加的緊固扭矩不與夾持力相關的扭矩相對應，這導致了通過接頭而得到的夾持力的不確定性和分散性。
在美國專利US 5,571,971中，其描述了這樣一種用於處理相關摩擦問題的方法：關於由所測量的施加的緊固扭矩產生的夾持力，通過從施加至螺紋接頭的緊固扭矩中減去鬆動扭矩，其旨在補償摩擦力並因此提高了精度。這個所描述的方法的劣勢在於，其不會包括任何用於確定與不動點相關的螺紋接頭的真實的和精確的旋轉運動的測量，這就意味著在確定關聯有扭矩的夾持力的精度將會相當差。產生扭矩的夾持力的計算將很大地依賴於在過程中與不動點相關的螺紋接頭的角位置的精度確定。
因此，在上述的摩擦力補償方法的方式中，不得不加入與不動點相關的螺紋接頭的角度位移的精度和可靠的測量。當螺紋接頭以手持扭矩傳遞動力工具的形式進行緊固時，這就形成了一種實際的問題，因為這種類型的緊固過程中，動力工具殼體被人為地支撐，施加在工具殼體上的反作用扭矩被操作者抵消，這就意味著將會不可避免的發生一些關於工具的輸出軸的旋轉軸線和相關於不動點的動力工具殼體的角度位移。這就意味著通常執行的與工具殼體相關的輸出軸旋轉的配準(registration)不會呈現出與不動點相關的真實的輸出軸角度位移。因此，接頭的配準的緊固角不會正確並且會消極地影響上面描述的摩擦補償方法的精度。
技術實現要素：
本發明的目的在於建立一種用於在螺紋接頭的緊固期間利用手持動力來獲得高夾持力精度的方法。
根據本發明的第一方面，其涉及一種在螺紋接頭安裝過程中利用手持扭矩傳遞動力工具獲得高夾持力精度的方法，該手持扭矩傳遞動力工具包括殼體、電機驅動的輸出軸，該電機驅動的輸出軸繞旋轉軸線在殼體中可旋轉地支撐，該方法包括如下步驟：
·在螺紋接頭安裝過程的特定間隔時期，配準施加在接頭上的緊固扭矩，配準相對於殼體的輸出軸的旋轉運動，以及配準關於旋轉軸線的並與不動點相關的殼體的所發生的角度位移；
·在螺紋接頭安裝過程的特定間隔時期，配準施加在接頭上的鬆動扭矩，配準相對於殼體的輸出軸的旋轉運動，以及配準關於旋轉軸線的並與不動點相關的殼體的所發生的角度位移；
·通過將輸出軸相對於殼體的旋轉運動與所配準的關於旋轉軸線的並與不動點相關的殼體的所發生的角度位移進行比較，計算輸出軸相對於不動點的真實的旋轉運動；
·將在所述的特定間隔時期內施加的緊固扭矩與在所述的特定間隔時期內施加的鬆動扭矩進行比較，從而確定夾持力相關緊固扭矩；
·將所確定的夾持力相關緊固扭矩與所計算的相對於不動點的輸出軸的旋轉運動相關聯，以確定螺紋接頭的夾持力係數；以及基於確定的該夾持力係數，通過施加扭矩而將螺紋接頭緊固到目標夾持力水平，從而完成螺紋接頭安裝過程。
考慮到組件的質量和/或安全的關鍵性，根據本發明的方法還可以將手持動力工具的使用擴展至包含有螺紋接頭的目標組件。這種用於緊固關鍵螺紋接頭的手持動力工具的擴展使用也意味著在之前需要固定緊固紡錘體的一些應用中具有了提高的生產力。
在本發明的一個具體實施例中，相對於不動點的殼體的所發生的角度位移通過由一個或多個附接到殼體的加速計單元所傳遞的信號來配準。
在本發明的另一個具體實施例中，相對於不動點的殼體的所發生的角度位移通過由一個或多個附接到殼體的加速計單元所傳遞的信號來配準。
通過如下具體的說明，本發明的具體的優點和特徵將會顯現。
附圖說明
下面將參考所附附圖對本發明的優選實施方案進行具體的描述。
圖1示出了根據本發明的螺紋接頭緊固方法的初始階段的示意圖；
圖2示出了根據本發明的方法的第二階段的示意圖；
圖3示出了適用於執行根據本發明的方法的扭矩傳遞動力工具的側視圖；
圖4示出了圖3中的動力工具的頂視圖。
具體實施方式
根據本發明的方法是基於之前描述的方法(如美國專利US5,571,971)，其中的相關的改進是嘗試在測量出的所施加的緊固扭矩和在螺紋接頭中所獲得夾持力之間來獲得。基本上，該方法包括接頭的螺紋接頭緊固和鬆動運動的順序，其中施加的扭矩被測量。在施加在緊固方向上的扭矩T緊固與施加在鬆動方向上的扭矩T鬆動之間確定的差給出了在接頭中的摩擦力的量的信息。這通過如下公式示出：
T緊固＝T摩擦+T夾持
T鬆動＝T摩擦－T夾持
結果為：T夾持＝1/2(T緊固－T鬆動)
如圖1中的線性曲線1所示，利用緊固扭矩，螺紋接頭初始地緊固至特定點2(其由角位置定義)，因此達到的扭矩量正好低於在點8中的假定目標扭矩水平TT下。施加的扭矩通過在使用中的動力工具中的扭矩傳感器配準。然後在點4中對接頭施加鬆動扭矩，該鬆動扭矩導致了在特定角度間隔(其在和之間延展)之間的接頭的反向旋轉，如在圖中的數字3所示。如圖1和上面的公式所示，根據安裝在接頭中的夾持力將會作用在鬆動方向的事實，鬆動扭矩大致上會小於緊固扭矩。在緊固操作和鬆動操作期間，摩擦力將會假設為相同的，但是在兩個操作期間，施加的扭矩方向相反。如上述的公式中所描述的，在鬆動操作和緊固操作兩者當中，夾持產生扭矩T夾持將會作用為鬆動接頭，並因此在緊固操作期間會增加到摩擦扭矩T摩擦中，但是在鬆動操作期間會從摩擦扭矩T摩擦中減去。
因此，通過測量緊固扭矩T緊固和鬆動扭矩T鬆動之間的差，可以計算出夾持產生扭矩T夾持和摩擦力T摩擦的量。通常地，夾持產生扭矩T夾持與摩擦相關扭矩T摩擦的10％一樣低。為了獲得作用在螺紋接頭中的摩擦力的冗餘測量，在角位置緊固扭矩可以再次施加在接頭上，如數字5所示。在圖1中的示例性的展示中，在再次緊固期間在角位置5和6之間所發生的線性扭矩增長水平略低於到點2的初始緊固。在首次緊固和隨後的鬆動期間，作為接頭特定停止的結果和由於機械磨損和使摩擦生成表面的平滑的一些情況所導致的結果，這可能會發生。但是在點1到點2之間的從到的上緊固曲線與點4到點3之間的從到的下鬆動曲線之間的差，代表夾持力相關扭矩的兩倍，並且對於夾持力相關扭矩的種類，在角位置5和6之間的再次緊固的分析也不是必要的。
通過取決於螺紋接頭的物理特性的螺栓特定常數C夾持的方式，例如直徑和螺距，在角度間隔中可以計算出夾持力相關扭矩T夾持。根據下式，夾持力F夾持與夾持力相關扭矩T夾持成比例：
F夾持＝C夾持×T夾持
如圖2中的圖所示的，從和之間的緊固和鬆動操作期間獲得的增長夾持力F通過線性曲線表示(其通過特定導數延展)，並且通過推算該曲線上至需要的夾持力目標水平FT，可以確定與夾持力目標水平FT相應的目標角位置緊固操作可以因此被執行至特定目標角位置而不是目標扭矩TT。
所獲得的角位置的精度是很重要的，其中的角位置和以很高的精度確定。如該方法旨在被用於手持動力工具，與工具殼體相關的輸出軸的旋轉運動的常規測量是不夠的，因為施加在工具殼體上的反作用扭矩被人為地抵消，其不可能預見相對於螺紋接頭的旋轉軸線的工具殼體的角度位移。因此，為了獲得該方法的緊固操作和鬆動操作期間的儘可能精確的螺紋接頭的所經過的旋轉角度流逝的配準，其中該方法所發生的相對於不動點的工具殼體的角度位移，在計算方法中不得不進行測量和補償。
在圖3中，示出了適用於執行根據本發明的方法的手持動力工具。該工具包括：具有手持部分11的殼體10，其用於手動支撐該工具；電機驅動的輸出軸13，其相對旋轉軸線A是可旋轉的並且被設置為與將要緊固的螺紋接頭(未示出)連接。該動力工具進一步包括扭矩計和角度傳感器，該扭矩計用於標識傳遞的輸出扭矩，該角度傳感器用於配準輸出軸13相對於工具殼體10的旋轉運動。這些裝置對於這種類型的動力工具而言是通常的類型並且沒有詳細的示出。該動力工具經由線纜14與動力源連接。
為了測量和配準關於輸出軸13的旋轉軸線的並與不動點相關的工具殼體10所發生的角度位移，這裡裝配有附接至殼體10的陀螺儀單元15。利用該陀螺儀單元15，可以配準關於輸出軸13的旋轉軸線A的並與不動點相關的工具殼體10的任何角度位移X。所述不動點可以為與螺紋接頭或者周圍環境相鄰的任意固定點。該配準的工具殼體10的角度位移根據由利用陀螺儀單元15傳遞的信號來計算並且從由在工具殼體10中的角度傳感器配準的旋轉角度扣除，以獲得相對於不動點的螺紋接頭的真實的經過的角度運動。
未示出的可編程計算單元可以布置在工具自身的板上或者為經由線纜14或者任意類型的無線通訊而連接至工具的單獨的單元。
應當理解的是本發明並不限制於描述的實施例，而是在權利要求的範圍內具有不同的變化。例如，在緊固操作期間的工具殼體的所發生的角度位移X可以被其他類型的傳感器測量和配準，例如假定與陀螺儀單元合併的加速計。