沖擊扭矩實驗裝置結構設計

2020-09-10 07:22:44李莎張長富

內燃機與配件 2020年23期

李莎張長富

摘要：針對目前裝配線中螺紋連接工作效率低、對工作質量精度高要求等問題。本文通過UG8.5設計出理論裝配模型，通過行星輪系、機械沖擊、扭矩傳感等裝置，可以實現沖擊扭矩實驗裝置對螺栓緊固過程中進行檢測、反饋、顯示和控制等功能。

Abstract： Aiming at the low working efficiency and high precision of thread connection in assembly line. In this paper， a theoretical assembly model is designed through UG8.5. Through planetary gear train， mechanical impact， torque sensing and other devices， the impact torque experimental device can perform functions such as detection， feedback， display and control during bolt fastening.

關鍵詞：沖擊扭矩;行星輪系;扭矩傳感

Key words： impact torque;planetary gear train;torque sensor

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0012-02

0? 引言

隨著工業的迅速發展，在裝配過程中螺紋連接因其可重復拆裝而獲得廣泛的應用，其主要的典型應用情況見表1所示[1]。

在汽車、飛機、航天領域、精密制造領域、智能制造領域等等，需要對裝配精度提出更高的要求，尤其對于一些重要的螺紋連接，不但要求工作效率高，對工作的質量如擰緊力、扭矩等也有準確度要求[2-6]。

本文提出的設計方案是一種沖擊扭矩實驗裝置。整個實驗裝置由動力系統、傳動系統、沖擊系統、檢測控制系統等組成。通過各裝置可以實現在螺栓緊固過程中進行實時檢測、顯示、反饋和控制等功能。其裝置分布圖如圖1所示。

1? 沖擊式扭矩扳手實驗裝置總體設計

沖擊扭矩實驗裝置工作時，實驗若在設定扭矩情況下進行時，實驗裝置進行扭矩加載，到達設定扭矩會提示停車制動;若沒有提前設定扭矩，通過實時觀測采集的實驗數據來決定是否停車制動。實驗通過電流表、電壓表、壓頻轉換器、應變片等采集的實驗數據對實驗裝置進行控制。沖擊扭矩實驗裝置關鍵部件及結構示意圖如圖2所示。

2? 主要部件結構設計

2.1 行星輪系減速裝置

本實驗裝置采用行星輪系對電機輸出的轉速進行減速。行星輪系實物圖如圖3所示。

在行星輪系設計中，為滿足工況邊界條件下最大扭矩300Nm的前提下，其齒輪傳動強度校核計算公式（1）-公式（3）如下：

齒面接觸疲勞強度校核：

齒根彎曲疲勞強度校核：

在軸Ⅵ上的齒輪齒數z1=7，星輪齒數z2=21，太陽輪z3=50。行星架H與軸Ⅴ相連。

即由公式（4）和公式（5）可得軸Ⅴ與軸Ⅵ傳動比為：軸Ⅵ轉43轉時，軸Ⅴ轉7轉，其轉向相反。

2.2 機械沖擊裝置

在實驗中螺栓試件與靶座芯螺紋擰緊大致可以分為三個過程。其沖擊裝置結構實物圖如圖4所示。

首先，螺栓試件與靶座芯螺紋有一段空程階段，其力矩計算公式（6）如下：

其次，螺栓試件與靶座芯擰緊時，榫頭受反作用力不再旋轉，擺錘受反作用力反壓彈簧Ⅱ，擺錘左移當錘頭高過榫頭底部時，此時力矩計算公式（7）如下：

最后，由于彈簧Ⅱ回彈壓力使得擺錘對榫頭施加沖擊打擊，周而復始產生連續沖擊載荷。其整個沖擊過程力矩與沖擊次數關系如圖5所示。

3? 結束語

本文基于UG8.5設計了沖擊扭矩實驗裝置。通過機械結構、機械傳動、信息采集與處理的裝置，來實現對螺栓緊固過程中進行檢測和控制的實驗裝置;通過實驗加載擺錘殼和靶座殼產生微小機械變形，變片Ⅰ和應變片Ⅱ測量電阻變化大小，并轉換為測點的應變值;通過軸Ⅰ、軸Ⅱ、離合器、鋼帶、鋼帶摩擦環等進行制動。最終實現對螺栓緊固過程中進行實時檢測、顯示、反饋和控制等功能。

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