基於伺服系統的螺紋擰緊機的製作方法
2023-06-22 14:01:36 1
專利名稱：基於伺服系統的螺紋擰緊機的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於擰緊螺紋連接件的擰緊工具。
背景技術：
在汽車生產企業中，大部分的汽車零件都是使用螺栓進行連接的，大量的螺栓需要擰緊。傳統的擰緊工具是氣槍，氣槍是以壓縮空氣為工作介質，用來擰緊和拆卸螺栓。它主要由配氣室、氣動發動機和衝擊部分等三個部分組成。氣動發動機在壓縮空氣帶動下輸出扭矩，衝擊部分一端通過花鍵與發動機轉子相連接，另一端帶動螺栓轉動，將螺栓擰緊或鬆開。衝擊部分是實現扭矩放大和過載保護的關鍵部件，由於扭矩放大是由衝擊力偶實現的，因此現場噪聲和灰塵很大，工人的勞動環境差。操作人員手持不斷抖動的氣槍，一次只能擰緊一個螺栓，裝配效率非常低。對於擰緊程度要求相同的一組螺栓，更是因為擰緊度人為控制而難以達到要求。對於擰緊扭矩非常大或擰緊精度控制較高的螺栓，氣槍更是不能勝任。
發明內容
本發明提供一種基於伺服系統的螺紋擰緊機，以提高裝配效率、提高裝配精度。
本發明解決技術問題所採用的技術方案是本發明的結構特點是以伺服電機為驅動機構，在所述驅動機構與輸出機構之間設置減速機構和扭矩傳感器，所述減速機構採用兩級減速，第一級為行星輪系，以其太陽輪軸與電機直聯、行星輪I與太陽輪及內齒輪I嚙合，以其行星架為輸出；第二級為少齒差傳動，由作為輸入軸的偏以軸、固定不動的內齒輪II、與內齒輪II嚙合的行星輪II組成行星輪系，並由所述行星輪II與固定在支撐圓盤上的輸出軸組成輸出機構，支撐圓盤通過銷軸與行星輪II聯動；採用動態扭矩傳感器，傳感器外殼固聯在內齒輪II上，應變軸在兩端伸出，一端與減速機構中的輸出端直聯，另一端與輸出機構中作為轉動輸入的花鍵套直聯。
與已有技術相比，本發明的有益效果體現在1、本發明尤其適宜於應用在汽車行業，可以對螺栓的擰緊實現比較精確的控制，如對汽車主錐螺母、發動機主軸承蓋螺栓、發動機氣缸缸蓋螺栓、發動機連杆螺栓、底盤變速箱擰緊工位、凸輪軸蓋螺栓、輪胎螺栓、差速器盤螺栓、差速器殼軸承螺栓、前後橋U形螺栓、泵體端蓋螺栓、助力轉向器端蓋螺栓、端面法蘭螺栓、離合器總成等等。
2、本發明具有緊湊的擰緊裝置尺寸，採用伺服交流系統，電機與驅動器分離，減速器與電機直聯，具有尺寸小、減速比大的優點。
3、本發明中的扭矩傳感器在位置設置上靠近輸出端，避免了減速機構效率的影響，使得擰緊機的輸出扭矩為傳感器承受的扭矩。扭矩測量為直接測量，中間不經過扭矩傳遞，因而不存在扭矩傳遞誤差。
4、本發明在控制硬體上可以採用工業控制計算機，使系統穩定，不受工作環境的幹擾，擰緊裝置採用模塊系列化設計，可方便地組合成多軸擰緊機。
圖1為本發明結構示意圖。
圖2為本發明減速機構結構示意圖。
圖3為本發明減速機構傳動原理圖。
圖4為本發明的扭矩傳感器的結構示意圖。
圖5為圖4之側視圖。
圖6為本發明輸出機構結構示意圖。
圖中標號1法蘭I、2太陽輪、3行星架、4行星輪I、5內齒輪I、6銷軸I、7支撐圓盤、8行星輪II、9偏心軸、10內齒輪II、11銷軸II、12輸出軸、13連接套、14法蘭II、15輸出機構、16扭矩傳感器、17減速機構、18驅動機構、19花鍵套、20固定套、21導向套、22擰緊軸、23套筒、24應變軸、25外殼、26外接線插座具體實施例方式參見圖1，本實施例以伺服電機為驅動機構18，在驅動機構18與輸出機構15之間設置減速機構17和扭矩傳感器16。
參見圖2、圖3，本實施例減速機構採用兩級減速。
第一級為行星輪系，包括有1個太陽輪2、1個行星架3、3個行星輪I 4、6個銷軸I 6、1個內齒輪I 5及相關的軸承構件。以其太陽輪2的輪軸與電機直聯、行星輪I 4與太陽輪2及內齒輪I嚙合，以其行星架3為輸出。
第二級為少齒差傳動，具體為二齒差傳動，包括1個偏心軸9、1個支撐圓盤7、2個行星輪II 8、6個銷軸II 11、1個內齒輪II 10及相關的軸承構件。其中，內齒輪II 10與內齒輪I 5為雙聯內齒輪。由作為輸入軸也即轉臂的偏心軸9、固定不動的內齒輪II 10、與內齒輪II 10相嚙合的行星輪II 8組成行星輪系，由行星輪II 8與固定在支承圓盤7上的輸出軸12組成輸出機構，支撐圓盤7通過銷軸II 11與行星輪II 8聯動。
本實施例在第二級少齒差傳動中，在偏心軸9上裝有兩隻行星輪II 8，此結構為雙偏心結構，兩個行星輪II 8於徑向相錯180度安裝，能實現慣性力的平衡，運轉平穩，用很少幾個構件，獲得相當大的傳動比。
具體實施中，該減速機構輸入端由法蘭I1與伺服電機相連，輸出端通過連接套13及法蘭II 14與其下一級機構進行連接。
在圖3所示的減速機構中，Z1為太陽輪I，Z2為行星輪I，Z3為內齒輪I、Z5為內齒輪II，Z3和Z5都加工在雙聯內齒輪上，且固定不轉動，H為行星架，Z4為行星輪II，其傳動比i由下式給出 式中，n電機為伺服電機輸出轉速，n擰緊為減帶機構輸出轉速。
負號表示電機轉向與擰緊轉向方向相反，此機構的傳動比可達100左右。
使用這種傳動形式的減速機構，它的傳遞效率非常高，可達90％以上。
減速機構的工作原理為伺服電機的轉速通過鍵連接傳遞第一級減速的到太陽輪2上，太陽輪2與3個行星輪I 4嚙合，行星輪I 4又與內齒輪I 5嚙合，行星輪I 既自轉又公轉，帶動6個銷軸I 5公轉，由銷軸I 5帶動行星架3轉動。行星架3與偏心軸9通過鍵連接，將轉速傳遞到第二級少齒差行星齒輪傳動，偏心軸9帶動行星輪II 8，行星輪II 8與雙聯內齒輪中的內齒輪II 14嚙合，使得行星輪II既自轉又公轉，帶動銷軸II 10轉動，銷軸II 10帶動輸出軸11轉動，最終將轉帶傳遞給輸出裝置。
參見圖4、圖5，本實施例中，採用動態扭矩傳感器，傳感器外殼25固聯在內齒輪II 10上，應變軸24在兩端伸出，一端與減速機構中的輸出端12直聯，另一端與輸出機構轉動輸入的花鍵套19直聯。外接線插座26固定設置在外殼25上。
該動態扭矩傳感器是以電阻應變計為轉換元件，其外殼25固定不轉動，它的扭矩測量採用應變電測原理，當應變軸24受扭力影響產生微小變形後，粘貼在應變軸24上的應變計阻值發生相應變化，將具有相同應變特性的應變計組成測量電橋，應變電阻的變化即可轉化為電壓信號的變化進行測量。
扭矩傳感器直接與輸出機構中的花鍵套19通過鍵相連接，它將減速機構增大後的扭矩直接傳遞到輸出機構，並使得擰緊機的輸出扭矩為傳感器承受的扭矩，而此扭矩也就是擰緊螺栓的扭矩，這種擰緊扭矩直接測量的方式，有效避免了扭矩傳遞誤差。
參見圖6，在輸出機構中，固定套20與扭矩傳感器的外殼25通過螺栓連接，用於支撐內部其它構件，花鍵套19通過鍵與扭矩傳感器的軸相連接，將扭矩傳到輸出機構，花鍵套19的一端是內花鍵，它與一端是外花鍵的擰緊軸22通過花鍵連接，帶動擰緊軸22轉動，導向套21使擰緊軸22在上下移動時不會前後左右晃動，以使得設置在擰緊軸22前端的套筒23能對準螺栓，擰緊軸22通過其正四方頭與套筒23相連，將擰緊扭矩最終傳到套筒23，由套筒23實施對螺栓的擰緊。
權利要求
1.基於伺服系統的螺紋擰緊機，其特徵是以伺服電機為驅動機構(18)，在所述驅動機構(18)與輸出機構(15)之間設置減速機構(17)和扭矩傳感器(16)，所述減速機構(17)採用兩級減速，第一級為行星輪系，以其太陽輪(2)的輪軸與電機直聯、行星輪I(4)與太陽輪(2)及內齒輪I(5)嚙合，以其行星架(3)為輸出；第二級為少齒差傳動，由作為輸入軸的偏心軸(9)、固定不動的內齒輪II(10)、安裝在偏心軸(9)上並與內齒輪II(10)嚙合的行星輪II(8)組成行星輪系，由所述行星輪II(8)與固定在支撐圓盤(7)上的輸出軸(12)組成輸出機構，支撐圓盤(7)通過銷軸II(11)與行星輪II(8)聯動；採用動態扭矩傳感器，傳感器外殼(25)固聯在內齒輪II(10)上，應變軸(24)在兩端伸出，一端與減速機構中的輸出端(12)直聯，另一端與輸出機構中作為轉動輸入的花鍵套(19)直聯。
2.根據權利要求1所述的基於伺服系統的螺紋擰緊機，其特徵是在所述第二級少齒差傳動中，安裝在偏心軸(9)上的行星輪II(8)為兩隻，呈雙偏心結構，兩隻行星輪II(8)於徑向相錯180度安裝。
全文摘要
基於伺服系統的螺紋擰緊機，其特徵是以伺服電機為驅動機構，驅動與輸出機構間設置減速機構和扭矩傳感器，減速機構採用兩級減速，第一級為行星輪系，第二級為少齒差傳動，採用動態扭矩傳感器，傳感器應變軸一端與減速機構中輸出端直聯，另一端與輸出機構中作為轉動輸入的花鍵套直聯。本發明具有高裝配效率和高裝配精度，尤其適於汽車行業，可以對螺栓的擰緊實現比較精確的控制。
文檔編號B23P19/06GK1603060SQ20041006525
公開日2005年4月6日 申請日期2004年11月2日 優先權日2004年11月2日
發明者林巨廣, 江吉彬, 馬振飛, 何元祥, 任永祥, 衛道柱 申請人:合肥工業大學