基于伺服系统的螺纹拧紧机技术方案

基于伺服系统的螺纹拧紧机，其特征是以伺服电机为驱动机构，驱动与输出机构间设置减速机构和扭矩传感器，减速机构采用两级减速，第一级为行星轮系，第二级为少齿差传动，采用动态扭矩传感器，传感器应变轴一端与减速机构中输出端直联，另一端与输出机构中作为转动输入的花键套直联。本发明专利技术具有高装配效率和高装配精度，尤其适于汽车行业，可以对螺栓的拧紧实现比较精确的控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于拧紧螺纹连接件的拧紧工具。
技术介绍
在汽车生产企业中，大部分的汽车零件都是使用螺栓进行连接的，大量的螺栓需要拧紧。传统的拧紧工具是气枪，气枪是以压缩空气为工作介质，用来拧紧和拆卸螺栓。它主要由配气室、气动发动机和冲击部分等三个部分组成。气动发动机在压缩空气带动下输出扭矩，冲击部分一端通过花键与发动机转子相连接，另一端带动螺栓转动，将螺栓拧紧或松开。冲击部分是实现扭矩放大和过载保护的关键部件，由于扭矩放大是由冲击力偶实现的，因此现场噪声和灰尘很大，工人的劳动环境差。操作人员手持不断抖动的气枪，一次只能拧紧一个螺栓，装配效率非常低。对于拧紧程度要求相同的一组螺栓，更是因为拧紧度人为控制而难以达到要求。对于拧紧扭矩非常大或拧紧精度控制较高的螺栓，气枪更是不能胜任。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于伺服系统的螺纹拧紧机，以提高装配效率、提高装配精度。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是本专利技术的结构特点是以伺服电机为驱动机构，在所述驱动机构与输出机构之间设置减速机构和扭矩传感器，所述减速机构采用两级减速，第一级为行星轮系，以其太阳轮轴与电机直联、行星轮I与太阳轮及内齿轮I啮合，以其行星架为输出；第二级为少齿差传动，由作为输入轴的偏以轴、固定不动的内齿轮II、与内齿轮II啮合的行星轮II组成行星轮系，并由所述行星轮II与固定在支撑圆盘上的输出轴组成输出机构，支撑圆盘通过销轴与行星轮II联动；采用动态扭矩传感器，传感器外壳固联在内齿轮II上，应变轴在两端伸出，一端与减速机构中的输出端直联，另一端与输出机构中作为转动输入的花键套直联。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在1、本专利技术尤其适宜于应用在汽车行业，可以对螺栓的拧紧实现比较精确的控制，如对汽车主锥螺母、发动机主轴承盖螺栓、发动机气缸缸盖螺栓、发动机连杆螺栓、底盘变速箱拧紧工位、凸轮轴盖螺栓、轮胎螺栓、差速器盘螺栓、差速器壳轴承螺栓、前后桥U形螺栓、泵体端盖螺栓、助力转向器端盖螺栓、端面法兰螺栓、离合器总成等等。2、本专利技术具有紧凑的拧紧装置尺寸，采用伺服交流系统，电机与驱动器分离，减速器与电机直联，具有尺寸小、减速比大的优点。3、本专利技术中的扭矩传感器在位置设置上靠近输出端，避免了减速机构效率的影响，使得拧紧机的输出扭矩为传感器承受的扭矩。扭矩测量为直接测量，中间不经过扭矩传递，因而不存在扭矩传递误差。4、本专利技术在控制硬件上可以采用工业控制计算机，使系统稳定，不受工作环境的干扰，拧紧装置采用模块系列化设计，可方便地组合成多轴拧紧机。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图2为本专利技术减速机构结构示意图。图3为本专利技术减速机构传动原理图。图4为本专利技术的扭矩传感器的结构示意图。图5为图4之侧视图。图6为本专利技术输出机构结构示意图。图中标号1法兰I、2太阳轮、3行星架、4行星轮I、5内齿轮I、6销轴I、7支撑圆盘、8行星轮II、9偏心轴、10内齿轮II、11销轴II、12输出轴、13连接套、14法兰II、15输出机构、16扭矩传感器、17减速机构、18驱动机构、19花键套、20固定套、21导向套、22拧紧轴、23套筒、24应变轴、25外壳、26外接线插座具体实施例方式参见图1，本实施例以伺服电机为驱动机构18，在驱动机构18与输出机构15之间设置减速机构17和扭矩传感器16。参见图2、图3，本实施例减速机构采用两级减速。第一级为行星轮系，包括有1个太阳轮2、1个行星架3、3个行星轮I 4、6个销轴I 6、1个内齿轮I 5及相关的轴承构件。以其太阳轮2的轮轴与电机直联、行星轮I 4与太阳轮2及内齿轮I啮合，以其行星架3为输出。第二级为少齿差传动，具体为二齿差传动，包括1个偏心轴9、1个支撑圆盘7、2个行星轮II 8、6个销轴II 11、1个内齿轮II 10及相关的轴承构件。其中，内齿轮II 10与内齿轮I 5为双联内齿轮。由作为输入轴也即转臂的偏心轴9、固定不动的内齿轮II 10、与内齿轮II 10相啮合的行星轮II 8组成行星轮系，由行星轮II 8与固定在支承圆盘7上的输出轴12组成输出机构，支撑圆盘7通过销轴II 11与行星轮II 8联动。本实施例在第二级少齿差传动中，在偏心轴9上装有两只行星轮II 8，此结构为双偏心结构，两个行星轮II 8于径向相错180度安装，能实现惯性力的平衡，运转平稳，用很少几个构件，获得相当大的传动比。具体实施中，该减速机构输入端由法兰I1与伺服电机相连，输出端通过连接套13及法兰II 14与其下一级机构进行连接。在图3所示的减速机构中，Z1为太阳轮I，Z2为行星轮I，Z3为内齿轮I、Z5为内齿轮II，Z3和Z5都加工在双联内齿轮上，且固定不转动，H为行星架，Z4为行星轮II，其传动比i由下式给出 式中，n电机为伺服电机输出转速，n拧紧为减带机构输出转速。负号表示电机转向与拧紧转向方向相反，此机构的传动比可达100左右。使用这种传动形式的减速机构，它的传递效率非常高，可达90％以上。减速机构的工作原理为伺服电机的转速通过键连接传递第一级减速的到太阳轮2上，太阳轮2与3个行星轮I 4啮合，行星轮I 4又与内齿轮I 5啮合，行星轮I 既自转又公转，带动6个销轴I 5公转，由销轴I 5带动行星架3转动。行星架3与偏心轴9通过键连接，将转速传递到第二级少齿差行星齿轮传动，偏心轴9带动行星轮II 8，行星轮II 8与双联内齿轮中的内齿轮II 14啮合，使得行星轮II既自转又公转，带动销轴II 10转动，销轴II 10带动输出轴11转动，最终将转带传递给输出装置。参见图4、图5，本实施例中，采用动态扭矩传感器，传感器外壳25固联在内齿轮II 10上，应变轴24在两端伸出，一端与减速机构中的输出端12直联，另一端与输出机构转动输入的花键套19直联。外接线插座26固定设置在外壳25上。该动态扭矩传感器是以电阻应变计为转换元件，其外壳25固定不转动，它的扭矩测量采用应变电测原理，当应变轴24受扭力影响产生微小变形后，粘贴在应变轴24上的应变计阻值发生相应变化，将具有相同应变特性的应变计组成测量电桥，应变电阻的变化即可转化为电压信号的变化进行测量。扭矩传感器直接与输出机构中的花键套19通过键相连接，它将减速机构增大后的扭矩直接传递到输出机构，并使得拧紧机的输出扭矩为传感器承受的扭矩，而此扭矩也就是拧紧螺栓的扭矩，这种拧紧扭矩直接测量的方式，有效避免了扭矩传递误差。参见图6，在输出机构中，固定套20与扭矩传感器的外壳25通过螺栓连接，用于支撑内部其它构件，花键套19通过键与扭矩传感器的轴相连接，将扭矩传到输出机构，花键套19的一端是内花键，它与一端是外花键的拧紧轴22通过花键连接，带动拧紧轴22转动，导向套21使拧紧轴22在上下移动时不会前后左右晃动，以使得设置在拧紧轴22前端的套筒23能对准螺栓，拧紧轴22通过其正四方头与套筒23相连，将拧紧扭矩最终传到套筒23，由套筒23实施对螺栓的拧紧。权利要求1.基于伺服系统的螺纹拧紧机，其特征是以伺服电机为驱动机构(18)，在所述驱动机构(18)与输出机构(15)之间设置减速机构(17)和扭矩传感器(16)，所述减速机构(17)采用两级减速，第一级为行星轮系，以其太阳轮(2)的轮轴与电机直联、行星轮I(本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于伺服系统的螺纹拧紧机，其特征是以伺服电机为驱动机构（１８），在所述驱动机构（１８）与输出机构（１５）之间设置减速机构（１７）和扭矩传感器（１６），所述减速机构（１７）采用两级减速，第一级为行星轮系，以其太阳轮（２）的轮轴与电机直联、行星轮Ⅰ（４）与太阳轮（２）及内齿轮Ⅰ（５）啮合，以其行星架（３）为输出；第二级为少齿差传动，由作为输入轴的偏心轴（９）、固定不动的内齿轮Ⅱ（１０）、安装在偏心轴（９）上并与内齿轮Ⅱ（１０）啮合的行星轮Ⅱ（８）组成行星轮系，由所述行星轮Ⅱ（８）与固定在支撑圆盘（７）上的输出轴（１２）组成输出机构，支撑圆盘（７）通过销轴Ⅱ（１１）与行星轮Ⅱ（８）联动；采用动态扭矩传感器，传感器外壳（２５）固联在内齿轮Ⅱ（１０）上，应变轴（２４）在两端伸出，一端与减速机构中的输出端（１２）直联，另一端与输出机构中作为转动输入的花键套（１９）直联。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林巨广，江吉彬，马振飞，何元祥，任永祥，卫道柱，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]