一种可控扭矩冲击扳手扭矩在线测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可控扭矩冲击扳手扭矩在线测量方法及装置。针对施扭作业现场工作环境以及螺栓工作的弹性阶段，对同一批次多套待施扭螺纹副和工件以同一工艺施扭，测量和建立准确的动态扭矩与转角关系式并保存；测量过程中，在线测量装置实时检测冲击施扭中螺栓/螺母的积累转角，将积累转角代入动态扭矩与转角关系式，计算和显示可控扭矩冲击扳手冲击施扭的积累扭矩。本发明专利技术创新地实现了冲击扳手积累扭矩的在线测量，保证了扭矩控制准确度，扩大了冲击扳手的适用范围。了冲击扳手的适用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种可控扭矩冲击扳手扭矩在线测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种可控扭矩冲击扳手扭矩的在线测量方法及装置，尤其是涉及一种在作业现场环境下，针对同一批次待施扭螺栓/螺母和工件对可控扭矩冲击扳手扭矩进行在线测量的方法以及实现可控扭矩冲击扳手扭矩在线测量的测量装置。

技术介绍

[0002]螺纹联接被广泛应用于各种机械结构中，是目前最常用的连接方式。螺纹联接的实质是通过将轴向预紧力控制到适当范围，将两个或多个部件可靠的联接在一起，轴向预紧力是评价螺纹副连接可靠性的重要指标。大量研究表明，轴向预紧力越大，螺纹副抗松动和抗疲劳性能越好，螺栓拧紧至超弹性阶段时效果最好。由于轴向预紧力是内力，目前还无法直接检测和控制，在施扭作业过程中一般是通过扭矩法、扭矩
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转角法、屈服点法和伸长量法等方法和工艺间接控制轴向预紧力在合格范围。控制扭矩或控制扭矩+转角是目前机械结构螺纹副拧紧工艺中的主要方法。目前，国内普通机械结构螺纹副紧固工艺中最常用的是扭矩法，但有逐渐被扭矩
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转角法取代的趋势。
[0003]冲击扳手具有同等功率下输出扭矩大、外形尺寸小、重量轻、能耗低、反力矩小、价格便宜、使用方便等优点，使其在需要大量进行螺纹副施扭的机械制造和维修行业得到广泛应用。它是由原动机经减速机构驱动冲击机构的主动部分（包括主动轴、主压力弹簧和主动冲击块等），经牙嵌的啮合带动从动部分（包括从动冲击块和套筒等）来施扭螺纹副。当螺纹副空程(此时螺纹副端部未与垫片及工件接触)施扭完成超过其静扭矩后，扭矩对扭转角的斜率剧增，主动冲击块开始克服主压力弹簧的初压力而作轴向移动，当超过牙嵌高度时，主动冲击块与从动冲击块脱离，从动冲击块带动套筒对待施扭螺纹副作间歇式旋转冲击动作，依靠多次冲击扭矩的叠加使螺纹副最终紧固。
[0004]冲击扳手的施扭过程是一个扭矩不断积累的动态过程，其扭矩被称为“积累扭矩”。该“积累扭矩”是对现场施扭作业质量进行评价的重要指标，且在相关螺纹联接研究中具有重要的参考价值，因此对“积累扭矩”进行准确的检测具有重大的现实意义。冲击扳手的这种工作特性，造成此类扳手的输出扭矩至今没有可靠和易于实现的检测方法，作为一种动态施扭工具，无法知道其控制的输出扭矩的具体数值以及控扭精度，始终是该类控扭扳手的一大缺憾。当外部条件(如电压、气压)、冲击扳手本身参数(如原动机特性、减速机构效率、主压力弹簧)以及套筒、螺纹副、工件等严格不变时，通过对冲击施扭中的冲击次数或冲击时间进行整定和精确控制，可间接实现对其输出扭矩较高精度（实际是重复性）的控制。对于有扭矩控制要求的场合，由于与要求的扭矩参数不符，更使此类扳手使用受限，只能采用价格很高且使用不够灵活的电动拧紧轴系统，增加了企业成本。
[0005]专利技术专利申请201910653404.3公开了一种冲击扳手旋紧角度、扭矩的检测、读取与控制方法，提出了冲击扳手输出扭矩控制的第三种方法。该专利技术技术的核心是通过检测冲击施扭过程中的螺母/螺栓的总转角或单次转角值控制冲击扳手的输出扭矩，但冲击扳手的输出扭矩数值仍然无法给出。
[0006]申请人提出的专利申请202110464723.7和202120895655.5涉及一种可监控扭矩和转角的套筒扳手智能转换接头及套筒扳手施扭控制方法，其核心是手动施扭作业时，通过实时检测扭矩和转角，采用灯光指示和语音提示方法，引导操作者将扭矩或扭矩和转角施扭到合格值范围，不是检测冲击扳手多次冲击过程中螺母/螺栓接受每次冲击时的扭矩和转角动态变化值，无法用于对冲击扳手的输出积累扭矩进行检测和校准。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术不足，提出一种可控扭矩冲击扳手扭矩的在线测量方法。在施扭作业现场，利用真实的螺纹副和工件对可控扭矩冲击扳手扭矩进行在线测量，提高可控扭矩冲击扳手的控扭准确度，使工件得到准确的轴向预紧力。
[0008]本专利技术同时提出了一种可在施扭作业现场对可控扭矩冲击扳扭矩进行在线测量的可控扭矩冲击扳手扭矩的测量装置，以及利用该装置对可控扭矩冲击扳手扭矩进行在线测量的方法。
[0009]本专利技术采用的技术方案：第一方面，本专利技术提出一种可控扭矩冲击扳手扭矩的在线测量方法：螺纹副施扭过程中的扭矩，分为动态扭矩和静态扭矩。动态扭矩是螺纹副克服动态摩擦所达到的扭矩，静态扭矩是对已处于拧紧状态的螺纹副继续拧紧且螺纹旋合面之间刚刚发生转动时克服静态摩擦所达到的最大扭矩。对于硬连接形式的螺纹副，静态扭矩大于动态扭矩，而软连接形式的螺纹副，静态扭矩小于动态扭矩。通常技术文件中规定的螺纹副紧固扭矩是指动态扭矩，而检验员采用扭力扳手抽检时检测的是静态扭矩，由于动态扭矩与静态扭矩间存在较大差异，为企业进行扭矩监控造成很大麻烦，不利于提高产品质量。为了保证校准准确度，本专利技术公开的测量方法，测量的扭矩是动态扭矩。
[0010]如图1所示，螺纹副施扭过程，可分为如下三个阶段：施扭过程中，当螺母/螺栓旋转走完空程接触工件或垫圈，此时各接触表面接触点很少或因工件与周围构件间的摩擦力，以及垫圈弯曲等原因，所施加扭矩很小，但扭矩增长率ΔT与转角增长率Δα的比率增长很迅速，在“A”点贴紧过程完成，此时的扭矩为贴紧扭矩Ts，此阶段（O
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A段）为贴紧阶段；螺母/螺栓与工件贴紧后，继续施扭，螺栓被拉长的同时工件被压缩，此时的扭矩增长率ΔT对转角增长率Δα的比率保持基本不变，此阶段的扭矩与转角以及轴向预紧力与转角均呈线性关系，此阶段(A
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B段)为弹性阶段；继续施扭，当螺栓所受轴向预紧力达到屈服点时，扭矩增长率ΔT对转角增长率Δα的比率逐渐变小，在同样的转角增量下，扭矩增量减小，扭矩与转角由直线关系变为曲线关系，此阶段（B
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C段）为超弹性阶段。
[0011]实时测量动态扭矩和转角并连续计算扭矩增长率ΔT对转角增长率Δα的比率k值，将k值代入通过试验建立的计算曲线与直线交点坐标的数学模型中，计算确定如图1所示的动态扭矩
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转角曲线上A点和B点的位置坐标和贴紧扭矩Ts，采用线性回归计算在曲线中A
‑
B段的扭矩系数ke值。
[0012]在弹性阶段(A
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B段)施扭时，扭矩T=Ts+ke*P*C*d*(αe/360
°
),式中：Ts为贴紧扭矩，ke为在弹性阶段的扭矩系数，C为与螺纹副及被联接件相关的刚度，d为螺纹中径，P为螺纹的螺距，αe为螺母/螺栓转过的角度值。对于特定的待施扭工件和螺纹副，“d、P、C”等参数为定值，设Kc=d*P*C，而扭矩系数ke与螺纹副和工件的摩擦表面粗糙度、润滑状况、表面镀
层、材料硬度、螺纹副的配合公差、加工精度（圆柱度、直线度、牙形误差、螺距误差等）、装配清洁度有关，即使同一批待施扭工件、螺栓/螺母和垫圈并采用同一种施扭工艺，ke值也存在一定散差（如图2所示），缩小散差有利于提高扭矩控制精度。
[0013]缩小散差的方法为：针对同一批次工件、螺栓/螺母和垫圈并采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可控扭矩冲击扳手扭矩在线测量方法，用于在作业现场对可控扭矩冲击扳手的输出扭矩进行测量，其实现过程如下：S1，根据螺纹副施扭过程中贴紧阶段、弹性阶段、超弹性阶段的扭矩与转角关系，采用扭矩传感器和转角传感器实时测量动态扭矩和转角，建立如下的动态扭矩与转角关系曲线：其中：O
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A段为贴紧阶段，当螺母/螺栓旋转走完空程接触工件和垫圈时，所用扭矩很小，但单位时间内扭矩增量ΔT与转角增量Δα的比率较快增长，在“A”点完成贴紧过程，此时的扭矩为贴紧扭矩Ts；A
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B段为弹性阶段，螺母/螺栓与工件和垫圈贴紧后，继续施扭，螺栓被拉长的同时工件被压缩，单位时间内扭矩增量ΔT与转角增量Δα的比率k值保持基本不变，此阶段的扭矩与转角以及轴向预紧力与转角均呈线性关系；B
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C段为超弹性阶段，继续施扭，当螺栓所受轴向预紧力达到屈服点时，单位时间内扭矩增量ΔT与转角增量Δα的比率逐渐变小，即在同样的转角增量下，扭矩增量减小，扭矩与转角由直线关系变为曲线关系；S2，利用实时测量得到的动态扭矩与转角曲线的坐标点数据，连续计算k值，将k值代入通过试验建立的计算曲线与直线交点的数学模型中，计算确定A点和B点的位置坐标和贴紧扭矩Ts，采用线性回归计算A
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B段的k值，表示为ke；此阶段的扭矩：T=Ts+ke*P*C*d*(αe/360
°
)
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（1）式（1）及动态扭矩与转角关系曲线中：Ts为贴紧扭矩，ke为A
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B段的扭矩系数，C为与螺纹副及工件相关的刚度，d为螺纹中径，P为螺纹的螺距，αe为转角值；对于特定的待施扭工件和螺纹副，参数d、P、C为定值，定义Kc=d*P*C，式（1）改写为：T=Ts+Kc*ke(αe/360
°
)
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（2）S3，在空程和贴紧阶段，可控扭矩冲击扳手原动机经减速机构驱动冲击机构的主动冲击部分，再经牙嵌的啮合带动从动冲击部分以自身的静扭矩施扭螺纹副，通过调整主动冲击部分主压力弹簧的参数或预压缩量，得到与贴紧扭矩Ts相近的静扭矩；
在弹性阶段，可控扭矩冲击扳手主动冲击部分的主动冲击块克服主压力弹簧的初压力作轴向移动，超过牙嵌高度后，主动冲击块与从动冲击块脱离，从动冲击块带动套筒以一定的角速率对螺母/螺栓做冲击动作，使螺母/螺栓转动Δθi
‑
1角度后停止，随后剩余的冲击能量使从动冲击块带动套筒及螺母/螺栓回弹Δβi
‑
1角度后停止，完成一次完整冲击过程，此过程中转角增加Δαi
‑
1，扭矩增加ΔTi
‑
1；接着开始下一次冲击过程，使螺母/螺栓转动Δθi，回弹Δβi，转角增加Δαi，扭矩增加ΔTi，此冲击过程重复进行，直至当螺母/螺栓转动角度Δαn=0时，扭矩增加量ΔTn=0，达到一定旋转角速率下的最大转角αmax和可输出的最大扭矩Tmax；单次冲击过程螺母/螺栓的转角增量：Δαi=Δθi－Δβi；总的积累转角αe=Δαn+
…
+Δαi+Δαi
‑
1+
…
+Δα1；式中i为冲击次数序号，i=1,2,
…
，n；S4，实时检测冲击过程中的积累转角αe，并将其代入动态扭矩与转角关系式（2）中，计算并显示可控扭矩冲击扳手在冲击施扭过程中输出的积累扭矩值。2.根据权利要求1所述的可控扭矩冲击扳手扭矩在线测量方法，其特征是：弹性阶段的扭矩系数ke受螺纹副和工件的摩擦表面粗糙度、润滑状况、表面镀层、材料硬度、螺纹副的配合公差、加工精度、装配清洁度影响，即使同一批待施扭工件、螺栓/螺母和垫圈并采用同一种施扭工艺，ke值也存在一定散差，缩小散差有利于提高扭矩测量精度；缩小散差的方法为：在同一批工件、螺栓/螺母和垫圈并采用同一种施扭工艺条件下，在弹性阶段进行多次施扭，每次施扭均采用新工件、螺栓/螺母和垫圈，利用实时测量得到的动态扭矩与转角曲线的坐标点数据，连续计算k值，将k值代入通过试验建立的计算曲线与直线交点的数学模型中，计算确定A点和B点的位置坐标和贴紧扭矩Ts，并对动态扭矩
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转角曲线中A
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B段进行线性回归，计算扭矩系数ke，所述数学模型，用于根据k值变化计算动态扭矩与转角曲线中曲线段与直线段的交点坐标，对得到的一系列ke1，ke2，
…
，ken值和Ts1，Ts2，
…
，Tsn值，进行加权均值化处理，得到缩小散差后的kem、Tsm值，从而得到比关系式（2）更准确的动态扭矩与转角关系式：T=Tsm+Kc*kem*(αe/360
°
)
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（3）在冲击扳手冲击施扭过程中，实时测量在弹性阶段即A
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B段的积累转角αe，利用关系式（3），实时计算并显示冲击扳手输出的积累扭矩。3.一种可控扭矩冲击扳手扭矩在线测量装置，装置本体（10）包括驱动方孔（11）、输出方榫...

【专利技术属性】
技术研发人员：王留军，刘明，陈亮，张中央，刘芳，田宏图，
申请(专利权)人：郑州时享电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：