CN114850846A - 一种小尺寸精确力矩拧紧单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小尺寸精确力矩拧紧单元，属于自动化精确拧紧设备技术领域，该拧紧单元包括电机、减速机、锥齿轮组和拧紧套筒；其中：所述电机与减速机相连，电机提供动力通过减速机增强扭矩后传动到锥齿轮组上，锥齿轮组带动拧紧套筒动作；所述锥齿轮组把水平运动转变为竖直的旋转运动。该拧紧单元主要应用用于狭窄空间环境下的精确拧紧装置，能够实时闭环测量拧紧力矩，能够精确的测量拧紧套筒输出的转角，并能提供封闭内腔环境下的拧紧过程可视化监控，全部功能均集成于拧紧机构内部及壳体表面，结构紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及精确力矩拧紧装置技术领域，具体涉及一种小尺寸精确力矩拧紧单元。
背景技术
在发动机总成及零部件联接中，各个总成部件中都严格规定了主要联接件中拧紧力矩的大小。对于大的操作空间，一般采用标准力矩拧紧单元进行力矩的拧紧，力矩拧紧单元的大量应用是实现“机械换人”并推动传统制造业实现技术转型升级的重要途径。
但对于很多狭小空间的力矩拧紧，由于标准力矩拧紧单元占用的体积比较大，无法在狭小空间内布置，现有的拧紧设备多为开环的检测输出力矩值，由于受到作业空间的限制，需要长距离传输拧紧力矩，力矩损失严重，作业效率低。精度差，因此，本发明所述的一种适用于着在狭小空间的精确力矩拧紧装置能够为解决狭小空间内高精度拧紧提供一种有效的解决手段。
发明内容
针对目前进行狭小空间精确力矩拧紧中存在的需要反复的定位工装、作业效率低等问题，本发明的目的是提供一种小尺寸精确力矩拧紧单元，能够满足狭小空间内的高精度拧紧作业，能够闭环的检测套筒输出的扭矩值，能够开环的测量套筒输出的转角值。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种小尺寸精确力矩的拧紧单元，包括电机、减速机、锥齿轮组和拧紧套筒；其中：所述电机与减速机相连；所述锥齿轮组分别与减速机和拧紧套筒相连，电机提供动力通过减速机增强扭矩后传动到锥齿轮组上，锥齿轮组带动拧紧套筒动作；所述锥齿轮组依靠自身结构将力旋转90°，把水平运动转变为竖直的旋转运动。
所述电机采用直流无刷电机，电机内置扭矩传感器及转角编码器，能够实时的检测电机输出的扭矩与转角值。
该拧紧单元还包括拧紧单元壳体，所述电机、减速机和锥齿轮组均设置于拧紧单元壳体内。所述锥齿轮组包括第一齿轮与第二齿轮，第一齿轮与减速机输出轴相连，第二齿轮与拧紧套筒的下端相连。
该拧紧单元还包括应变片与导电滑环，所述应变片与导电滑环相连接，应变片成对安装于拧紧套筒侧壁，能够通过拧紧套筒的应变间接测量其输出的扭矩，扭矩信号由应变片转换为电信号，然后由导电滑环将旋转的电信号转化为固定的电信号，最终输出至放大器，经处理后传输至上位机。
该拧紧单元还包括内窥镜，所述内窥镜安装在拧紧单元壳体上，其镜头视野覆盖拧紧套筒全貌，能够实时的观测到拧紧动作后是否达到要求，因此能够全程监控拧紧过程。
所述导电滑环由转子与定子组成，转子套装固定于拧紧套筒外侧，转子随拧紧套筒旋转；转子通过电刷与定子相接触；定子通过导线与控制系统连接，因此导电滑环能够在拧紧套筒旋转时将应变片发出的电流信号传递至定子上连接的导线上，最终传递至控制系统，读出应变片的电流值进而换算成套筒所输出的扭矩值。
本发明具有以下创新点：
(1)本发明所述的拧紧装置结构简单，模块化设计维修方便，可靠性高。
(2)本发明所述的拧紧装置，拧紧动力源内置于齿轮箱内部，仅有1级齿轮传递扭矩，拧紧动力利用率高。
(3)本发明可以闭环检测套筒的拧紧力矩。
(4)本发明具有拧紧力矩测量及拧紧过程视频监控功能。
附图说明
图1为本发明拧紧单位俯视结构图。
图2为本发明拧紧单元对应于图1中A-A面的剖视图。
图3为本发明拧紧单元外型尺寸图(单位：mm)。
图4为本发明拧紧单元外型尺寸图(单位：mm)。
其中：1-电机，2-减速机，3-锥齿轮组，4-应变片，5-导电滑环转子，6-导电滑环定子，7-内窥镜，8-拧紧套筒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
如图1-2所示，本发明提供一种适用小尺寸空间的精确力矩拧紧单元，包括电机1、减速机2、锥齿轮组3、应变片4、导电滑环、内窥镜7和拧紧套筒8；其中：所述电机、减速机、锥齿轮组和应变片均安装在拧紧单元壳体内部，内窥镜安装在壳体外侧。
所述拧紧单元壳体为一体化加工而成，减小齿轮箱的所占空间，它是本发明所有部件所安装的本体结构。
所述电机1与减速机2相连构成拧紧动力源，减速机的输出轴与锥齿轮组3连接，拧紧动力源通过锥齿轮组将拧紧力矩垂直输出，电机与减速机的最大外径为38mm，经过减速机后输出的扭矩为30Nm；同时锥齿轮组具备1：1.7的减速增扭功能。
所述锥齿轮组包括第一齿轮与第二齿轮，第一齿轮与减速机输出轴相连，第二齿轮与拧紧套筒8的下端相连。所述锥齿轮组依靠自身结构将力旋转90°，把水平运动转变为竖直的旋转运动；齿轮组速比1.7：1，因此经锥齿轮组最终输出的扭矩最大值为51Nm。
所述电机采用直流无刷电机，电机内置扭矩传感器及转角编码器，能够实时的检测电机输出的扭矩与转角值。
所述应变片4与导电滑环相连接，应变片成对安装于拧紧套筒8侧壁，当套筒输出扭矩时，其表面会发生微应变，应变片通过测量套筒应变值，将应变值转化为电流信号，应变片通过导线与导电滑环转子相连，因此套筒所输出扭矩的扭矩最终转化为电流信号传递至导电滑环的转子。
所述导电滑环由导电滑环转子5与导电滑环定子6组成，导电滑环转子套装固定于拧紧套筒外侧，导电滑环转子随拧紧套筒旋转；导电滑环转子通过电刷与导电滑环定子相接触；定子通过导线与控制系统连接，因此导电滑环能够在拧紧套筒旋转时将应变片发出的电流信号传递至定子上连接的导线上，最终传递至控制系统，读出应变片的电流值进而换算成套筒所输出的扭矩值。
所述内窥镜的镜头视野覆盖拧紧套筒全貌，能够实时的观测到拧紧动作后是否达到要求，因此能够全程监控拧紧过程。
所述拧紧单元运动原理：当拧紧单元放入小尺寸空间后，启动电机，电机为拧紧单元提供动力，电机与减速机相连。通过与电机相连的减速机进一步增大扭矩。由于锥齿轮组与减速机相连，锥齿轮组呈90°角啮合(第一齿轮与第二齿轮传动轴线间的夹角为90°)，带动垂直布置的拧紧套筒旋转，套筒进行拧紧作业。套筒表面由于输出拧紧扭矩的作用产生微应变，该应变值由应变片测量，应变片与导电滑环转子通过导线相连，导电滑环的转子与定子通过电刷相连，通过应变片输出电流变化计算出套筒输出的扭矩值，扭矩值实际为电流信号，由导电滑环传递至上位机，完成精确力矩的拧紧后再通过拧紧装置上设置的内窥镜，进一步的保证运动的准确性。
所述拧紧单元的适用条件：当拧紧螺母所在轴线到其周边最小距离L1≥29.5mm时，可以适应螺母拧紧力矩≤50Nm范围内的拧紧作业。拧紧单元宽60mm，高40mm，长200mm(图3-4)。
Claims (7)
1.一种小尺寸精确力矩拧紧单元，其特征在于：该拧紧单元包括电机、减速机、锥齿轮组和拧紧套筒；其中：所述电机与减速机相连，所述锥齿轮组分别与减速机和拧紧套筒相连，电机提供动力通过减速机增强扭矩后传动到锥齿轮组上，锥齿轮组带动拧紧套筒动作；所述锥齿轮组把水平运动转变为竖直的旋转运动。
2.根据权利要求1所述的小尺寸精确力矩拧紧单元，其特征在于：所述电机采用直流无刷电机，电机内置扭矩传感器及转角编码器，能够实时的检测电机输出的扭矩与转角值。
3.根据权利要求1所述的小尺寸精确力矩拧紧单元，其特征在于：该拧紧单元还包括拧紧单元壳体，所述电机、减速机和锥齿轮组均设置于拧紧单元壳体内。
4.根据权利要求1所述的适用于小尺寸精确力矩的拧紧单元，其特征在于：所述锥齿轮组包括第一齿轮与第二齿轮，第一齿轮与减速机输出轴相连，第二齿轮与拧紧套筒的下端相连。
5.根据权利要求1所述的小尺寸精确力矩拧紧单元，其特征在于：该拧紧单元还包括应变片与导电滑环，所述应变片与导电滑环相连接，应变片成对安装于拧紧套筒侧壁，能够通过拧紧套筒的应变间接测量其输出的扭矩，扭矩信号由应变片转换为电信号，然后由导电滑环将旋转的电信号转化为固定的电信号，最终输出至放大器，经处理后传输至上位机。
6.根据权利要求3所述的小尺寸精确力矩拧紧单元，其特征在于：该拧紧单元还包括内窥镜，所述内窥镜安装在拧紧单元壳体上，其镜头视野覆盖拧紧套筒全貌，能够实时的观测到拧紧动作后是否达到要求，因此能够全程监控拧紧过程。
7.根据权利要求5所述的小尺寸精确力矩拧紧单元，其特征在于：所述导电滑环由转子与定子组成，转子套装固定于拧紧套筒外侧，转子随拧紧套筒旋转；转子通过电刷与定子相接触；定子通过导线与控制系统连接，因此导电滑环能够在拧紧套筒旋转时将应变片发出的电流信号传递至定子上连接的导线上，最终传递至控制系统，读出应变片的电流值进而换算成套筒所输出的扭矩值。
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