冲击扭矩实验装置结构设计

李莎 张长富

摘要：针对目前装配线中螺纹连接工作效率低、对工作质量精度高要求等问题。本文通过UG8.5设计出理论装配模型，通过行星轮系、机械冲击、扭矩传感等装置，可以实现冲击扭矩实验装置对螺栓紧固过程中进行检测、反馈、显示和控制等功能。

Abstract： Aiming at the low working efficiency and high precision of thread connection in assembly line. In this paper， a theoretical assembly model is designed through UG8.5. Through planetary gear train， mechanical impact， torque sensing and other devices， the impact torque experimental device can perform functions such as detection， feedback， display and control during bolt fastening.

关键词：冲击扭矩;行星轮系;扭矩传感

Key words： impact torque;planetary gear train;torque sensor

中图分类号：TH122                                       文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）23-0012-02

0  引言

随着工业的迅速发展，在装配过程中螺纹连接因其可重复拆装而获得广泛的应用，其主要的典型应用情况见表1所示[1]。

在汽车、飞机、航天领域、精密制造领域、智能制造领域等等，需要对装配精度提出更高的要求，尤其对于一些重要的螺纹连接，不但要求工作效率高，对工作的质量如拧紧力、扭矩等也有准确度要求[2-6]。

本文提出的设计方案是一种冲击扭矩实验装置。整个实验装置由动力系统、传动系统、冲击系统、检测控制系统等组成。通过各装置可以实现在螺栓紧固过程中进行实时检测、显示、反馈和控制等功能。其装置分布图如图1所示。

1  冲击式扭矩扳手实验装置总体设计

冲击扭矩实验装置工作时，实验若在设定扭矩情况下进行时，实验装置进行扭矩加载，到达设定扭矩会提示停车制动;若没有提前设定扭矩，通过实时观测采集的实验数据来决定是否停车制动。实验通过电流表、电压表、压频转换器、应变片等采集的实验数据对实验装置进行控制。冲击扭矩实验装置关键部件及结构示意图如图2所示。

2  主要部件结构设计

2.1 行星轮系减速装置

本实验装置采用行星轮系对电机输出的转速进行减速。行星轮系实物图如图3所示。

在行星轮系设计中，为满足工况边界条件下最大扭矩300Nm的前提下，其齿轮传动强度校核计算公式（1）-公式（3）如下：

齿面接触疲劳强度校核：

齿根弯曲疲劳强度校核：

在轴Ⅵ上的齿轮齿数z1=7，星轮齿数z2=21，太阳轮z3=50。行星架H与轴Ⅴ相连。

即由公式（4）和公式（5）可得轴Ⅴ与轴Ⅵ传动比为：轴Ⅵ转43转时，轴Ⅴ转7转，其转向相反。

2.2 机械冲击装置

在实验中螺栓试件与靶座芯螺纹拧紧大致可以分为三个过程。其冲击装置结构实物图如图4所示。

首先，螺栓试件与靶座芯螺纹有一段空程阶段，其力矩计算公式（6）如下：

其次，螺栓试件与靶座芯拧紧时，榫头受反作用力不再旋转，摆锤受反作用力反压弹簧Ⅱ，摆锤左移当锤头高过榫头底部时，此时力矩计算公式（7）如下：

最后，由于弹簧Ⅱ回弹压力使得摆锤对榫头施加冲击打击，周而复始产生连续冲击载荷。其整个冲击过程力矩与冲击次数关系如图5所示。

3  结束语

本文基于UG8.5设计了冲击扭矩实验装置。通过机械结构、机械传动、信息采集与处理的装置，来实现对螺栓紧固过程中进行检测和控制的实验装置;通过实验加载摆锤壳和靶座壳产生微小機械变形，变片Ⅰ和应变片Ⅱ测量电阻变化大小，并转换为测点的应变值;通过轴Ⅰ、轴Ⅱ、离合器、钢带、钢带摩擦环等进行制动。最终实现对螺栓紧固过程中进行实时检测、显示、反馈和控制等功能。

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