專利名稱：基于伺服系統(tǒng)的螺紋擰緊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于擰緊螺紋連接件的擰緊工具。
背景技術(shù)：
在汽車生產(chǎn)企業(yè)中，大部分的汽車零件都是使用螺栓進(jìn)行連接的，大量的螺栓需要擰緊。傳統(tǒng)的擰緊工具是氣槍，氣槍是以壓縮空氣為工作介質(zhì)，用來擰緊和拆卸螺栓。它主要由配氣室、氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和沖擊部分等三個(gè)部分組成。氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮空氣帶動(dòng)下輸出扭矩，沖擊部分一端通過花鍵與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子相連接，另一端帶動(dòng)螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，將螺栓擰緊或松開。沖擊部分是實(shí)現(xiàn)扭矩放大和過載保護(hù)的關(guān)鍵部件，由于扭矩放大是由沖擊力偶實(shí)現(xiàn)的，因此現(xiàn)場(chǎng)噪聲和灰塵很大，工人的勞動(dòng)環(huán)境差。操作人員手持不斷抖動(dòng)的氣槍，一次只能擰緊一個(gè)螺栓，裝配效率非常低。對(duì)于擰緊程度要求相同的一組螺栓，更是因?yàn)閿Q緊度人為控制而難以達(dá)到要求。對(duì)于擰緊扭矩非常大或擰緊精度控制較高的螺栓，氣槍更是不能勝任。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于伺服系統(tǒng)的螺紋擰緊機(jī)，以提高裝配效率、提高裝配精度。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是以伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與輸出機(jī)構(gòu)之間設(shè)置減速機(jī)構(gòu)和扭矩傳感器，所述減速機(jī)構(gòu)采用兩級(jí)減速，第一級(jí)為行星輪系，以其太陽輪軸與電機(jī)直聯(lián)、行星輪I與太陽輪及內(nèi)齒輪I嚙合，以其行星架為輸出；第二級(jí)為少齒差傳動(dòng)，由作為輸入軸的偏以軸、固定不動(dòng)的內(nèi)齒輪II、與內(nèi)齒輪II嚙合的行星輪II組成行星輪系，并由所述行星輪II與固定在支撐圓盤上的輸出軸組成輸出機(jī)構(gòu)，支撐圓盤通過銷軸與行星輪II聯(lián)動(dòng)；采用動(dòng)態(tài)扭矩傳感器，傳感器外殼固聯(lián)在內(nèi)齒輪II上，應(yīng)變軸在兩端伸出，一端與減速機(jī)構(gòu)中的輸出端直聯(lián)，另一端與輸出機(jī)構(gòu)中作為轉(zhuǎn)動(dòng)輸入的花鍵套直聯(lián)。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明尤其適宜于應(yīng)用在汽車行業(yè)，可以對(duì)螺栓的擰緊實(shí)現(xiàn)比較精確的控制，如對(duì)汽車主錐螺母、發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承蓋螺栓、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缸蓋螺栓、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓、底盤變速箱擰緊工位、凸輪軸蓋螺栓、輪胎螺栓、差速器盤螺栓、差速器殼軸承螺栓、前后橋U形螺栓、泵體端蓋螺栓、助力轉(zhuǎn)向器端蓋螺栓、端面法蘭螺栓、離合器總成等等。
2、本發(fā)明具有緊湊的擰緊裝置尺寸，采用伺服交流系統(tǒng)，電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器分離，減速器與電機(jī)直聯(lián)，具有尺寸小、減速比大的優(yōu)點(diǎn)。
3、本發(fā)明中的扭矩傳感器在位置設(shè)置上靠近輸出端，避免了減速機(jī)構(gòu)效率的影響，使得擰緊機(jī)的輸出扭矩為傳感器承受的扭矩。扭矩測(cè)量為直接測(cè)量，中間不經(jīng)過扭矩傳遞，因而不存在扭矩傳遞誤差。
4、本發(fā)明在控制硬件上可以采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，使系統(tǒng)穩(wěn)定，不受工作環(huán)境的干擾，擰緊裝置采用模塊系列化設(shè)計(jì)，可方便地組合成多軸擰緊機(jī)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明減速機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理圖。
圖4為本發(fā)明的扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖4之側(cè)視圖。
圖6為本發(fā)明輸出機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)1法蘭I、2太陽輪、3行星架、4行星輪I、5內(nèi)齒輪I、6銷軸I、7支撐圓盤、8行星輪II、9偏心軸、10內(nèi)齒輪II、11銷軸II、12輸出軸、13連接套、14法蘭II、15輸出機(jī)構(gòu)、16扭矩傳感器、17減速機(jī)構(gòu)、18驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、19花鍵套、20固定套、21導(dǎo)向套、22擰緊軸、23套筒、24應(yīng)變軸、25外殼、26外接線插座具體實(shí)施例方式參見圖1，本實(shí)施例以伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)18，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)18與輸出機(jī)構(gòu)15之間設(shè)置減速機(jī)構(gòu)17和扭矩傳感器16。
參見圖2、圖3，本實(shí)施例減速機(jī)構(gòu)采用兩級(jí)減速。
第一級(jí)為行星輪系，包括有1個(gè)太陽輪2、1個(gè)行星架3、3個(gè)行星輪I 4、6個(gè)銷軸I 6、1個(gè)內(nèi)齒輪I 5及相關(guān)的軸承構(gòu)件。以其太陽輪2的輪軸與電機(jī)直聯(lián)、行星輪I 4與太陽輪2及內(nèi)齒輪I嚙合，以其行星架3為輸出。
第二級(jí)為少齒差傳動(dòng)，具體為二齒差傳動(dòng)，包括1個(gè)偏心軸9、1個(gè)支撐圓盤7、2個(gè)行星輪II 8、6個(gè)銷軸II 11、1個(gè)內(nèi)齒輪II 10及相關(guān)的軸承構(gòu)件。其中，內(nèi)齒輪II 10與內(nèi)齒輪I 5為雙聯(lián)內(nèi)齒輪。由作為輸入軸也即轉(zhuǎn)臂的偏心軸9、固定不動(dòng)的內(nèi)齒輪II 10、與內(nèi)齒輪II 10相嚙合的行星輪II 8組成行星輪系，由行星輪II 8與固定在支承圓盤7上的輸出軸12組成輸出機(jī)構(gòu)，支撐圓盤7通過銷軸II 11與行星輪II 8聯(lián)動(dòng)。
本實(shí)施例在第二級(jí)少齒差傳動(dòng)中，在偏心軸9上裝有兩只行星輪II 8，此結(jié)構(gòu)為雙偏心結(jié)構(gòu)，兩個(gè)行星輪II 8于徑向相錯(cuò)180度安裝，能實(shí)現(xiàn)慣性力的平衡，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，用很少幾個(gè)構(gòu)件，獲得相當(dāng)大的傳動(dòng)比。
具體實(shí)施中，該減速機(jī)構(gòu)輸入端由法蘭I1與伺服電機(jī)相連，輸出端通過連接套13及法蘭II 14與其下一級(jí)機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接。
在圖3所示的減速機(jī)構(gòu)中，Z1為太陽輪I，Z2為行星輪I，Z3為內(nèi)齒輪I、Z5為內(nèi)齒輪II，Z3和Z5都加工在雙聯(lián)內(nèi)齒輪上，且固定不轉(zhuǎn)動(dòng)，H為行星架，Z4為行星輪II，其傳動(dòng)比i由下式給出 式中，n電機(jī)為伺服電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，n擰緊為減帶機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速。
負(fù)號(hào)表示電機(jī)轉(zhuǎn)向與擰緊轉(zhuǎn)向方向相反，此機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比可達(dá)100左右。
使用這種傳動(dòng)形式的減速機(jī)構(gòu)，它的傳遞效率非常高，可達(dá)90％以上。
減速機(jī)構(gòu)的工作原理為伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過鍵連接傳遞第一級(jí)減速的到太陽輪2上，太陽輪2與3個(gè)行星輪I 4嚙合，行星輪I 4又與內(nèi)齒輪I 5嚙合，行星輪I 既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)，帶動(dòng)6個(gè)銷軸I 5公轉(zhuǎn)，由銷軸I 5帶動(dòng)行星架3轉(zhuǎn)動(dòng)。行星架3與偏心軸9通過鍵連接，將轉(zhuǎn)速傳遞到第二級(jí)少齒差行星齒輪傳動(dòng)，偏心軸9帶動(dòng)行星輪II 8，行星輪II 8與雙聯(lián)內(nèi)齒輪中的內(nèi)齒輪II 14嚙合，使得行星輪II既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)，帶動(dòng)銷軸II 10轉(zhuǎn)動(dòng)，銷軸II 10帶動(dòng)輸出軸11轉(zhuǎn)動(dòng)，最終將轉(zhuǎn)帶傳遞給輸出裝置。
參見圖4、圖5，本實(shí)施例中，采用動(dòng)態(tài)扭矩傳感器，傳感器外殼25固聯(lián)在內(nèi)齒輪II 10上，應(yīng)變軸24在兩端伸出，一端與減速機(jī)構(gòu)中的輸出端12直聯(lián)，另一端與輸出機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)輸入的花鍵套19直聯(lián)。外接線插座26固定設(shè)置在外殼25上。
該動(dòng)態(tài)扭矩傳感器是以電阻應(yīng)變計(jì)為轉(zhuǎn)換元件，其外殼25固定不轉(zhuǎn)動(dòng)，它的扭矩測(cè)量采用應(yīng)變電測(cè)原理，當(dāng)應(yīng)變軸24受扭力影響產(chǎn)生微小變形后，粘貼在應(yīng)變軸24上的應(yīng)變計(jì)阻值發(fā)生相應(yīng)變化，將具有相同應(yīng)變特性的應(yīng)變計(jì)組成測(cè)量電橋，應(yīng)變電阻的變化即可轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的變化進(jìn)行測(cè)量。
扭矩傳感器直接與輸出機(jī)構(gòu)中的花鍵套19通過鍵相連接，它將減速機(jī)構(gòu)增大后的扭矩直接傳遞到輸出機(jī)構(gòu)，并使得擰緊機(jī)的輸出扭矩為傳感器承受的扭矩，而此扭矩也就是擰緊螺栓的扭矩，這種擰緊扭矩直接測(cè)量的方式，有效避免了扭矩傳遞誤差。
參見圖6，在輸出機(jī)構(gòu)中，固定套20與扭矩傳感器的外殼25通過螺栓連接，用于支撐內(nèi)部其它構(gòu)件，花鍵套19通過鍵與扭矩傳感器的軸相連接，將扭矩傳到輸出機(jī)構(gòu)，花鍵套19的一端是內(nèi)花鍵，它與一端是外花鍵的擰緊軸22通過花鍵連接，帶動(dòng)擰緊軸22轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)向套21使擰緊軸22在上下移動(dòng)時(shí)不會(huì)前后左右晃動(dòng)，以使得設(shè)置在擰緊軸22前端的套筒23能對(duì)準(zhǔn)螺栓，擰緊軸22通過其正四方頭與套筒23相連，將擰緊扭矩最終傳到套筒23，由套筒23實(shí)施對(duì)螺栓的擰緊。
權(quán)利要求
1.基于伺服系統(tǒng)的螺紋擰緊機(jī)，其特征是以伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(18)，在所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(18)與輸出機(jī)構(gòu)(15)之間設(shè)置減速機(jī)構(gòu)(17)和扭矩傳感器(16)，所述減速機(jī)構(gòu)(17)采用兩級(jí)減速，第一級(jí)為行星輪系，以其太陽輪(2)的輪軸與電機(jī)直聯(lián)、行星輪I(4)與太陽輪(2)及內(nèi)齒輪I(5)嚙合，以其行星架(3)為輸出；第二級(jí)為少齒差傳動(dòng)，由作為輸入軸的偏心軸(9)、固定不動(dòng)的內(nèi)齒輪II(10)、安裝在偏心軸(9)上并與內(nèi)齒輪II(10)嚙合的行星輪II(8)組成行星輪系，由所述行星輪II(8)與固定在支撐圓盤(7)上的輸出軸(12)組成輸出機(jī)構(gòu)，支撐圓盤(7)通過銷軸II(11)與行星輪II(8)聯(lián)動(dòng)；采用動(dòng)態(tài)扭矩傳感器，傳感器外殼(25)固聯(lián)在內(nèi)齒輪II(10)上，應(yīng)變軸(24)在兩端伸出，一端與減速機(jī)構(gòu)中的輸出端(12)直聯(lián)，另一端與輸出機(jī)構(gòu)中作為轉(zhuǎn)動(dòng)輸入的花鍵套(19)直聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于伺服系統(tǒng)的螺紋擰緊機(jī)，其特征是在所述第二級(jí)少齒差傳動(dòng)中，安裝在偏心軸(9)上的行星輪II(8)為兩只，呈雙偏心結(jié)構(gòu)，兩只行星輪II(8)于徑向相錯(cuò)180度安裝。
全文摘要
基于伺服系統(tǒng)的螺紋擰緊機(jī)，其特征是以伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)與輸出機(jī)構(gòu)間設(shè)置減速機(jī)構(gòu)和扭矩傳感器，減速機(jī)構(gòu)采用兩級(jí)減速，第一級(jí)為行星輪系，第二級(jí)為少齒差傳動(dòng)，采用動(dòng)態(tài)扭矩傳感器，傳感器應(yīng)變軸一端與減速機(jī)構(gòu)中輸出端直聯(lián)，另一端與輸出機(jī)構(gòu)中作為轉(zhuǎn)動(dòng)輸入的花鍵套直聯(lián)。本發(fā)明具有高裝配效率和高裝配精度，尤其適于汽車行業(yè)，可以對(duì)螺栓的擰緊實(shí)現(xiàn)比較精確的控制。
文檔編號(hào)B23P19/06GK1603060SQ20041006525
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者林巨廣, 江吉彬, 馬振飛, 何元祥, 任永祥, 衛(wèi)道柱 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)