專利名稱：基于伺服系統(tǒng)的螺紋擰緊機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型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、氣動發(fā)動機和沖擊部分等三個部分組成。氣動發(fā)動機在壓縮空氣帶動下輸出扭矩，沖擊部分一端通過花鍵與發(fā)動機轉(zhuǎn)子相連接，另一端帶動螺栓轉(zhuǎn)動，將螺栓擰緊或松開。沖擊部分是實現(xiàn)扭矩放大和過載保護的關(guān)鍵部件，由于扭矩放大是由沖擊力偶實現(xiàn)的，因此現(xiàn)場噪聲和灰塵很大，工人的勞動環(huán)境差。操作人員手持不斷抖動的氣槍，一次只能擰緊一個螺栓，裝配效率非常低。對于擰緊程度要求相同的一組螺栓，更是因為擰緊度人為控制而難以達到要求。對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
本實用新型提供一種基于伺服系統(tǒng)的螺紋擰緊機，以提高裝配效率、提高裝配精度。
本實用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本實用新型的結(jié)構(gòu)特點是以伺服電機為驅(qū)動機構(gòu)，在所述驅(qū)動機構(gòu)與輸出機構(gòu)之間設(shè)置減速機構(gòu)和扭矩傳感器，所述減速機構(gòu)采用兩級減速，第一級為行星輪系，以其太陽輪軸與電機直聯(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；第二級為少齒差傳動，由作為輸入軸的偏以軸、固定不動的內(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構(gòu)，支撐圓盤通過銷軸與行星輪II聯(lián)動；采用動態(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，一端與減速機構(gòu)中的輸出端直聯(lián)，另一端與輸出機構(gòu)中作為轉(zhuǎn)動輸入的花鍵套直聯(lián)。
與已有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果體現(xiàn)在1、本實用新型尤其適宜于應(yīng)用在汽車行業(yè)，可以對螺栓的擰緊實現(xiàn)比較精確的控制，如對汽車主錐螺母、發(fā)動機主軸承蓋螺栓、發(fā)動機氣缸缸蓋螺栓、發(fā)動機連桿螺栓、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、本實用新型具有緊湊的擰緊裝置尺寸，采用伺服交流系統(tǒng)，電機與驅(qū)動器分離，減速器與電機直聯(lián)，具有尺寸小、減速比大的優(yōu)點。
3、本實用新型中的扭矩傳感器在位置設(shè)置上靠近輸出端，避免了減速機構(gòu)效率的影響，使得擰緊機的輸出扭矩為傳感器承受的扭矩。扭矩測量為直接測量，中間不經(jīng)過扭矩傳遞，因而不存在扭矩傳遞誤差。
4、本實用新型在控制硬件上可以采用工業(yè)控制計算機，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，可方便地組合成多軸擰緊機。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型減速機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實用新型減速機構(gòu)傳動原理圖。
圖4為本實用新型的扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖4之側(cè)視圖。
圖6為本實用新型輸出機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標號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輸出機構(gòu)、16扭矩傳感器、17減速機構(gòu)、18驅(qū)動機構(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外接線插座具體實施方式
參見圖1，本實施例以伺服電機為驅(qū)動機構(gòu)18，在驅(qū)動機構(gòu)18與輸出機構(gòu)15之間設(shè)置減速機構(gòu)17和扭矩傳感器16。
參見圖2、圖3，本實施例減速機構(gòu)采用兩級減速。
第一級為行星輪系，包括有1個太陽輪2、1個行星架3、3個行星輪I4、6個銷軸I6、1個內(nèi)齒輪I5及相關(guān)的軸承構(gòu)件。以其太陽輪2的輪軸與電機直聯(lián)、行星輪I4與太陽輪2及內(nèi)齒輪I嚙合，以其行星架3為輸出。
第二級為少齒差傳動，具體為二齒差傳動，包括1個偏心軸9、1個支撐圓盤7、2個行星輪II8、6個銷軸II11、1個內(nèi)齒輪II10及相關(guān)的軸承構(gòu)件。其中，內(nèi)齒輪II10與內(nèi)齒輪I5為雙聯(lián)內(nèi)齒輪。由作為輸入軸也即轉(zhuǎn)臂的偏心軸9、固定不動的內(nèi)齒輪II10、與內(nèi)齒輪II10相嚙合的行星輪II8組成行星輪系，由行星輪II8與固定在支承圓盤7上的輸出軸12組成輸出機構(gòu)，支撐圓盤7通過銷軸II11與行星輪II8聯(lián)動。
本實施例在第二級少齒差傳動中，在偏心軸9上裝有兩只行星輪II8，此結(jié)構(gòu)為雙偏心結(jié)構(gòu)，兩個行星輪II8于徑向相錯180度安裝，能實現(xiàn)慣性力的平衡，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，用很少幾個構(gòu)件，獲得相當大的傳動比。
具體實施中，該減速機構(gòu)輸入端由法蘭I1與伺服電機相連，輸出端通過連接套13及法蘭II14與其下一級機構(gòu)進行連接。
在圖3所示的減速機構(gòu)中，Z1為太陽輪I，Z2為行星輪I，Z3為內(nèi)齒輪I、X5為內(nèi)齒輪II，X3和Z5都加工在雙聯(lián)內(nèi)齒輪上，且固定不轉(zhuǎn)動，H為行星架，X4為行星輪II，其傳動比i由下式給出 式中，n電機為伺服電機輸出轉(zhuǎn)速，n擰緊為減帶機構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速。
負號表示電機轉(zhuǎn)向與擰緊轉(zhuǎn)向方向相反，此機構(gòu)的傳動比可達100左右。
使用這種傳動形式的減速機構(gòu)，它的傳遞效率非常高，可達90％以上。
減速機構(gòu)的工作原理為伺服電機的轉(zhuǎn)速通過鍵連接傳遞第一級減速的到太陽輪2上，太陽輪2與3個行星輪I4嚙合，行星輪I4又與內(nèi)齒輪I5嚙合，行星輪I既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)，帶動6個銷軸I5公轉(zhuǎn)，由銷軸I5帶動行星架3轉(zhuǎn)動。行星架3與偏心軸9通過鍵連接，將轉(zhuǎn)速傳遞到第二級少齒差行星齒輪傳動，偏心軸9帶動行星輪II8，行星輪II8與雙聯(lián)內(nèi)齒輪中的內(nèi)齒輪II14嚙合，使得行星輪II既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)，帶動銷軸II10轉(zhuǎn)動，銷軸II10帶動輸出軸11轉(zhuǎn)動，最終將轉(zhuǎn)帶傳遞給輸出裝置。
參見圖4、圖5，本實施例中，采用動態(tài)扭矩傳感器，傳感器外殼25固聯(lián)在內(nèi)齒輪II10上，應(yīng)變軸24在兩端伸出，一端與減速機構(gòu)中的輸出端12直聯(lián)，另一端與輸出機構(gòu)轉(zhuǎn)動輸入的花鍵套19直聯(lián)。外接線插座26固定設(shè)置在外殼25上。
該動態(tài)扭矩傳感器是以電阻應(yīng)變計為轉(zhuǎn)換元件，其外殼25固定不轉(zhuǎn)動，它的扭矩測量采用應(yīng)變電測原理，當應(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)變計組成測量電橋，應(yīng)變電阻的變化即可轉(zhuǎn)化為電壓信號的變化進行測量。
扭矩傳感器直接與輸出機構(gòu)中的花鍵套19通過鍵相連接，它將減速機構(gòu)增大后的扭矩直接傳遞到輸出機構(gòu)，并使得擰緊機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量的方式，有效避免了扭矩傳遞誤差。
參見圖6，在輸出機構(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，帶動擰緊軸22轉(zhuǎn)動，導(dǎo)向套21使擰緊軸22在上下移動時不會前后左右晃動，以使得設(shè)置在擰緊軸22前端的套筒23能對準螺栓，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實施對螺栓的擰緊。
權(quán)利要求1.基于伺服系統(tǒng)的螺紋擰緊機，其特征是以伺服電機為驅(qū)動機構(gòu)(18)，在所述驅(qū)動機構(gòu)(18)與輸出機構(gòu)(15)之間設(shè)置減速機構(gòu)(17)和扭矩傳感器(16)，所述減速機構(gòu)(17)采用兩級減速，第一級為行星輪系，以其太陽輪(2)的輪軸與電機直聯(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；第二級為少齒差傳動，由作為輸入軸的偏心軸(9)、固定不動的內(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)組成輸出機構(gòu)，支撐圓盤(7)通過銷軸II(11)與行星輪II(8)聯(lián)動；采用動態(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，一端與減速機構(gòu)中的輸出端(12)直聯(lián)，另一端與輸出機構(gòu)中作為轉(zhuǎn)動輸入的花鍵套(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，其特征是在所述第二級少齒差傳動中，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180度安裝。
專利摘要基于伺服系統(tǒng)的螺紋擰緊機，其特征是以伺服電機為驅(qū)動機構(gòu)，驅(qū)動與輸出機構(gòu)間設(shè)置減速機構(gòu)和扭矩傳感器，減速機構(gòu)采用兩級減速，第一級為行星輪系，第二級為少齒差傳動，采用動態(tài)扭矩傳感器，傳感器應(yīng)變軸一端與減速機構(gòu)中輸出端直聯(lián)，另一端與輸出機構(gòu)中作為轉(zhuǎn)動輸入的花鍵套直聯(lián)。本實用新型具有高裝配效率和高裝配精度，尤其適于汽車行業(yè)，可以對螺栓的擰緊實現(xiàn)比較精確的控制。
文檔編號B23P19/06GK2743077SQ20042008083
公開日2005年11月30日 申請日期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 申請人:合肥工業(yè)大學