一種數顯定值扭矩扳手

摘 要：通常的數顯扳手并沒有定值的方式，對每一個數值都進行顯示，對于扳手到達所需值時并沒有可靠的卸力方式。本文介紹了一種易顯、可調的數顯定值扳手，改變了以前的機械刻度顯示方式，并通過ADAMS對扳手的結構進行檢驗，提高了數顯扳手的可靠性，具有直觀，實用，精度高等特點。

關鍵詞：定值扳手；數顯；ADAMS

中圖分類號：TS914.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-01

扭矩扳手是設備維修及加工組裝行業中必不可少的工具，被用來擰緊各種螺栓，保證機械設備的可靠聯接和正常使用。通常的數顯扳手多用在做實驗上，而定值扳手在實際的應用中發揮著更大的效用，在到達一定值后自動卸力，防止所要加載的件過載。定值扳手作為控制裝配精度的計量工具，在汽車、飛機、航天等行業得到了越來越廣泛的應用，其應用數量近年來也是成倍增長[1-2]。數顯扳手對每一個數值都進行顯示，對所要到達的數值只能通過聲光報警的方式，通過人工操作達到所需值，極大地影響工作效率，這樣的扳手多用于實驗或者計量等方面。

本文主要介紹一種數顯定值扭矩扳手，并通過ADAMS對扳手的結構進行檢驗。其集成了定值卸力扳手的優點，也可以對數值進行數字的顯示，同時還可以通過微處理器對扳手的數值進行矯正，提高扳手的精度。

一、數顯定值扳手的結構組成

（一）扳手基本結構和工作原理

扳手的機械結構主要是有定值卸力機構構成，扳手的數顯裝置主要是通過圓盤狀的容柵傳感器對數據進行讀取，讓后通過數顯裝置進行顯示。調節輪的轉動改變作用在定值裝置上的壓力并產生傳感器定柵和動柵的相對轉動，傳感器將相對轉動轉化為相對應的扭矩值，并由數顯裝置顯示。傳感器內部產生具有固定相位差的傳感器的驅動信號，并將傳感器的接收信號解調和轉換成數字信號，乘以定值裝置扭矩所對應的系數，轉換成定值裝置設定的扭矩值并顯示，具體如圖1所示。

圖1 定值卸力數顯扭矩扳手的剖面圖

在使用扭矩扳手時，作用在棘輪頭上的力矩會克服卸力塊上的力矩，當在扳手上施加的力矩達到扳手所設定的力矩時，卸力塊與壓力塊通過卸力連接塊折彎，折彎時機構要經過一個死點位置，故當力矩達到最大值之后會變為零，從而達到卸力目的。同時，卸力塊碰到加力桿，發出機械聲響[3]。卸力塊上的力矩主要是通過彈簧的彈力產生的，因此只要測得彈簧的彈力即可換算出所要克服的力矩值。

調節調節輪時會通過推進桿與推動塊對壓力彈簧的壓縮量進行調節，然后通過壓力塊與卸力連接塊會對卸力塊施加一個力矩。推進桿的一端抵在停止塊上，轉動時通過螺紋使推進塊向左移動對彈簧的壓力進行調節。防松塊是為了防止停止塊松動而引起扳手的扭矩發生變化，調節螺釘可對扳手的精度進行調節。

（二）扳手力矩數據采集與顯示

推進桿轉動時，推進桿會通過螺紋把推進塊向前推動，從而改變彈簧的壓縮量，利用圓盤狀傳感器，把彈簧的壓縮量采集出來，然后再利用數顯裝置，把采集到的數據直觀的顯示在液晶屏上，并且利用數顯裝置可對整體的機械裝置的誤差進行校正，使扳手讀出的數據具有更好的精度。扳手的數據采集采用的是圓形的容柵傳感器，圓形容柵傳感器分為動柵和靜柵，相應地成為圓弧狀。

扭矩扳手內部電路方案為，首先通過調整輪設定扳手的扭矩值，然后通過傳感器采集電壓信號，把信號進行放大濾波，輸入到相位差測量電路中；然后將處理過的電壓信號輸入微處理器中，測量占空比，經過計算，校正誤差，將扭矩的實際值在顯示屏中顯示出來[4]。

二、運用ADAMS對扳手結構進行受力分析

進行扳手的機構分析時主要采用的是ADAMS對機構的受力進行分析，從而達到結構優化的目的。

（一）機構的建模及仿真

扳手在進行工作時，由機構的分析可得，機構本身的在受彈簧恒力的情況下會逐漸減小，而彈簧的彈力隨著壓縮量的增大而增大，故整個機構的最大力矩點不應在起始位置，而在中間的某一處，并且由于有死點位置的存在，機構整體在到達死點時的扭矩值為零。

圖2所為機構的Adams建模及仿真，對下圖中對應圖1棘輪頭的軸心添加一向下的運動，同時對這一運動添加可以測量力的傳感器。

從上圖中的左圖可以看出，在初始位置時扳手頭部所受的力為0N，然后逐漸變大（正負代表方向），在0.58s時達到最大。由圖可知，當彈簧的壓縮量為零時，其產生的最大扭矩并不為零。上圖中的右圖為預載荷為0時彈簧長度的變化量，對扳手進行數值調整時主要調整的是這一部分數值。

（二）仿真數據處理

表1中的數據為預載荷變化時測得棘輪頭所受的力與彈簧預載量，其中的棘輪頭受力為每改變一次預載時所產生的最大的力。

對表1的數據進行線性回歸分析，則棘輪頭軸心所受的力y=-55.269x -55.682，棘輪頭的軸心彎矩W=0.0675y=-3.73x-3.76，其中x為彈簧預載量，0.0675為棘輪中心到旋轉軸軸心的距離，其中的相關性R值為0.995，彈簧的預載量與扳手具有嚴格的相關性，說明上述機構具有非常高的可行性。

在扳手的數顯裝置進行顯示時，通過圓盤狀傳感器把彈簧預載量記錄出來，通過彎矩W=-3.73x-3.76，即可設定扳手的工作彎矩。由此可以看出，這種結構制作的扳手可以制作出具有較高精度與可靠性的扳手。但在實際的工作中，這種扳手由于機械結構連接之間的誤差會對扳手的精度產生一定量的影響，采用數顯的方式可對扳手進行試驗檢測，然后把其精度在微處理器上進行調整，從而提高扳手的精度。

三、結束語

本文所述制成的數顯定值扭矩扳手具有可靠，直觀，實用，精度高等特點，改變了以往數顯扳手沒有卸力的缺點，采用軸承連接，減少了構件之間的磨損，提高了扳手的可靠性；采用數顯方式對扳手的預制值進行顯示，對于扳手機構連接間出現的誤差實現了調整的可能，提高了扳手的精度。通過ADAMS的模擬仿真，對扳手機構之間的作用與扳手數值的顯示提供理論依據，同時可對扳手的數顯進行優化，提高其精度。

參考文獻：

[1]周開月，金雅婷，宋春華.小量程數顯扭矩扳手發展研究綜述[J].裝備制造技術，2014（01）：26-28.

[2]宋春華，韋興平.數顯扭矩扳手的研究綜述[J].機床與液壓，2012（04）：106-108.

[3]柴繼新，王恩鋒，孫穎.定值式扭矩扳手自動檢定裝置[J].工業計量，2009（04）：32-33.

[4]陳軍，蒲如平，陳凡.定力矩扳手系統可靠性優化設計方法[J].機械，2003（S1）：25-27.

[作者簡介]薛領（1987.1-），男，河南人，助工，碩士研究生，研究方向：結構設計。