四顆螺釘同步裝卸力矩可控式氣動扳手轉(zhuǎn)換接頭設(shè)計

王旭芳　胡超超　陳志穎　張文華　江海兵

摘 要：為同步裝卸圓周上均布的四顆螺釘，防止螺釘裝配力矩過載，特設(shè)計了四顆螺釘同步裝卸力矩可控式氣動扳手轉(zhuǎn)換接頭，其主要由傳動機構(gòu)、變徑裝置和力矩過載裝置組成，該接頭結(jié)構(gòu)簡單、力矩可控、操作方便，可提高裝配質(zhì)量和裝配效率，降低勞動強度，具有廣闊的應(yīng)用價值和市場前景。

關(guān)鍵詞：傳動機構(gòu)；同步裝卸；力矩可控；轉(zhuǎn)換接頭

中圖分類號：TH89

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的需求量大幅提升，提高工作效率已經(jīng)成為工業(yè)產(chǎn)業(yè)上急需改進提高的方面。在法蘭、端蓋等零件的裝配中，許多都有四顆均布螺釘需要裝配，目前，裝配生產(chǎn)線中基本上都是采用四顆螺釘依次安裝的裝配順序，這樣裝配一方面延長了產(chǎn)品的裝配時間，生產(chǎn)率低，增加了產(chǎn)品的制造成本，另一方面，在某些裝配質(zhì)量要求較高的場合，如液壓閥閥套、端蓋等軸類精密配合的場合下的裝配，對角裝配螺釘可提高裝配質(zhì)量。手工對角裝配操作起來比較費時費力，裝配質(zhì)量還受到裝配操作人員的熟練程度影響，且同一操作人員的裝配的質(zhì)量也不相同，不能達到標準化生產(chǎn)的要求，不能滿足當前先進自動化制造的要求。而采取四顆螺釘同時擰緊且保證擰緊力矩相同，就能大大提高安裝效率和提高產(chǎn)品裝配質(zhì)量。

螺釘擰緊力矩的大小對裝配質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量也有重大影響，裝配力矩過大，會損壞螺釘和螺紋孔，對修理時的拆卸也會產(chǎn)生一定的麻煩；裝配力矩過小，不能滿足裝配質(zhì)量的要求，嚴重影響著產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。國內(nèi)的部分小型企業(yè)的裝配力矩依靠裝配工人的主觀感覺與判斷，不能達到標準化的裝配要求，不同生產(chǎn)批次的裝配質(zhì)量取決于裝配工人的熟練操作程度，同一批次的產(chǎn)品也會受到裝配工人的當時環(huán)境和身體條件的影響，裝配質(zhì)量也起伏不定，在一定的程度上都會影響了產(chǎn)品的質(zhì)量，如能進行恒定力矩裝配，對提高產(chǎn)品裝配質(zhì)量和品質(zhì)， 提高產(chǎn)品競爭力，促進國民經(jīng)濟發(fā)展都有重要意義[1-3]。

1 總體方案設(shè)計

圖1為轉(zhuǎn)換接頭總體方案，該扳手主要由齒輪傳動裝置、力矩調(diào)節(jié)裝置、過載保護裝置、變徑裝置、套筒和殼體等組成。通過齒輪傳動來傳遞動力和扭矩，實現(xiàn)螺釘?shù)陌惭b和拆卸；變徑裝置是為了適應(yīng)不同直徑圓周上的均布螺釘?shù)难b卸；力矩調(diào)節(jié)裝置主要是調(diào)節(jié)螺釘擰緊最大力矩，提高緊固件安裝質(zhì)量，防止緊固件松動與破壞；為裝卸不同類型的螺釘，特設(shè)計了多類型的套筒；殼體是用來固定和安裝齒輪傳動裝置、力矩調(diào)節(jié)裝置、過載保護裝置、變徑裝置和套筒。

1.1 傳動機構(gòu)的設(shè)計

轉(zhuǎn)換接頭內(nèi)部采用齒輪傳動方式，其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠的特點。氣動扳手帶動驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，通過傳動齒輪和扳軸齒輪的嚙合，達到傳動的目的。該結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)較大傳動力矩，同時結(jié)構(gòu)緊湊，便于操作人員攜帶、使用。如圖2所示，驅(qū)動機構(gòu)主要由驅(qū)動齒輪，兩個傳動齒輪和扳軸齒輪組成，除了驅(qū)動齒輪外，傳動齒輪和扳軸齒輪為4套，均布在驅(qū)動齒輪的四周。驅(qū)動齒輪動力來源于氣動扳手，扳軸齒輪通過軸連接驅(qū)動套筒轉(zhuǎn)動。

1.2 變徑裝置的設(shè)計

由于各緊固件均布螺釘中心線圓周半徑不同，為使該氣動扳手能實現(xiàn)裝卸不同規(guī)格產(chǎn)品，裝配和拆卸螺釘時，需要調(diào)整半徑扳軸的半徑大小來適應(yīng)不同直徑圓周上均布螺釘?shù)难b配工作，變徑裝置原理如圖3所示：由直槽板、曲槽板和扳軸組成，直槽板的直槽和曲槽板的曲槽重疊部分恰好為扳軸的位置，當直槽板和曲槽板圍繞中心線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時，直槽和曲槽的重疊部分離直槽板和曲槽板的中心半徑就發(fā)生了變化，這樣扳軸所處的位置就發(fā)生了變化，由于4條直槽和4條曲槽的位置關(guān)于圓形的直槽板和曲槽板的中心對稱，所以4個扳軸的距離中心的半徑是同時發(fā)生變化的，變化同步且大小相等，這樣就能保證4個扳軸在同一圓周上。

1.3 過載保護裝置的設(shè)計

為避免緊固件裝卸時因發(fā)生過載而損壞零件螺紋，且保證裝配合適力矩，設(shè)計了獨特的過載保護裝置，其原理如圖4所示：軸與圓盤之間通過彈簧壓緊的鋼球來進行連接，當軸與圓盤受到的扭矩不大于最大轉(zhuǎn)矩時，軸在圓盤的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動；過載轉(zhuǎn)矩大小依靠調(diào)整螺釘來壓縮彈簧進行調(diào)節(jié)，當傳動的轉(zhuǎn)矩超過過載轉(zhuǎn)矩時，鋼球被頂向調(diào)整螺釘，軸和圓盤之間傳動脫開，實現(xiàn)過載保護作用。

1.4 套筒的設(shè)計

套筒是氣動扳手在裝卸中作用是卡緊螺釘并傳遞扭矩的作用，由于螺釘規(guī)格不一，需要設(shè)計滿足不同規(guī)格螺釘裝卸的套筒，套筒與扳軸齒輪之間連接采用快換機構(gòu)，從而提高裝配的效率和降低操作難度。

1.5 動力裝置的設(shè)計

主要采用壓力氣體驅(qū)動氣動馬達的方式來進行驅(qū)動，主要是采用可以調(diào)節(jié)壓力的溢流閥來控制驅(qū)動氣體壓力的大小來實現(xiàn)動力輸送。

2 結(jié)束語

四顆螺釘同步裝卸的力矩可控式氣動扳手轉(zhuǎn)換接頭可同時裝卸同一圓周上的均布螺釘，且具有力矩可調(diào)和限定功能。該扳手不僅大大提高了裝配效率和裝配質(zhì)量，而且還能保證螺紋緊固件在工作時不發(fā)生折斷和松動現(xiàn)象，其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、力矩調(diào)節(jié)容易，能適應(yīng)不同場合的需要，同時成本低，性價比高，可優(yōu)化繁瑣且精度差的手工勞動，顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，具有較強的使用價值和推廣價值。

參考文獻：

[1]黎永泉.從中國專利看我國氣動機具技術(shù)的發(fā)展[J].鑿巖機械氣動工具，1998.

[2]王成忠.擰緊技術(shù)運用中的幾個實際問題[J].鑿巖機械氣動工具，1998.

[3]劉建文.螺紋聯(lián)接及擰緊技術(shù)[J].汽車工藝與材料，1999.

[4]馬曉麗，肖俊建，機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

作者簡介：王旭芳（1995.02-），女，本科生，研究方向：機械電子工程；江海兵（1978.02-），男，研究生，副教授，研究方向：機械電子工程。

作者單位：衢州學院 機械工程學院，浙江衢州 324000

基金項目：2013年國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（項目編號：201311488009）。