李莎 張長富

摘要：針對目前裝配線中螺紋連接工作效率低、對工作質(zhì)量精度高要求等問題。本文通過UG8.5設(shè)計出理論裝配模型，通過行星輪系、機械沖擊、扭矩傳感等裝置，可以實現(xiàn)沖擊扭矩實驗裝置對螺栓緊固過程中進行檢測、反饋、顯示和控制等功能。

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.

關(guān)鍵詞：沖擊扭矩;行星輪系;扭矩傳感

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

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0012-02

0? 引言

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，在裝配過程中螺紋連接因其可重復(fù)拆裝而獲得廣泛的應(yīng)用，其主要的典型應(yīng)用情況見表1所示[1]。

在汽車、飛機、航天領(lǐng)域、精密制造領(lǐng)域、智能制造領(lǐng)域等等，需要對裝配精度提出更高的要求，尤其對于一些重要的螺紋連接，不但要求工作效率高，對工作的質(zhì)量如擰緊力、扭矩等也有準確度要求[2-6]。

本文提出的設(shè)計方案是一種沖擊扭矩實驗裝置。整個實驗裝置由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、沖擊系統(tǒng)、檢測控制系統(tǒng)等組成。通過各裝置可以實現(xiàn)在螺栓緊固過程中進行實時檢測、顯示、反饋和控制等功能。其裝置分布圖如圖1所示。

1? 沖擊式扭矩扳手實驗裝置總體設(shè)計

沖擊扭矩實驗裝置工作時，實驗若在設(shè)定扭矩情況下進行時，實驗裝置進行扭矩加載，到達設(shè)定扭矩會提示停車制動;若沒有提前設(shè)定扭矩，通過實時觀測采集的實驗數(shù)據(jù)來決定是否停車制動。實驗通過電流表、電壓表、壓頻轉(zhuǎn)換器、應(yīng)變片等采集的實驗數(shù)據(jù)對實驗裝置進行控制。沖擊扭矩實驗裝置關(guān)鍵部件及結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

2? 主要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 行星輪系減速裝置

本實驗裝置采用行星輪系對電機輸出的轉(zhuǎn)速進行減速。行星輪系實物圖如圖3所示。

在行星輪系設(shè)計中，為滿足工況邊界條件下最大扭矩300Nm的前提下，其齒輪傳動強度校核計算公式（1）-公式（3）如下：

齒面接觸疲勞強度校核：

齒根彎曲疲勞強度校核：

在軸Ⅵ上的齒輪齒數(shù)z1=7，星輪齒數(shù)z2=21，太陽輪z3=50。行星架H與軸Ⅴ相連。

即由公式（4）和公式（5）可得軸Ⅴ與軸Ⅵ傳動比為：軸Ⅵ轉(zhuǎn)43轉(zhuǎn)時，軸Ⅴ轉(zhuǎn)7轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)向相反。

2.2 機械沖擊裝置

在實驗中螺栓試件與靶座芯螺紋擰緊大致可以分為三個過程。其沖擊裝置結(jié)構(gòu)實物圖如圖4所示。

首先，螺栓試件與靶座芯螺紋有一段空程階段，其力矩計算公式（6）如下：

其次，螺栓試件與靶座芯擰緊時，榫頭受反作用力不再旋轉(zhuǎn)，擺錘受反作用力反壓彈簧Ⅱ，擺錘左移當(dāng)錘頭高過榫頭底部時，此時力矩計算公式（7）如下：

最后，由于彈簧Ⅱ回彈壓力使得擺錘對榫頭施加沖擊打擊，周而復(fù)始產(chǎn)生連續(xù)沖擊載荷。其整個沖擊過程力矩與沖擊次數(shù)關(guān)系如圖5所示。

3? 結(jié)束語

本文基于UG8.5設(shè)計了沖擊扭矩實驗裝置。通過機械結(jié)構(gòu)、機械傳動、信息采集與處理的裝置，來實現(xiàn)對螺栓緊固過程中進行檢測和控制的實驗裝置;通過實驗加載擺錘殼和靶座殼產(chǎn)生微小機械變形，變片Ⅰ和應(yīng)變片Ⅱ測量電阻變化大小，并轉(zhuǎn)換為測點的應(yīng)變值;通過軸Ⅰ、軸Ⅱ、離合器、鋼帶、鋼帶摩擦環(huán)等進行制動。最終實現(xiàn)對螺栓緊固過程中進行實時檢測、顯示、反饋和控制等功能。

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