畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 多軸自動(dòng)螺栓擰緊機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 生 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 螺紋聯(lián)接由于簡(jiǎn)單可靠 拆卸方便 而廣泛應(yīng)用于眾多的機(jī)構(gòu)裝配中 在現(xiàn)代 工業(yè)過(guò)程中 用螺栓裝配是非常普遍的 尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī) 壓縮機(jī)及變速箱等對(duì)螺 栓擰緊的角度與位置裝配精度要求很高的場(chǎng)合 然而 目前在中國(guó) 由于傳統(tǒng)工藝 等原因 現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在裝配線上的是氣動(dòng)與液壓扳手 其存在操作不方便 工人勞 動(dòng)強(qiáng)度大 效率底 角度和扭矩控制精度差而且不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和在線管理等缺點(diǎn) 已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)高性能裝配的要求 盡管國(guó)外已有自動(dòng)螺栓擰緊機(jī) 但由于 其產(chǎn)品價(jià)位高 使用工位單一 靈活性差 售后服務(wù)不到位等原因不為廣大中國(guó)用 戶所接受 螺栓擰緊應(yīng)用于汽車行業(yè)裝配是一個(gè)普遍現(xiàn)象 以前人們只是考慮在裝 配時(shí) 把螺栓 或者螺母 擰到最緊的程度 后來(lái)才發(fā)現(xiàn) 這個(gè) 最緊 不過(guò)是一 個(gè)非常模糊概念 它是因人而異的 一臺(tái)機(jī)器有幾十個(gè)以至成百上千個(gè)零件 采用 螺栓緊固方法裝配 在大生產(chǎn)中又是由多數(shù)人在不同的時(shí)間里完成的 而且每天又 要裝配幾十或幾百臺(tái)機(jī)器 這個(gè) 最緊 的離散度將是可想而知 另外 還有些零 件 如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的連桿大頭孔 在金屬切削車間需要用螺栓把瓦蓋裝配起來(lái) 進(jìn)行加工 而到了裝配車間 又要先松開(kāi)螺栓 拆下瓦蓋 套到曲軸上后再重新擰 緊后裝配 如用這個(gè) 最緊 來(lái)進(jìn)行 其結(jié)果將是非常危險(xiǎn)的 因而 如何有效地 控制 擰緊 并使其達(dá)到 最佳 也就成為了行業(yè)十分關(guān)注的課題 擰緊機(jī)就 是作為有效地控制 擰緊 并使其達(dá)到 最佳 裝配工具 本文從擰緊機(jī)的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)入手 通過(guò)對(duì)螺栓擰緊機(jī)的各個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 完成總體的裝配圖 比較圓滿的 完成了擰緊機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 對(duì)一些比較重要的零件進(jìn)行了詳細(xì)的介紹并繪制其零件 圖 關(guān)鍵詞 螺栓擰緊 扭矩 轉(zhuǎn)角法 減速裝置 花鍵軸 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) II ABSTRACT Threaded connection due to simple reliable disassemble convenient and widely used in numerous organizations assemble in the modern industrial process use bolt assembly is very common especially in the engine refrigeration compressor and transmission on the Angle and position to tighten bolts assembling accuracy demanding occasion However at present in China because the traditional process and other reasons now widely used in assembly line is pneumatic and hydraulic wrench its existence operating inconvenient labor intensity big efficiency bottom Angle and torque control precision poor and can t achieve network and online management shortcomings cannot have satisfied the requirements of modern industrial high performance assembly Although foreign existing automatic bolt tightened machine but because of its product price high use workstation single flexibility is bad after sales service for the main reasons not accepted by Chinese users Bolt tightened application in automobile industry assembly is a common phenomenon people used in assembly just consider the bolts or nut twist to the extent of the closest Later discovered this the most tight but is a very vague concept it is because of the person different A machine that there are dozens of hundreds of parts use bolts method is in production assembly by most people in different time every day and finished and assembly tens or hundreds of machine the most tight discrete degrees will be imagined Additional still some parts such as car engine of this big end hole in metal cuttingworkshop need bolts put tile to cover the assembly process and to rise and assembly workshop first remove the loosening bolts earthen cover set to tighten again after the crankshaft assembly if use the most tight to undertake the result will be very dangerous Therefore how to effectively control tight and make its reach best will become the industry is very concerned issue Tighten the machine is as effectively control tight and make its reach best assembly tools This article from the structure design of tighten machine through all of bolt tightened machine structure design complete general assembly is a completion of the tight machine system design Some of the more important parts of a detailed introduction and map its detail drawings Key words Bolt tight Torque corner law Slow device spline 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) III 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 1 前言 1 1 1 螺栓聯(lián)接的歷史 1 1 2 螺栓擰緊機(jī)的出現(xiàn) 1 1 3 螺栓擰緊機(jī)的發(fā)展 1 1 4 中國(guó)擰緊機(jī)的發(fā)展 1 2 螺栓擰緊機(jī)的原理及意義 3 2 1 原理 3 2 1 1 扭矩法 3 2 1 2 扭矩轉(zhuǎn)角法 4 2 1 3 屈服點(diǎn)法 5 2 2 意義 6 2 2 1 預(yù)緊力不適當(dāng)帶來(lái)的后果 6 2 2 2 設(shè)計(jì)意義 6 3 螺栓擰緊機(jī)的總體設(shè)計(jì)過(guò)程 7 3 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 7 3 2 性能特點(diǎn) 7 3 3 主要技術(shù)參數(shù) 7 3 4 螺栓擰緊機(jī)的總體設(shè)計(jì) 7 3 4 1 減速裝置的選擇 8 3 4 2 軸的設(shè)計(jì) 8 3 4 3 花鍵軸的校核 9 3 5 電動(dòng)機(jī)的選擇 11 4 行星齒輪減速器的設(shè)計(jì) 12 4 1 概述 12 4 2 設(shè)計(jì)的四個(gè)條件 12 4 2 1 滿足給定的傳動(dòng)比 12 4 2 2 同心條件 13 4 2 3 鄰接條件 13 4 2 4 安裝條件 14 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 4 3 行星輪系的設(shè)計(jì) 14 4 3 1 一級(jí)行星輪系的設(shè)計(jì) 15 4 3 2 二級(jí)行星輪系的設(shè)計(jì) 15 4 3 3 三級(jí)行星輪系的設(shè)計(jì) 16 4 4 嚙合效率的計(jì)算 16 4 5 總的傳動(dòng)效率的計(jì)算 17 4 6 齒輪強(qiáng)度的校核 18 4 6 1 對(duì)一級(jí)行星輪系校核 18 4 6 2 對(duì)二級(jí)行星輪系校核 21 4 6 3 對(duì)三級(jí)行星輪系校核 24 5 螺栓擰緊機(jī)的控制方法 27 5 1 扭矩傳感器 27 5 2 角度編碼器 27 5 3 擰緊過(guò)程中的控制方法 27 5 3 1 扭矩法 27 5 3 2 扭矩轉(zhuǎn)角法 27 5 3 3 屈服點(diǎn)法 27 5 4 擰緊過(guò)程的檢測(cè) 28 6 結(jié)論 29 參考文獻(xiàn) 30 致謝 31 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 前言 1 1 螺栓聯(lián)接的歷史 螺紋聯(lián)接由于簡(jiǎn)單可靠 拆卸方便在鐵路道軌螺栓緊固中得到廣泛應(yīng)用 目前 螺紋的擰緊普遍采用液壓和電動(dòng)扳手來(lái)完成 由于液壓扳手和氣動(dòng)扳手在擰緊過(guò)程 中是依靠大沖擊力來(lái)擰緊螺紋裝置 所以擰緊扭矩值誤差比較大 另外液壓和電動(dòng) 的定值扭矩扳手不宜于在大扭矩狀況下工作 這樣不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大 而且生產(chǎn)效率 低 擰緊質(zhì)量極不穩(wěn)定 1 2 螺栓擰緊機(jī)的出現(xiàn) 自動(dòng)螺栓擰緊機(jī)是集機(jī)械的傳動(dòng) 電氣的傳動(dòng) 氣動(dòng)技術(shù) 電子技術(shù) 自動(dòng)檢 測(cè)于一體的機(jī)電一體化設(shè)備 擰緊機(jī)顧名思義就是擰緊工件的設(shè)備單元 主要適用 在螺栓 螺母擰緊方面 一臺(tái)機(jī)器有成百上千個(gè)零件采用螺栓緊固的方法裝配 在大 批生產(chǎn)中又是由多人在不同工位里來(lái)完成的 并且每天又要裝配幾十或幾百臺(tái)機(jī)器 這個(gè)螺栓的數(shù)量是可想而知的 并且還要擰緊到產(chǎn)品圖紙規(guī)定的擰緊扭矩的數(shù)值 為了提高生產(chǎn)效率 保證螺栓的擰緊扭矩即自動(dòng)螺栓擰緊機(jī)便誕生了 1 3 螺栓擰緊機(jī)的發(fā)展 螺栓擰緊技術(shù)是從國(guó)外發(fā)展起來(lái)的 比較有代表性的有 瑞典的阿特拉斯 Atlas Copco 法國(guó)喬治雷諾 CP Georges Renault 美國(guó)英格索蘭 Ingersoll RAND 德國(guó)的博世 BOSCH 美國(guó)的庫(kù)柏 Cooper 等等 為適應(yīng)定扭矩加載的可控 制擰緊場(chǎng)合需求 在 80 年代未 國(guó)外機(jī)電 汽車制造行業(yè)已普遍采用可控制扭矩 可控轉(zhuǎn)角和屈服點(diǎn)的擰緊工具 近年來(lái) 伴隨著電機(jī)調(diào)速等控制技術(shù) 扭矩控制等 技術(shù)的發(fā)展 國(guó)外的裝配作業(yè)線上的裝配工具逐步從手工 風(fēng)動(dòng) 液壓或電動(dòng)工具 向低能耗 低噪聲 控制精確等可控制擰緊設(shè)備方向發(fā)展 通過(guò)微機(jī)控制的自動(dòng)型 裝配系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配對(duì)象的定扭矩 定轉(zhuǎn)角監(jiān)控和屈服強(qiáng)度監(jiān)控 1 4 中國(guó)擰緊機(jī)的發(fā)展 同國(guó)外相比 我國(guó)機(jī)電 汽車產(chǎn)品的螺紋擰緊工具目前還比較落后 尚不能系 列 批量地供應(yīng)生產(chǎn)中急需的擰緊工具及設(shè)備 每年都要花費(fèi)大量外匯購(gòu)買國(guó)外產(chǎn) 品 近年來(lái) 隨我國(guó)汽車業(yè)的迅猛發(fā)展 為了提高整體素質(zhì) 增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力 正 朝著規(guī)?；?自動(dòng)化方向大踏步前進(jìn) 對(duì)裝配質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了更高的要求 因 此對(duì)大量使用的螺栓 螺母 的擰緊效率 也提出了越來(lái)越高的要求 這種要求促進(jìn) 了現(xiàn)階段我國(guó)在擰緊技術(shù)方面的發(fā)展 但目前現(xiàn)狀是 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大部分被國(guó)外品牌 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 占領(lǐng) 主流整車廠基本不用國(guó)產(chǎn)設(shè)備 同時(shí)也有少數(shù)企業(yè)進(jìn)行了自主開(kāi)發(fā) 比如中 國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所 東風(fēng)公司設(shè)備制造廠 大連德欣公司 山東龍口氣動(dòng) 機(jī)械廠等等 但從技術(shù)方面比較 同國(guó)外產(chǎn)品有相當(dāng)大的差距 隨著電子技術(shù)水 平的不斷提高 新型的傳感器技術(shù)的發(fā)展 以及對(duì)擰緊技術(shù)的更深入研究 將會(huì)出 現(xiàn)精度和自動(dòng)化程度更高的自動(dòng)擰緊機(jī) 或者會(huì)出現(xiàn)采用全新技術(shù)的自動(dòng)擰緊機(jī) 可以預(yù)見(jiàn) 中國(guó)的汽車裝配行業(yè)會(huì)越來(lái)越多地使用自動(dòng)擰緊機(jī) 使汽車的裝配質(zhì)量 和效率得到極大提高 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 螺栓擰緊機(jī)的原理及意義 2 1 原理 螺栓擰緊機(jī)系統(tǒng)由四大部分組成 支承部件 升降系統(tǒng)控制系統(tǒng)動(dòng)力及傳動(dòng)系 統(tǒng) 其中動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是螺栓擰緊機(jī)的核心 支承部件起了支承其 1 它系統(tǒng)作用 動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)和升降系統(tǒng)都要安裝在支承部件上 螺栓擰緊機(jī)的主要功能是將螺紋按規(guī)定要求擰緊 本文的擰緊機(jī)以電動(dòng)機(jī)作為 動(dòng)力源 輸出的扭矩經(jīng)減速器增大 用于螺紋擰緊加載 以壓縮空氣作為輔助的動(dòng) 力來(lái)源 用于氣缸帶動(dòng)擰緊箱運(yùn)動(dòng) 當(dāng)擰緊箱到達(dá)工作位置后 就可以進(jìn)行螺紋擰 緊 整個(gè)擰緊過(guò)程由電氣控制系統(tǒng)控制 傳感器實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳送給控制系統(tǒng) 控制 系統(tǒng)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和判斷 監(jiān)視整個(gè)擰緊過(guò)程 螺紋擰緊機(jī)的卸載過(guò)程 也 是在控制系統(tǒng)控制下 按一定固定循環(huán)自動(dòng)進(jìn)行的 扭矩 轉(zhuǎn)動(dòng)角度等參數(shù)可根據(jù) 實(shí)際情況 自由設(shè)定 圖2 1螺栓擰緊機(jī)的原理圖 2 1 1 扭矩法 當(dāng)扭矩 目標(biāo)扭矩 擰緊軸停止 如果最小扭矩 峰值扭矩 最大扭矩 則擰緊合格 此方法只控制施加的扭矩 是利用扭矩與夾緊力的線性關(guān)系在彈性區(qū) 進(jìn)行緊固控制的一種方法 但由于螺紋副和零件表面的摩擦力變化 對(duì)于實(shí)際的軸 向夾緊力控制達(dá)不到很好的精度 根據(jù)表面狀況和潤(rùn)滑的不同 軸向夾緊力離散度 可以達(dá)到 50 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 另外 此方法不能檢測(cè)到擰緊過(guò)程中的差錯(cuò) 如螺紋孔太短 螺紋尺寸不符等 都有可能產(chǎn)生施加扭矩已到達(dá) 實(shí)際工件卻沒(méi)有擰緊的錯(cuò)誤 圖 2 2 扭矩法的優(yōu)點(diǎn)是控制目標(biāo)直觀 測(cè)量容易 操作過(guò)程簡(jiǎn)便 控制程序簡(jiǎn)單 扭 矩控制法的缺點(diǎn)是 未能充分利用材料潛能 受摩擦系素影響 扭矩系數(shù)變化大 使預(yù)緊力離散度大 因此控制精度低 因此 扭矩法一般采用手動(dòng) 電動(dòng)或氣動(dòng)工 具一次直接將螺紋副的裝配扭矩裝配到位 用于不太重要的裝配位置 2 1 2 扭矩轉(zhuǎn)角法 如果轉(zhuǎn)角 目標(biāo)轉(zhuǎn)角 或者扭矩 最大扭矩 擰緊軸停止 如果最小扭 矩 最終扭矩 最大扭矩 并且最小轉(zhuǎn)角 最終轉(zhuǎn)角 最大轉(zhuǎn)角 則擰緊合格 扭矩 轉(zhuǎn)角法的實(shí)質(zhì)是控制螺栓的伸長(zhǎng)量 在螺栓貼合 貼合扭矩常取所需擰緊扭 矩值的25 左右 以后的整個(gè)彈性擰緊范圍內(nèi) 軸向夾緊力與伸長(zhǎng)量成正比 控制 伸長(zhǎng)量就是控制軸向力 而伸長(zhǎng)量與轉(zhuǎn)角成正比 扭矩 轉(zhuǎn)角法主要通過(guò)將螺栓拉 長(zhǎng)在超彈性極限 塑性變形區(qū) 以實(shí)現(xiàn)充分利用材料強(qiáng)度 設(shè)計(jì)夾緊力可取螺栓屈 服強(qiáng)度的70 同時(shí)又完成了高精度擰緊控制的目的 此方法可以明顯提高軸向夾 緊力的控制精度 達(dá)到 15 到 25 螺紋件摩擦系數(shù)對(duì)擰緊質(zhì)量影響小 并且 有很好的重復(fù)性 夾緊力的分散度較小 平均值可提高到屈服極限的70 80 既 提高了材料的利用率 也提高了擰緊的可靠性 主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)連桿和主軸承蓋 缸蓋 飛輪 剎車鉗 轉(zhuǎn)向器等 此擰緊控制方法是目前應(yīng)用較多的方法 適合于 對(duì)重復(fù)性要求較高的擰緊 扭矩轉(zhuǎn)角法 在擰緊過(guò)程中 盡管螺紋件摩擦系數(shù)對(duì)達(dá)到貼合扭矩的擰緊所 13 產(chǎn)生的 階段預(yù)緊力 有影響 但影響較小 因?yàn)槟Σ料禂?shù)的變化僅影響到轉(zhuǎn)角控 制的起始點(diǎn) 在角度控制階段 可知螺紋摩擦系數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)角擰緊所產(chǎn)生的預(yù)緊力無(wú)影 響 因?yàn)樵趶椥宰冃螀^(qū)內(nèi) 若螺栓剛度恒定 預(yù)緊力僅與螺栓伸長(zhǎng)量有關(guān) 而伸長(zhǎng) 量與轉(zhuǎn)角度數(shù)成正比 如果螺紋件擰緊轉(zhuǎn)動(dòng) 3600 螺栓受力部分伸長(zhǎng)一個(gè)螺距 因 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 此 摩擦系素對(duì)最終預(yù)緊力數(shù)值影響不大 故控制精度比單純控制扭矩的方法大大 提高 2 1 3 屈服點(diǎn)法 屈服點(diǎn)法利用扭矩一轉(zhuǎn)角增最比概念 將螺紋件擰緊至螺栓的屈服點(diǎn) 擰緊工 具使用計(jì)算機(jī)電路 將輸入的扭矩和轉(zhuǎn)角進(jìn)行微分計(jì)算 并繪制扭矩一轉(zhuǎn)角曲線 從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)控制 屈服點(diǎn)控制法的擰緊質(zhì)量 預(yù)緊力離散性 只與螺栓屈服強(qiáng) 度有關(guān) 屈服點(diǎn)法的優(yōu)點(diǎn)是將螺栓擰至其屈服點(diǎn) 最人限度地發(fā)揮了螺紋件強(qiáng)度的 潛力 大量研究表明 螺栓擰緊時(shí)軸向預(yù)緊力越大 擰至屈服點(diǎn) 其抗松動(dòng)和抗疲 勞性能越好 其缺點(diǎn)是擰緊工具價(jià)格過(guò)于昂貴 是通過(guò)監(jiān)測(cè)擰緊扭矩隨角度變化曲 線的斜率 將螺紋件擰緊至屈服點(diǎn)的方法 在螺紋擰緊過(guò)程中 扭矩曲線從彈性區(qū) 到塑性區(qū) 扭矩與角度的線性關(guān)系發(fā)生變化 斜率也發(fā)生變化 當(dāng)斜率的變化達(dá)到 某一范圍 就認(rèn)為達(dá)到屈服點(diǎn) 計(jì)算微商公式如下 dT 1 2 式中 扭矩變化量 扭矩角變化量Td d 圖 2 3 屈服點(diǎn)法原理圖 屈服點(diǎn)法利用扭矩一轉(zhuǎn)角增量比概念 將螺紋件擰緊至螺栓的屈服點(diǎn) 屈服點(diǎn) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 法的擰緊質(zhì)量 預(yù)緊力離散度 只與螺栓屈服強(qiáng)度有關(guān) 屈服點(diǎn)法的優(yōu)點(diǎn)是 1 不受扭矩控制法的摩擦系數(shù)和轉(zhuǎn)角控制法的轉(zhuǎn)角起始點(diǎn)的影響 從而 克服了扭矩控制法和彈性區(qū)轉(zhuǎn)角法的致命缺點(diǎn) 提高了裝配精度 2 將螺栓擰至其屈服點(diǎn) 最大限度地發(fā)揮了螺紋件強(qiáng)度的潛力 大量研究表 明 螺栓擰緊時(shí)軸向預(yù)緊力越大 擰至屈服點(diǎn) 其抗松動(dòng)和抗疲勞性能越好 其缺點(diǎn)是控制系統(tǒng)很復(fù)雜 因此擰緊工具價(jià)格太昂貴 而且對(duì)螺栓的材料 結(jié)構(gòu)和熱處理要求很高 2 2 意義 2 2 1 預(yù)緊力不適當(dāng)帶來(lái)的后果 1 螺紋聯(lián)接零件的靜力損壞 若螺紋緊固件擰得過(guò)緊 即預(yù)緊力過(guò)大 則螺 栓可能被擰斷 被聯(lián)接件可能被壓碎 咬粘 扭曲或斷裂 也可能螺紋牙被剪斷而 脫扣 2 被聯(lián)接件滑移 分離或緊固件松脫 對(duì)于承受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接 預(yù)緊力使被聯(lián)接件間產(chǎn)生正壓力 依靠摩擦力抵抗外載荷 因此 預(yù)緊力的大小決 定了它的承載能力 若預(yù)緊力不足 被聯(lián)接件將出現(xiàn)滑移 從而導(dǎo)致被聯(lián)接件錯(cuò)位 歪斜 折皺甚至緊固件被剪斷 對(duì)于受軸向載荷的螺栓聯(lián)接 預(yù)緊力使接合面上產(chǎn) 生壓緊力 受外載荷作用后的剩余預(yù)緊力是接合面上工作時(shí)的壓緊力 預(yù)緊力不足 將會(huì)導(dǎo)致接合面泄漏 如壓力管道漏水 發(fā)動(dòng)機(jī)漏氣 甚至導(dǎo)致兩被聯(lián)接件分離 預(yù)緊力不足還將引起強(qiáng)烈的橫向振動(dòng) 致使螺母松脫 3 螺栓疲勞破壞 大多數(shù)螺栓因疲勞而失效 減小預(yù)緊力雖能使螺栓上循環(huán) 變化的總載荷的平均值減小 但卻使載荷變幅增大 因此 總的效果大多數(shù)是使螺 栓疲勞壽命下降 4 增大設(shè)備質(zhì)量與成本 若預(yù)緊力過(guò)小 需使用較多和 或 較大的緊固件 往往也需采用較大的被聯(lián)接件 因而增大了產(chǎn)品質(zhì)量 同時(shí) 許多產(chǎn)品的成本是與 需要裝配的零件數(shù)目成正比的 所以預(yù)緊力過(guò)小將導(dǎo)致裝配成本和制造成本 以及 維修費(fèi)用的增加 2 2 2 設(shè)計(jì)意義 螺紋聯(lián)接根本意義在于 利用螺紋緊固件將聯(lián)接體可靠地聯(lián)接在一起 螺紋裝 配的實(shí)質(zhì)是要將螺栓的軸向預(yù)緊力控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi) 進(jìn)一步了解和認(rèn)識(shí)螺紋擰 緊的控制方法 學(xué)習(xí)到設(shè)計(jì)過(guò)程中一些傳動(dòng)及其動(dòng)力機(jī)構(gòu)的機(jī)理 明確了螺栓擰緊 在現(xiàn)在生產(chǎn)及生活中的定位 成為機(jī)械工業(yè)中不可或缺的一部分 通過(guò)本次設(shè)計(jì)我 學(xué)到了很多科技前沿的只是 讓我們?cè)谝院蟮墓ぷ鲗W(xué)習(xí)中受益匪淺 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 3 螺栓擰緊機(jī)的總體設(shè)計(jì)過(guò)程 3 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 多軸自動(dòng)螺栓擰緊機(jī)的總體設(shè)計(jì) 本文擬設(shè)計(jì)的擰緊機(jī)主要應(yīng)用于普通家用汽 車裝配車間 用于擰緊輪胎的緊固螺栓 單班制工作 預(yù)期壽命中等 主要設(shè)計(jì)內(nèi) 容有 制定工藝方案 確定擰緊機(jī)結(jié)構(gòu)方案 具體方案設(shè)計(jì) 繪制圖紙 并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè) 計(jì)計(jì)算及校核 包括 a 擰緊機(jī)零件圖 b 擰緊機(jī)組裝圖 c 有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì) 算 校核 d 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 3 2 性能特點(diǎn) 性能特點(diǎn) 主要應(yīng)用于普通家用汽車裝配車間 用于擰緊輪胎的緊固螺栓 3 3 主要技術(shù)參數(shù) 根據(jù)擰緊機(jī)在汽車生產(chǎn)上擰緊輪胎的應(yīng)用 設(shè)定以下設(shè)計(jì)參數(shù) 擰緊轉(zhuǎn)速 n 50r min 最大擰緊扭矩 T 150N m 單班制工作 預(yù)期使用壽命 10 年 每年 300 個(gè)工作日 在使用期限內(nèi) 工作時(shí)間占 20 3 4 螺栓擰緊機(jī)總體設(shè)計(jì) 2 螺栓擰緊機(jī)的總體設(shè)計(jì)是概略的設(shè)計(jì)好擰緊機(jī)的主體機(jī)構(gòu) 然后根據(jù)其主體將 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 減速機(jī)構(gòu) 傳感器等重要部件依次設(shè)計(jì)安裝 最后形成完整的裝配圖 如下圖 3 1 螺栓擰緊機(jī)裝配圖 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 3 1 螺栓擰緊機(jī)裝配圖 3 4 1 減速裝置的選擇 在合理選擇結(jié)構(gòu)形式的條件下 由于利用內(nèi)嚙合和數(shù)個(gè)行星輪分擔(dān)傳遞載荷 通常行星輪系比定軸輪系具有結(jié)構(gòu)緊湊 體積小 重量輕 傳動(dòng)比大的優(yōu)點(diǎn) 因此 在機(jī)床 汽車 工程機(jī)械 坦克及其他通用機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用 由于行星輪系 具有的以上優(yōu)點(diǎn) 我們?cè)谠O(shè)計(jì)螺栓擰緊機(jī)的時(shí)候選擇這種減速系 行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 行星齒輪傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)相比較 它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 它的最顯著的 特點(diǎn)是 在傳遞動(dòng)力時(shí)它可以進(jìn)行功率分流 同時(shí) 其輸入軸與輸出軸具有同軸性 即輸出軸與輸入軸均設(shè)置在同一軸線上 所以行星齒輪傳動(dòng)現(xiàn)已被人們用來(lái)代替普 通齒輪傳動(dòng) 為作為各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的減速器 增速器和變速裝置 尤其是對(duì) 于那些要求體積小 質(zhì)量小 結(jié)構(gòu)緊湊和傳動(dòng)效率高的航空發(fā)動(dòng)機(jī) 起重運(yùn)輸 石 油化工和兵器等的齒輪傳動(dòng)裝置以及需要差速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動(dòng)裝 置 行星齒輪傳動(dòng)已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用 1 體積小 質(zhì)量小 結(jié)構(gòu)緊湊 承載能力大 2 傳動(dòng)效率高 由于行星齒輪傳動(dòng)的對(duì)稱性 即它具有數(shù)個(gè)均勻分布的行星 輪 使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能相互平衡 從而有理由達(dá)到提高 傳動(dòng)效率的作用 3 傳動(dòng)比大 可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解 4 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 抗沖擊和振動(dòng)的能力強(qiáng) 3 4 2 軸的設(shè)計(jì) 1 材料 40Cr 5 這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后用于制造承受中等負(fù)荷及中等速度工作的機(jī)械零件 如汽車的 轉(zhuǎn)向節(jié) 后半軸以及機(jī)床上的齒輪 曲軸 蝸桿 花鍵軸 頂尖套等 經(jīng)淬火及中 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 溫回火后用于制造承受高負(fù)荷 沖擊及中等速度工作零件 如齒輪 主軸 油泵轉(zhuǎn) 子 滑塊 套環(huán)等 經(jīng)淬火及低溫回火后用于制造承受重負(fù)荷 低沖擊及具有耐磨 性 截面上實(shí)體厚度在 25mm 以下的零件 如蝸桿 主軸 軸 套環(huán)等 經(jīng)調(diào)質(zhì)并高 頻表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而無(wú)很大沖擊的零件 如齒輪 套筒 軸 主軸 曲軸 心軸 銷子 連桿 螺釘 螺帽 進(jìn)氣閥等 此外 這種 鋼又適于制造進(jìn)行碳氮共滲處理的各種傳動(dòng)零件 如直徑較大和低溫韌性好的齒輪 和軸 2 由于花鍵軸具備多齒工作 承載能力高 對(duì)中性好 導(dǎo)向性好 齒根較淺 應(yīng)力集中小 軸與轂強(qiáng)度削弱小 加工方便 能用磨削方法獲得較高的精度等優(yōu)點(diǎn) 我們選擇花鍵軸作為連接三級(jí)輪架和擰緊頭連接的零件 查詢材料的許用應(yīng)力表 得 2 b0 mpa15 b1 pa90 1 3 應(yīng)力校正系數(shù) 6 10 b 2 當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 當(dāng)量彎矩 當(dāng)量彎矩 mNmNT 901506 M 3 62 31 bMd 通過(guò)查詢花鍵標(biāo)準(zhǔn) 取小徑為 32 大徑為 36 花鍵圖如下 8 圖 3 2 花鍵標(biāo)準(zhǔn)圖 3 4 3 花鍵軸的校核 2 1 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 這種方法按照軸所受的扭矩計(jì)算其強(qiáng)度 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 TTdn pW 32 095 4 3 式中 是扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 T mpa 是軸所受的扭矩 N 是軸的抗扭截面系數(shù) TW3 是軸的轉(zhuǎn)速 nin r 是軸的傳遞的功率 pkW 是軸的截面直徑 dm 是扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 T pakWrNTn785 095min 1095 由上式得到軸的直徑校驗(yàn) 303332 02 0npAnpdTT 5 3 mA5 781330 6 通過(guò)上式得出作為承受扭矩的軸段的最小直徑小于花鍵軸的直徑 所以其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 滿足 2 按剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核 各個(gè)鍵的側(cè)面受力 NsTF125006 15 3 7 3 mpaA 72 8 故其剪切強(qiáng)度符合要求 3 按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核 這種校核計(jì)算的實(shí)質(zhì)在于確定變應(yīng)力情況下的軸的安全程度 在已知軸的外形 尺 寸及載荷的基礎(chǔ)上 即可通過(guò)分析確定出一個(gè)或幾個(gè)危險(xiǎn)截面 按如下式子求出安 全系數(shù) 并應(yīng)使其大于或至少等于設(shè)計(jì)安全系數(shù) 即僅有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時(shí) 滿足 caS S 3 1602 13 1 macK 9 3 滿足要求 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 4 按軸的扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行校核 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角 來(lái)表示 軸扭轉(zhuǎn)角 的計(jì)算公式為 m 0單 位 為 PGIT41073 5 10 325 03 210 873 5444 式中 是軸所受的扭矩 TmN 是軸的材料的剪切彈性模量 對(duì)于鋼材 GpampaG410 8 是軸截面的極慣性矩 對(duì)于圓軸 PI 432 4dIP 即滿足軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件 1 3 對(duì)于精密傳動(dòng)軸 可取 m 5 02 3 5 電動(dòng)機(jī)的選擇 已知 NT 150in 50r 通過(guò)給定的數(shù)據(jù)計(jì)算 kWnP78 99 3 6 12 3 根據(jù)求得的功率選擇 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī) Y802 2 電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)如下 8 額定功率 1 1 同步轉(zhuǎn)速 3000 質(zhì)量 17 kWmin rkg 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 3 3 電動(dòng)機(jī) 4 行星齒輪減速器的設(shè)計(jì) 4 1 概述 由于總的傳動(dòng)比通過(guò)計(jì)算可以得到 如下 345603n 擰 緊 頭電 動(dòng) 機(jī)總i 1 4 將總的傳動(dòng)比分成三級(jí) 即 三級(jí)行星齒輪減速器 各級(jí)傳動(dòng)比公式已給出 4 2 設(shè)計(jì)的四個(gè)條件 1 要是安裝的行星輪的齒數(shù)滿足設(shè)計(jì)的條件 必須滿足以下四個(gè)方面 4 2 1 滿足給定的傳動(dòng)比 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 4 1 行星齒輪系 按選定的行星輪系形式列出傳動(dòng)比與各輪齒數(shù)的關(guān)系式 然后即可初步選擇各 輪齒數(shù) 其傳動(dòng)比為 131ziH 2 4 按給定 即可求得比值 若先選定 值 即可求出 值 如 不是整數(shù) 則可Hi113z13z3 重新選取 有時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)給定的傳動(dòng)比 這是則應(yīng)找出最近似的比值 4 2 2 同心條件 行星輪系各輪之中心距 節(jié)圓半徑之和或差 必須符合一定關(guān)系 才能保證中 心輪 系桿共軸線 即要滿足同心條件 即 2 132r 3 4 若均用標(biāo)準(zhǔn)齒輪 則必須滿足 132z 所以前面給定的傳動(dòng)比選定 后就必須按照同心條件選定 若算出的 不是1z 2z2z 整數(shù) 則要重新選定 的齒數(shù) 3 4 2 3 鄰接條件 在行星輪系中 一般均勻安裝兩個(gè)以上的行星輪以分擔(dān)載荷和平衡行星輪在運(yùn) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的離心力 為了是行星輪之間不致碰撞 必須使相鄰行星輪的中心距大于 二行星輪齒頂圓半徑之和 即所謂的鄰接條件 設(shè) 為行星輪數(shù) 為行星輪齒頂圓半徑 如圖所示 很顯然必須滿足的鄰接Kar 條件為 Kar sin2 5 4 圖 4 2 鄰接條件示意圖 若采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪 則 mzra 21 6 4 1 7 代入上式整理后得 K z sin122 8 4 4 2 4 安裝條件 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 選擇行星輪數(shù)還要滿足安裝條件 即要使所有的行星輪能均勻的安裝進(jìn)去 通 過(guò)查詢得知行星輪系的安裝條件表述為 單排負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)中兩中心輪的齒數(shù)之和應(yīng)是 行星輪數(shù)的整數(shù)倍 即 nKz 31 9 4 4 3 行星輪系的設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)一級(jí)二級(jí)三級(jí)行星輪系的設(shè)計(jì)完成總的輪系的設(shè)計(jì) 4 4 3 1 一級(jí)行星輪系的設(shè)計(jì) 已知 行星輪數(shù)51 Hi 3 K 傳動(dòng)比條件 131ziH 5 同心條件 2 132z 取 則 18 z27z3 z 鄰接條件 Kz sin12 4 106sin128 2z 安裝條件 Kz 3072831 通過(guò)以上條件的計(jì)算和驗(yàn)證 一級(jí)行星輪系滿足以上四個(gè)條件 4 3 2 二級(jí)行星輪系的設(shè)計(jì) 已知 行星輪數(shù)41 Hi 3 K 傳動(dòng)比條件 131ziH 4 同心條件 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 2 132z 取 則 301 z2z903z 鄰接條件 Kz sin12 0 1796si2 2z 安裝條件 Kz 40129301 通過(guò)以上條件的計(jì)算和驗(yàn)證 二級(jí)行星輪系滿足以上四個(gè)條件 4 3 3 三級(jí)行星輪系的設(shè)計(jì) 已知 行星輪數(shù)31 Hi 3 K 傳動(dòng)比條件 131ziH 同心條件 2 132z 取 則 361 z182z73 鄰接條件 Kz sin12 7 2160si 2z 安裝條件 Kz 3187231 通過(guò)以上條件的計(jì)算和驗(yàn)證 三級(jí)行星輪系滿足以上四個(gè)條件 4 4 嚙合效率的計(jì)算 4 一級(jí)行星輪系 25 071831 ziH 10 4 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 HHi3131 980 25 1 0 1 4 二級(jí)行星輪系 3 09 31 ziH 12 4 HHi3131 981 25 3 三級(jí)行星輪系 5 072 3613 ziH 14 HHi3131 983 5 4 5 總的傳動(dòng)效率計(jì)算 查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 1 7 得知 892 0 聯(lián) 軸 器 選擇的軸承有 2 個(gè)深溝球軸承 6006 則 3 軸 承 選擇的軸承有 3 個(gè)深溝球軸承 6007 則 5 41 軸 承 則總效率為 890 1 983 0 90 5 總 16 4 電動(dòng)機(jī)校驗(yàn) kWP785 09 80 kW1 總 17 4 電動(dòng)機(jī)符合要求 三級(jí)行星輪系的輸出功率 k809 785 0 333 軸 承擰 緊 頭出 18 4 三級(jí)行星輪系的輸入功率 出入 23P9 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 二級(jí)行星輪系的輸出功率 kWP831 09 0 8 332 行 星 輪 系軸 承出出 20 4 二級(jí)行星輪系的輸入功率 出入 12P1 一級(jí)行星輪系的輸出功率 kP856 09 0 83 221 行 星 輪 系軸 承出出 2 4 一級(jí)行星輪系的輸入功率 W2 56 11行 星 輪 系軸 承出入 3 4 6 齒輪強(qiáng)度的校核 選擇齒輪的材料為 考慮到減速器越小越容易安裝到螺栓擰緊機(jī)中 選取Cr40 齒輪的模數(shù)為 1 計(jì)算各級(jí)輪系中心輪的最大轉(zhuǎn)速 min 301rn 電 機(jī) 24 65 2i電 機(jī) 5 i 14 23 r 6 計(jì)算各級(jí)輪系中心輪的扭矩 mNnPT 7 803 95095011入 27 4 1624 22入 8 mNnPT 590783 95095033入 29 4 通過(guò)查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知 的許用接觸應(yīng)力 選擇每一級(jí)Cr4 paH35 行星輪系的中心輪和行星輪進(jìn)行校核 在 a c 傳動(dòng)中 轉(zhuǎn)矩 在 c b 傳動(dòng)中 上述兩式中 cacKkT accbzKkT a 表示中心輪 c 表示行星輪 b 表示內(nèi)齒圈 k 為行星輪的個(gè)數(shù) 指載荷不均勻c 的系數(shù) 取值為 1 2 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 4 6 1 對(duì)一級(jí)行星輪系校核 對(duì)于 a c 傳動(dòng) 通過(guò)查詢 齒輪手冊(cè) 7 1 得知 9 使用系數(shù) 1 AK 動(dòng)載系數(shù) 2 v 齒間載荷分配系數(shù) 1 HK 齒向載荷分布系數(shù) bdbKH 31 2105 6 08 1 4 1 30 載荷系數(shù) HvAK 2 1 彈性系數(shù) EZ 2 8 19mNZE 32 4 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) H5 2 H 接觸最小安全系數(shù) limHS10 limHS 總工作時(shí)間 總t ht 42 310 總 3 4 接觸壽命 NZ15 21NZ 許用接觸應(yīng)力 H lim11HNS mpa2 68 073 34 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 lim22HNSZ mpa4 7381 5 35 4 驗(yàn)算 5 1820 9 528 132 ubdKTZacHE 36 4mpa734 符合強(qiáng)度要求 對(duì)于 c b 傳動(dòng) 通過(guò)查詢 齒輪手冊(cè) 得知 使用系數(shù) 1 AK 動(dòng)載系數(shù) 2 v 齒間載荷分配系數(shù) 1 HK 齒向載荷分布系數(shù) bdbKH 322105 6 018 4 載荷系數(shù) HvAK8 4 彈性系數(shù) EZ 2 8 19mNZE 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) H5 2H 接觸最小安全系數(shù) limHS10 lim HS 總工作時(shí)間 總t 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 ht 1402 031 總 接觸壽命 NZ5 21NZ 許用接觸應(yīng)力 H lim11HNS mpa2 68 073 li22Z 4 5 驗(yàn)算 ubdKTZcHE21 mpa7359867 21840 9 528 13 符合強(qiáng)度要求 4 6 2 對(duì)二級(jí)行星輪系校核 對(duì)于 a c 傳動(dòng) 通過(guò)查詢 齒輪手冊(cè) 得知 使用系數(shù) 1 AK 動(dòng)載系數(shù) 2 v 齒間載荷分配系數(shù) 1 HK 齒向載荷分布系數(shù) bdbKH 312105 6 08 1 4 1 載荷系數(shù) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 HvAK 03 241 1 彈性系數(shù) EZ 2 8 19mNZE 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) H5 2 H 接觸最小安全系數(shù) limHS10 limHS 總工作時(shí)間 總t ht 42 310 總 接觸壽命 NZ0 1 5 21NNZ 許用接觸應(yīng)力 H lim11HNS mpa701 3 li22Z 8 5 驗(yàn)算 mpaubdKTZacHE 695 0314 29 058 121 mpa73 符合強(qiáng)度要求 對(duì)于 c b 傳動(dòng) 通過(guò)查詢 齒輪手冊(cè) 得知 使用系數(shù) 1 AK 動(dòng)載系數(shù) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 2 1 vK 齒間載荷分配系數(shù) H 齒向載荷分布系數(shù) bdbKH 322105 6 018 4 載荷系數(shù) HvAK 4 1 彈性系數(shù) EZ 2 8 19mNZE 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) H5 2H 接觸最小安全系數(shù) limHS10 lim HS 總工作時(shí)間 總t ht 42 310 總 接觸壽命 NZ15 21 NZ 許用接觸應(yīng)力 H lim11HNS mpa701 3li22Z 8 5 驗(yàn)算 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 ubdKTZcHE21 mpa735695 034 29 0528 1 符合強(qiáng)度要求 4 6 3 對(duì)三級(jí)行星輪系校核 對(duì)于 a c 傳動(dòng) 通過(guò)查詢 齒輪手冊(cè) 得知 使用系數(shù) 1 AK 動(dòng)載系數(shù) 2 v 齒間載荷分配系數(shù) 1 HK 齒向載荷分布系數(shù) bdbKH 312105 6 08 1 4 1 載荷系數(shù) HvAK 2 彈性系數(shù) EZ 2 8 19mNZE 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) H5 2 H 接觸最小安全系數(shù) limHS0 1limHS 總工作時(shí)間 總t 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 ht 1402 031 總 接觸壽命 NZ 7 21NNZ 許用接觸應(yīng)力 H lim11HNS mpa74905 3 li22Z 驗(yàn)算 mpaubdKTZacHE 7351667 0321 9 0528 121 符合強(qiáng)度要求 對(duì)于 c b 傳動(dòng) 通過(guò)查詢 齒輪手冊(cè) 7 1 得知 使用系數(shù) 1 AK 動(dòng)載系數(shù) 2 v 齒間載荷分配系數(shù) 1 HK 齒向載荷分布系數(shù) bdbKH 322105 6 018 4 載荷系數(shù) HvAK 4 1 彈性系數(shù) EZ 2 8 19mNZE 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) HZ5 2 HZ 接觸最小安全系數(shù) limHS10 limHS 總工作時(shí)間 總t ht 42 310 總 接觸壽命 NZ15 21NZ 許用接觸應(yīng)力 H lim11HNS mpa2 68 073 li22Z 4 5 驗(yàn)算 ubdKTZcHE21 mpa73568967 18053 29 0528 1 符合強(qiáng)度要求 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 5 螺栓擰緊機(jī)的控制方法 5 1 扭矩傳感器 扭矩傳感器是對(duì)各種旋轉(zhuǎn)與非旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件上對(duì)扭轉(zhuǎn)力矩感知的檢測(cè) 扭矩傳 感器將扭矩的物理變化轉(zhuǎn)換成精確電信號(hào) 扭矩傳感器可以應(yīng)用在制造粘度計(jì) 電 動(dòng) 氣動(dòng) 液壓 扭力扳手 它具有精度高 頻響快 可靠性好 壽命長(zhǎng)的特點(diǎn) 5 2 角度編碼器 角度編碼器是一個(gè)電子設(shè)備元件 當(dāng)它轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)特定角度后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電脈沖 通常固化在工具內(nèi)部 在日常使用中有兩種形式角度編碼器 一種是一體化設(shè)備固 化在工具驅(qū)動(dòng)軸上出齒輪驅(qū)動(dòng) 另一種編碼器的形式是通過(guò)探測(cè)驅(qū)動(dòng)軸上的磁元件 的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)靜態(tài)來(lái)采樣 由于編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)是固定的 所以通過(guò)套筒一整轉(zhuǎn)與 編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)之間的換算 將控制單元標(biāo)定后便可用于測(cè)量緊固件 5 3 擰緊過(guò)程中的控制方法 5 3 1 扭矩法 扭矩法是一種常規(guī)的擰緊方法 是利用扭矩與預(yù)緊力的線性關(guān)系在彈性區(qū)進(jìn)行 緊固控制的一種簡(jiǎn)便方法 使用該方法在擰緊的時(shí)侯 只對(duì)一個(gè)確定的緊固扭矩進(jìn) 行控制 操作及其簡(jiǎn)便 但是 緊固扭矩的 90 左右作用于螺紋摩擦和支承面摩擦 的消耗 真正作用在軸向預(yù)緊力方面僅 l0 左右 初始預(yù)緊力的離散度是隨著擰緊 過(guò)程中摩擦等因素的控制程度而變化的 因此該擰緊方法的離散度比較大 適合一 般零件的緊固 不太適合重要的 關(guān)鍵的零件的聯(lián)接 5 3 2 扭矩轉(zhuǎn)角法 扭矩一轉(zhuǎn)角法 是在擰緊時(shí)達(dá)到規(guī)定的貼合扭矩力 再轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋零件以達(dá)到規(guī) 13 定角度 貼合扭矩值常取所需擰緊扭矩值的 25 上下 盡管螺紋件摩擦系數(shù)對(duì)達(dá)到 貼合扭矩的擰緊所產(chǎn)生的 階段預(yù)緊力 有一定影響 但影響較小而且螺紋摩擦系 數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)角擰緊所產(chǎn)生的預(yù)緊力沒(méi)有影響 因?yàn)樵趶椥宰冃螀^(qū)或超彈性區(qū)內(nèi) 若彈性 模量固定 預(yù)緊力只與螺栓伸長(zhǎng)量最有關(guān) 而伸長(zhǎng)量與轉(zhuǎn)角度數(shù)成正比 5 3 3 屈服點(diǎn)法 屈服點(diǎn)控制法利用扭矩一轉(zhuǎn)角 增最比概念 將螺紋件擰緊至螺栓的屈服點(diǎn) 13 擰緊工具使用計(jì)算機(jī)電路 將輸入的扭矩和轉(zhuǎn)角進(jìn)行微分計(jì)算 并繪制扭矩一轉(zhuǎn)角 曲線 從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)控制 屈服點(diǎn)控制法的擰緊質(zhì)量 預(yù)緊力離散性 只與螺栓 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 屈服強(qiáng)度有關(guān) 5 4 擰緊過(guò)程的檢測(cè) 該擰緊機(jī)控制系統(tǒng)采用智能的閉環(huán)擰緊控制系統(tǒng) 處于對(duì)由一個(gè)給定連接點(diǎn)產(chǎn) 生夾具負(fù)荷的精確監(jiān)測(cè) 扭矩或力 的需要 系統(tǒng)需要扭矩角度的反饋 在直流電 驅(qū)動(dòng)的時(shí)侯 施加的扭矩與輸入驅(qū)動(dòng)器的電流成正比 IKT 是電樞控制馬達(dá)中的電樞電流 或是勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)中的勵(lì)磁電流 因此 扭矩I 可以通過(guò)電流計(jì)檢測(cè)計(jì)算出來(lái) 但是 在小扭矩應(yīng)用中 由工件對(duì)驅(qū)動(dòng)軸施加的反 向扭矩不能夠忽視 因此 用于測(cè)量實(shí)際夾具力的扭矩 或者力 傳感器的介紹如 下 典型的一個(gè)和惠斯通電橋連接在一起的由應(yīng)變計(jì)組成的網(wǎng)狀物 扭矩傳感器安 裝在傳動(dòng)軸的末端 小塊的接觸 這些傳感器根據(jù)扭矩的變動(dòng)范圍可以有不同的大 小規(guī)格 電動(dòng)機(jī)安裝有一個(gè)編碼器 可以提供傳動(dòng)軸的角度方向和相應(yīng)的角速度 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 6 結(jié) 論 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)生學(xué)習(xí)階段的一次彌足珍貴的將理論知識(shí)同實(shí)踐相結(jié)合的 機(jī)會(huì) 通過(guò)這次對(duì)螺栓擰緊機(jī)的設(shè)計(jì) 首先 我被這種在學(xué)習(xí)領(lǐng)域的探索所深深地 吸引 讓我把以前知識(shí)再次拾起 把一些精髓的知識(shí)應(yīng)用到設(shè)計(jì)中來(lái) 其次 對(duì)于 螺栓擰緊機(jī) 我從設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)看 它是一個(gè)將理論力學(xué) 機(jī)械設(shè)計(jì)等多學(xué)科的知 識(shí)穿通道一起 并取舍一些重要的參數(shù)來(lái)完成這次設(shè)計(jì)的過(guò)程 在設(shè)計(jì)過(guò)程中 我 對(duì)螺栓擰緊機(jī)的總體裝配圖進(jìn)行了細(xì)致的繪制 并且將一些重要的零件 動(dòng)力 傳 動(dòng)結(jié)構(gòu) 進(jìn)行了詳細(xì)的講解 通過(guò)對(duì)傳動(dòng)部分齒輪強(qiáng)度的校核 合理的選取齒輪的 輪數(shù) 完成其設(shè)計(jì) 最后 對(duì)扭矩傳感器和角度和編碼器進(jìn)行簡(jiǎn)單的講解 完成總 的設(shè)計(jì) 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多 過(guò)程繁瑣 但是我的收獲卻很豐碩 對(duì)各種材料的使 用條件 對(duì)各種零件的適用機(jī)構(gòu) 都認(rèn)真透徹的進(jìn)行了參考及選擇 針對(duì)本次畢業(yè) 設(shè)計(jì) 將以前學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行了一定的串聯(lián) 把設(shè)計(jì)中應(yīng)用的理論知識(shí)進(jìn)行了深入 細(xì)致的學(xué)習(xí) 完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì) 對(duì)我的專業(yè)知識(shí)以及應(yīng)用 是一種莫大的鼓勵(lì) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 參 考 文 獻(xiàn) 1 饒振綱 行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2003 9 1 335 2 濮良貴 紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì) M 第八版 北京 高等教育出版社 2006 5 186 239 3 孫桓 陳作模 葛文杰 機(jī)械原理 M 第七版 北京 高等教育出版社 2006 5 174 213 4 李化敏 李瑰賢 齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 6 114 156 5 王章忠 機(jī)械工程材料 M 第二版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 1 126 129 6 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室 理論力學(xué) M 第六版 北京 高等教育出版社 2002 8 112 117 7 劉鴻文 材料力學(xué) M 第四版 北京 高等教育出版社 2004 1 75 79 8 吳宗澤 羅圣國(guó) 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) M 第三版 北京 高等教育出版社 2006 5 35 170 9 齒輪手冊(cè)編委會(huì) 齒輪手冊(cè) M 第二版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 8 10 38 10 任麗華 螺紋擰緊扭矩的理論分析 J 煤礦機(jī)械 2006 7 67 68 11 劉建文 螺紋連接及擰緊技術(shù) J 汽車工藝與材料 1999 2 7 8 12 卜炎 螺紋連接設(shè)計(jì)與計(jì)算 M 北京 高等教育出版社 1995 1 1 4 13 張家全 扭矩轉(zhuǎn)角裝配方法及測(cè)量誤差分析 J 計(jì)量技術(shù) 2003 2 29 31 14 J H Bickford Bolt Torque M Machine Design 1990 6 12 25 15 J Ne Waham etc Safety Using yield Method M Machine Design 1990 10 55 65 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 致 謝 本文在張冰導(dǎo)師的指導(dǎo)下 通過(guò)自己查詢多方面的資料以及應(yīng)用學(xué)過(guò)的知識(shí)下 完成的 所有的這一切都將成為我受益終生的寶貴財(cái)富 學(xué)生在此向?qū)煴硎局孕?的感謝 張老師多次向我詢問(wèn)我的設(shè)計(jì)進(jìn)程 并為我指點(diǎn)迷津 幫助我開(kāi)拓思路 他一絲不茍的作風(fēng) 嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度 踏踏實(shí)實(shí)的精神 給了我很大的鼓舞 同時(shí)還要感謝關(guān)心和幫助過(guò)我的同學(xué) 四年的生活讓我們結(jié)下了深厚的友誼 大四畢業(yè)在即 回想起機(jī)械學(xué)院的老師和同學(xué)那一份兢兢業(yè)業(yè)的精神 他們踏踏實(shí) 實(shí)的學(xué)習(xí)的態(tài)度著實(shí)讓我受益匪淺 宿舍的舍友在我設(shè)計(jì)最瓶頸的時(shí)候給予了我最 大的支持 是他們讓我懂得緊張之余的放松不失為一種好的學(xué)習(xí)方法 感謝他們給 我的建議 四年的同窗生活走過(guò)了 但是我們的友誼卻是永遠(yuǎn)的留在我們的心窗 每當(dāng)生活和工作中遇到困難的時(shí)候 你們永遠(yuǎn)是我最大 最堅(jiān)強(qiáng)的后盾 為期大半個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲了 我的四年大學(xué)生涯也即將圈上一個(gè) 句號(hào) 此刻我的心中卻有些悵然若失 我的那些同窗四年的舍友 那些給予了我們 最神圣的知識(shí)的老師即將和我再見(jiàn) 心中始終帶著那么一絲酸楚 四年間 每次走 進(jìn)學(xué)習(xí)的教室都會(huì)讓我感受到一種親切熱情的氛圍 無(wú)論是學(xué)習(xí) 工作生活上的問(wèn) 題 同學(xué)們之間互相學(xué)習(xí)互相進(jìn)步 一一在目 也就是在這里 我學(xué)到了專業(yè)知識(shí) 學(xué)到了如何做人 學(xué)到了情意的所在 最后 在此對(duì)所有幫助過(guò)我的同學(xué)和老師說(shuō)一聲 謝謝