智能型螺母拧紧机的研制(一)


汽车齿轮箱是汽车上的一个很重要的部件，它把发动机传来的运动转变为不同的输出转速和转向, 齿轮箱内各对齿轮副要求有良好的啮合，这对总成的装配质量提出了严格的要求，须对齿轮箱凸缘螺母的预紧力有严格的控制。

目前，一些汽车厂家依然用气枪来拧紧齿轮箱凸缘螺母，这种操作方式不仅劳动强度大，而且不易实现适度的预紧 ，致使生产效率低下，装配质量得不到保证。因此, 本文开发研制了智能螺母强力拧紧机，它用于齿轮箱总成凸缘螺母的拧紧，使齿轮箱装配的自动化和柔性化程度更高，有效的降低了工人的劳动强度，提高了装配质量和生产效率。

 

 

 

1 设计思想

由螺纹连接件材料特性、连接状态及连接结构可导出几种联结扭紧力理论，有扭矩拧紧法、扭矩转角法、

螺纹联结件的应变和变形量法以及拧紧扭力矩与拧紧力的比值即斜率法。智能型螺母拧紧机采用扭矩拧紧法，这是常用的拧紧方法，通过螺栓扭矩值来控制被连接件的预紧力，这样预紧力更便于控制，操作简单、直观 。螺栓拧紧过程中，螺栓的预紧力F、拧紧力矩T和摩擦系数及螺纹形状尺寸之间有如下关系： 

 

 

预紧力F与螺纹表面及座面的光洁度、润滑状况、拧紧速度、所用拧紧工具以及反复拧紧时的温度变化有关。

 
 

2 主要结构

整机包括机床床身、加卸载系统、扭矩测量系统及工控机系统等。

 

图1所示中不包括工控机系统。
 

 

机床床身中部安装加载系统，前部安装扭矩测量系统，下半部机身内安装有关的电气控制系统。 

加卸载系统包括电机、变速箱、轴承座、DLD5—40／A 电磁离合器、蜗轮蜗杆减速箱、花健轴、
扭矩加载头以及用于固定齿轮箱总成的连扭头。动力从电机经三角带传递给变速箱，
变速箱把电机传来的动力分成两路，一路是高速，另一路是低速。如图2所示。 

 

变速箱中装有同步器，其输入端的轴齿轮与空套在输出轴上的齿轮4之间装有同步器的花键毂，花键毂以其内外花键分别与输出轴和同步器的接合套作滑动连接，输出轴是通过一个滚针轴承套在输入端的轴齿轮里。

当向右拨动接合套，花键毂的内花键齿圈与同步器中右面的同步环的接合齿圈接合，输入端的轴齿轮通过同步器直接变速箱的输出端将动力经过电磁离合器输送给蜗轮蜗杆减速箱，蜗轮蜗杆是阿基米德型，蜗杆的头数为z，蜗轮的齿数是46齿，减速比i-0.0438，蜗轮的轴做成内花键形式，带动扭矩测量系统中做成外花健轴形式的主轴转动，终将扭矩传给扭矩加载头，拧紧螺栓。

由于本机床是配置在柔性装配线上，装有齿轮箱的合装小车不能承受转矩，因此在拧紧过程中，机床的各个加载环节必须构成一个力的封闭系统，这样才安全可靠，如图3所示 。 

 

扭矩从主轴传给花键套，再到花键扳头，花健扳头再传给扭矩加载头，扭矩加载头拧紧凸缘螺母，扭矩就从凸缘螺母传到齿轮箱上，再传到固定齿轮箱的过渡卡板上，过渡卡板再到大U形卡，大U形卡连着主动轮，通过主动轮和从动轮的啮合，扭矩就传到连扭轴，连扭轴连着传感器，这样扭矩传到传感器，构成了一个力的封闭系统。

扭矩传感器在本身并不转动的情况下，就可测得加载在齿轮箱凸缘螺母上的扭矩，这是这台拧紧机的一个显著的特点。

 

扭矩传感器保证测量精度主要的环节，根据测量精度要求选用航天部701所生产的AKC-22型扭矩传感器，其主要性能指标：

① 扭矩测量量程±1000N ·m。② 测量误差±0．1N ·m。③ 供电电源+-12V。

信号放大器的作用是在专用信号线将测得的扭矩信号进行放大，使输出信号电压达到 一5～5V，送到工控机中多功能卡的A／D，以便工控机采集。