螺栓自动拧紧机毕业论文毕业设计

螺栓自动拧紧系统的结构设计学生姓名：汪俊洁01510112Y20所在系部：机械工程系指导教师：龚立雄(副教授)(Designandmanufactureofelectricwaterpumpforbucketwater)(WanngJunjie)May2019（25）学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定，同意学院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于（请在以上相应方框内打“√”)i因为螺栓连接结构简单，容易拆装，在很多机械装配中广泛使用螺栓连接，螺栓装配在现代工业过程中应用比较普遍，特别是对装配拧紧的位置角度等要求很高的场合，像汽车，机床，发动机等。现阶段，实现螺栓紧固件的联接的可靠性能，通过螺栓拧紧技术可以更好的去控制。拧紧工艺中螺栓的拧紧大体有三种：扭矩法，屈服点控制法以及扭矩—转角法。因为传统工艺的因素，在国内使用的气动液压扳手，它的操作不便利，效率低下，精度控制不达标，在现代化高性能装配机械行业，已经无法满足人们的需求。国外的自动螺栓拧紧机在中国市场中，因为它的灵活性能差，价位比较高，售后服务不完善，所以中国的机械行业很少使用。螺栓紧固广泛应用于汽车装配中。过去人们在装配时常在拧紧螺栓时，一般都把螺栓或螺母拧到最紧。后来人们才发现，这个“最紧”根本没有一个固定的标准，不同的人拧紧程度不同。一盖，套到曲轴上后再重新拧紧，装配，使用“最紧”来进行拧紧，将会出现不可预料的情况。所以，如何有效地拧紧，达到“最佳”的效果，也就成了机械装配行业中十件图。关键词：螺栓拧紧；扭矩—转角法；减速装置；花键轴Abstractinstitutionsassembly,boltassemblyinmodernindustrialprocesscompressorsandgearboxesbolttighteninganglehighprecisionthepositioncontrolledbybolttighteningprocess.Tightenboltstherearethreemainprocesses,namely:torquemethod,torqreasons,arenowwidelyusedintheassemblyofpneumaticandhydraulicbottomefficiency,angleandtorquecontrolaccuracyispoorandcannotbeachievednetworkingandonlinemanagementandothershortcomings,hasbeenunabletomeettherequirementsofmodernindustrialhigh-performanceindustryassemblyisauniversalphenomenon,beforepeopleonlyconsidereduniqueandindividual.Amachinewithdozensorevenhundredsofthousandspeopleindifferenttimedoneinlarge-scaleproducti),metal-cuttingshopinneedboltstilingassembledforhowtoeffectivelycontrolthe“tightening”andtoreachthe"effectivelycontrolledas“tightening”andtoachievethe"best"assemblythroughthevariousstructuralboltstighteningmachineisdesignedtocompletethegeneralassemblydrawings,comparingthesuccessfulcompletionoftighteningmachinesystemdesign.Someofthemoreimportantpartsforadetaileddescriptionanddrawtheirpartsdiagram. Abstract 错误!未定义书签。 2螺栓拧紧机的原理及意义 3螺栓拧紧机的总体设计过程 3.4螺栓拧紧机总体设计 4行星齿轮减速器的设计 5螺栓拧紧机的控制方法 5.2拧紧过程中的控制方法 11.1螺栓联接的历史螺栓联接因为它的简单可靠、拆卸方便等特点在汽车行业螺栓紧固中得到广泛的应拧紧的质量更是极不稳定。1.2螺栓拧紧机的出现自动螺栓拧紧机是一种机电一体化（机械的传动、电气的传动、电子技术、气动技术1.3螺栓拧紧机的发展螺栓拧紧是从国外发展起来，最具代表性的螺栓拧紧有阿特拉斯（AtlasCop-co），英格索兰(IngenuousAND)，库柏(Cooper)等。为了满足可控制螺栓拧紧的需求，在20世纪90年代初，汽车机电制造行业已经开始使用屈服点可控制的拧紧工具。现在，随着电动机调速等扭矩控制方法的发展，国外的机械装配作业线上的装配工具正再向能耗更低，控制更精确的拧紧设备的方向发展，通过微机系统控制的自动型装配系统，实现了对螺栓装配的定转角顶扭矩的屈服强度的检测控制。21.4中国拧紧机的发展与国外相比，我国机电行业的螺栓紧固工具和汽车产品仍然十分落后，无法系统地提供机械生产行业急需的大量紧固工具和设备。每年，都有大量的资金花在海外购买紧缩工具上。近年来，随着我国汽车机械工业的快速发展，为了提高我国机械产品的整体质量和国际竞争力，我国机械工业正朝着规模化、自动化的方向发展，对装配质量和生产效率提出了更高的要求。因此，对大量使用的螺栓或螺母的拧紧效率有更高的要求，极大地促进了需求。现阶段，我国螺栓紧固发展迅速。目前，我国国内机械市场多为国外市场所占据，主流汽车厂大多采用国外的机械设备，同时，沈阳自动化研究所、中科院、大连德信公司等少数机械厂已自主开发。任何一家，山东龙口航空机械厂等，从技术上比较，我国的机械产品也与国外产品一起退回。差距很大。随着拧紧技术和电子技术的进一步发展，我国机械行业将出现精度和自动化程度较高的螺栓拧紧机，并可能生产出新技术的螺栓拧紧机。由此可见，我国汽车装配行业将越来越多地采用自动螺栓拧紧机，从而大大提高汽车装配的质量和效率。随着拧紧技术和电子技术的深入发展，我国机械业将会出现精度，自动化程度更高的螺栓拧紧机；也可能生产出应用全新技术的螺栓拧紧机。由此可知，我国的汽车装配行业会越来越多的使用自动螺栓拧紧机，使汽车装配的质量和效率得到极大的提高。32螺栓拧紧机的原理及意义2.1原理螺栓拧紧机由支撑件、动力控制系统、升降系统和传动系统组成。螺栓拧紧机的作用是按照规定的要求拧紧螺栓。拧紧机的主要动力源是电机，通过减速器输出扭矩增大。螺栓的拧紧载荷主要由压缩空气驱动，拧紧箱由气缸驱动。拧紧箱移到工作位置后，即可拧紧螺栓。螺栓的整个紧固过程由电气控制系统控制，数据由传感器发送到控制系统。通过计算和判断数据，对整个紧固过程进行监控。这是控制系统。上紧机的卸料过程也由控制系统按固定周期自动操作控制。螺栓扭矩、转角等参数可根据实际情况进行设定。图2-1螺栓拧紧机的原理图2.1.1扭矩法4同，轴向夹紧力离散度可以达到±50%。此外，扭矩法不能够检测到拧紧过程中出现的不良状况，可能会出现产生施加扭矩已到达，但是实际螺栓却没有拧紧的差错。扭矩法的优点：作控制简单，测量更容易。扭矩控制法缺点：可以充分使用材料，摩擦系素对他的影响小，使得预紧力离散度变大，因此拧紧控制的精度会变低。所以，扭矩2.1.2扭矩转角法如果转角大一等于目标转角，或扭矩大于最大扭矩，拧紧轴将停止。如果最小扭矩小于最终扭矩小于最大扭矩，且最小角度小于最终角度小于最大角度，则拧紧合格。在螺栓超弹性极限塑性变形区采用扭矩角法，充分利用了材料强度“通过设计夹紧力可获得螺栓屈服强度的70%，实现高精度的拧紧控制”。扭矩角法可以显著提高轴向夹紧力控制的精度。达到15-25%。螺栓紧固件的摩擦系数对紧固质量影响不大。螺栓紧固件夹紧力分散较小，平均值可达屈服极限的70-80%，提高了螺栓紧固的可靠性。在紧固过程中，螺栓紧固件的摩擦系数对紧固阶段的预紧力有影响，但影响很小。在角度控制阶段，螺栓的摩擦系5数对角度拧紧产生的预紧力没有影响。例如，当螺栓紧固件拧紧并旋转3600度时，螺栓的应力部分将延长螺距。所以，螺栓紧固件的摩擦系数对最终预紧力数值的影响不大。2.1.3屈服点法法的拧紧质量只与螺栓紧固件的屈服强度有关。屈服点法的优点：把螺栓拧至其屈服点，充分发挥螺栓件的最大强度。通过一些实验计算微商公式如下：式中dT-扭矩变化量dθ-扭矩图2-3屈服点法原理图2.2意义62.2.1预紧力不适当带来的后果（2螺栓连接件的静力损坏：如果螺栓紧固件拧得过分密合，那么螺栓可能被拧断，甚至使得螺纹牙被毁坏而脱扣。（3）增大拧紧设备质量成本：若预紧力太小，那么就要使用更多的紧固件，使得产品的质量及成本增大。2.2.2设计意义连接的螺栓意义:用螺栓紧固件将螺栓连接在一起。通过螺栓拧紧空置房，我们学习到设计过程中一些传动，动力机构的原理，了解螺栓拧紧在现在生产及生活中的地位。通过本次设计让我学到了很多前沿的科技知识，使得我们在以后的学习工作中受益匪浅。3螺栓拧紧机的总体设计过程3.1设计内容自动螺栓拧紧机的总体设计：本文拟设计的拧紧机主要应用在普通的家用汽车装配车3.2性能特点性能特点:主要用于普通家用汽车装配车间，拧紧轮胎的紧固螺栓。3.3主要技术参数根据拧紧机在汽车生产上拧紧轮胎的应用，设定以下设计参数：拧紧转速：n=50r/min最大拧紧扭矩：T=150N•m7单班制工作，预期使用寿命10年，每年300个工作日。在使用期限内，工作时间占20%。3.4螺栓拧紧机总体设计螺栓拧紧机的总体设计是大致的设计好拧紧机的主体机构，然后根据其主体将传动机图3-1螺栓拧紧机装配图3.4.1减速装置的选择在合理采用结构形式的条件下，因为利用内啮合和数个行星轮来分担传递载荷，通常83.4.2轴的设计（1）材料：40Cr该钢经调质后可用于制造转向节、汽车后桥、曲轴、蜗杆、齿轮、机床顶套等中等负荷、中等速度的机械零件。钢材经中温调质后，可用于制造中等负荷、中等速度的零件。NG高负荷、冲击、中速，如齿轮、主轴、滑块等，可用于制造低冲击、重负荷、耐火耐磨部件。其本体厚度在蜗杆、主轴、套筒环等截面小于25毫米。它也适用于制造各种传动部件。经碳氮共渗处理的齿轮和轴具有较大的直径和良好的低温韧性。(2)由于花键轴具备了多齿工作，承载能力高，对中性好，应力集中小，导向性好，查询材料的许用应力表[2]得0b]=150mpa，[σ-1b]=90mpa(3.1)应力校正系数a=[σ0b]/[σ-1b]=0.6(3.2)当量转矩=当量弯矩当量弯矩9(3.4(3.4)通过查询花键标准[8]，取小径为32mm，大径为36mm3.4.3花键轴的校核[2]（1）按扭转强度校核此种方法按照轴所受的扭矩计算其强度，轴的扭转强度条件为：T]W式中：τT是扭转切应力，mpa；T是轴所受的扭矩，N.mm；WT是轴的抗扭截面系数，mm3；n是轴的转速，r/min；p是轴的传递的功率，kW；d是轴的截面直径，mm；T]是扭转切应力，mpa。由上式得到轴的直径校验： d之A(3.6)通过上式得出作为承受扭矩的轴段的最小直径小于花键轴的直径，所以其扭转强度满足。（2）按剪切强度进行校核各个键的侧面受力：(3.7)故其剪切强度符合要求。（3）按疲劳强度进行校核这种校核计算的实质在于确定变应力情况下的轴的安全程度，在已知轴的尺寸，外形满足要求。（4）按轴的扭转刚度进行校核轴的扭转变形采用每米长的扭转角Q来表示，轴扭转角Q[单位为(0)/m]的计算公式为：=5.73x104150x1038.1x104x式中：T是轴所受的扭矩，N.mm；G是轴的材料的剪切弹性模量，mpa，对于钢材，G=8.1x104mpa；IP是轴截面的极惯性矩，mm4，对于圆轴，IP=即满足轴的扭转刚度条件：πd4323.5电动机的选择通过给定的数据计算根据求得的功率选择Y系列三相异步电动机Y802-2，电动机的各项参数如下[8]：3.5螺栓拧紧机头的设计螺栓拧紧的头部设计至关重要，设计的是否合理直接关系到整体的设计的成败，自动螺栓拧紧机器为实现能适应多种型号的螺栓，在输出轴上设计出了相应的结构，来适应在使用过程中需要拧多种螺旋的要求。图3-3拧紧机头连接处4行星齿轮减速器的设计4.1概述总的传动比通过计算可以得到，如下：可以将总的传动比分成三级，各级传动比公式已给出。4.2设计的四个条件为了使得安装的行星轮的齿数满足设计的条件，必须满足以下的四个条件。4.2.1满足给定的传动比按选定的行星轮系形式列出传动比与各轮因数的关系式，然后初步选择各轮齿数。其传动比为(4.2)4.2.2同心条件在行星轮的各轮中心距必须符合一定的关系，就可以保证系杆和中心轮共轴线。即(r3-r1)/2若均用标准齿轮，则必须满足(z3-z1)/2(4.3)(4.4)那么就得重新选定z1，z3齿数。4.2.3邻接条件行星轮系里，通常需要安装两个或者更多的行星轮来分担载荷和平均行星轮在运转中2ra<2asiπnK(4.5)图4-2邻接条件示意图如果采用标准齿轮，则：ra=mz2+ma=m(z1+z2)(4.6)(4.7)代入上式整理后得：z2(4.8)(4.8)4.2.4安装条件选择行星轮安装条件，要使所有的行星轮均匀的安装进去。通过查询可以知道行星轮系的安装条件表述为：单排负号机构中两中心轮的齿数之和应是行星轮数的整数倍。即。4.3行星轮系的设计通过对一级二级三级行星轮系的设计完成总的轮系的设计[4]。4.3.1一级行星轮系的设计传动比条件： 3-z1)/223邻接条件： 2sin- 2通过以上条件的计算和验证，一级行星轮系满足以上四个条件。4.3.2二级行星轮系的设计传动比条件：3-z1)/223邻接条件： 2sin- 2通过以上条件的计算和验证，二级行星轮系满足以上四个条件。4.3.3三级行星轮系的设计传动比条件：3-z1)/223邻接条件：-236-2 1-sin 1-sinK安装条件：通过以上条件的计算和验证，三级行星轮系满足以上四个条件。4.4啮合效率的计算一级行星轮系：i=-=-78=-0.25(4.10)Hη1H=1-H=1-η1H=1-H1二级行星轮系：i=-=-30/90=-0.33(4.12)H(4.13)1-1+H(4.13)1-1+三级行星轮系：i=-=-36/72=-0.5=1-0.025/=1-0.025/(1+0.5)=0.9831-1+4.5总的传动效率计算(4.14)(4.15)查询机械设计手册表1-7[8]得知：η选择的轴承有2个深沟球轴承6006，则选择的轴承有3个深沟球轴承6007，则则总效率为:5电动机校验：(4.17)总(4.17)电动机符合要求。三级行星轮系的输出功率：(4.18)(4.19)(4.20)(4.21)(4.22)(4.23)(4.18)(4.19)(4.20)(4.21)(4.22)(4.23)三级行星轮系的输入功率：3入2出3入2出二级行星轮系的输出功率：二级行星轮系的输入功率：一级行星轮系的输出功率：一级行星轮系的输入功率：4.6齿轮强度的校核选择齿轮的材料为40Cr，考虑到减速器越小就越容易安装到螺栓拧紧机中，选取齿轮计算各级轮系中心轮的最大转速：n1=n电机=3000r/min计算各级轮系中心轮的扭矩：=9550000=9550000=2807.7N.mmT2=9550000=9550000=13624.7N3T=9550000P3入=95500000.831=52907N.mm333(4.24)(4.25)4.264.26(4.27)(4.28)(4.29)通过查询机械设计手册得知40Cr的许用接触应力[σH]=735mpa，选择每一级行星中心轮，c表示行星轮，b表示内齿圈，k为行星轮的个数，Kc指载荷不均匀的系数，取4.6.1对一级行星轮系校核对于a-c传动，通过查《齿轮手册》7-1[9]得知：使用系数AA动载系数齿间载荷分配系数HcHc20齿向载荷分布系数KHβKHβ2载荷系数K弹性系数ZEZEZE节点区域系数ZHZHSHlim总工作时间t总t总t总接触寿命ZN(4.34)(4.35)N1(4.34)(4.35)iN2验算：(4.36)(4.36)符合强度要求。21对于c-b传动，通过查询《齿轮手册》得知：使用系数AA动载系数Kv齿间载荷分配系数HaHa齿向载荷分布系数KHF2载荷系数K弹性系数ZEZE节点区域系数ZHZH接触最小安全系数SHlimSHlim总工作时间t总t总接触寿命ZN22N1iN2验算：HEHεbd22u符合强度要求。4.6.2对二级行星轮系校核对于a-c传动，通过查《齿轮手册》得知：使用系数AA动载系数Kv齿间载荷分配系数HaHa齿向载荷分布系数2载荷系数K23弹性系数ZE节点区域系数ZHZH=2.5接触最小安全系数SHlim总工作时间t总接触寿命ZN许用接触应力[σH]验算：σH=ZEZHZεbdu 1=189.8x2.5x0.9σH=ZEZHZεbdu 1符合强度要求。对于c-b传动，通过查《齿轮手册》得知：使用系数AA动载系数24Kv齿间载荷分配系数HaHa齿向载荷分布系数KHβ2载荷系数K弹性系数ZEZE节点区域系数ZHZH接触最小安全系数SHlimSHlim总工作时间t总总总接触寿命ZNN1HiN2验算：25符合强度要求。HEHεbd22u 2x2.03x5450x(0.5+1) =303x0.54.6.3对三级行星轮系校核对于a-c传动，通过查《齿轮手册》得知：使用系数AA动载系数Kv齿间载荷分配系数HaHa齿向载荷分布系数2x载荷系数K弹性系数ZEZE节点区域系数ZHZH接触最小安全系数SHlim26SHlim总工作时间t总t总接触寿命ZNN1iN2验算：符合强度要求。对于c-b传动，通过查询《齿轮手册》7-1得知：使用系数AA动载系数Kv齿间载荷分配系数HaHa齿向载荷分布系数227载荷系数K弹性系数ZEZE节点区域系数ZHZH接触最小安全系数SHlimSHlim总工作时间t总总总接触寿命ZNN1iN2验算：HEHεbd22u符合强度要求。285螺栓拧紧机的控制方法5.1扭矩传感器扭矩传感器是对所有的旋转与非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。扭矩传感器将扭矩的物理变化转换成了精确电信号。扭矩传感器可以应用在制造粘度计，电动扭力扳手，它具有频响快，精度高，可靠性好，寿命长的特点。5.2拧紧过程中的控制方法5.2.1扭矩法拧紧中扭矩法师最常用的一种方法。它是在弹性区利用扭矩与预紧力的线性关系进行重要的零件的联接。5.2.2扭矩转角法扭矩一转角法[13]是在拧紧时达到规定的贴合扭矩力，这种方法是通过转动螺栓零件来295.2.3屈服点法什么是屈服点法呢？屈服点法是利用扭矩转角增量比，将紧固件拧紧到螺栓的屈服5.3拧紧过程的检测此拧紧机控制系统采用智能的闭环拧紧控制系统，因为对由一个给定连接点产生夹具I是电枢控制马达中的电枢电流，或是励磁电动机中的励磁电流。所以，扭矩能够通过电流计检测计算出来。但在小扭矩应用中，工件对驱动轴施加的反向扭矩不能被忽视。这些传感器根据扭矩的变动范围可以有不同的大小规格。电动机安装有一个编码器，可以提供传动轴的角度方向和相应的角速度。30毕业设计是我们大学生学习阶段的一次弥足珍贵的将理论知识同实践相结合的机会，通过这次对螺栓拧紧机的设计，首先，我被这种在学习领域的探索所深深地吸引，让我把以前知识再次拾起，把一些精髓的知识应用到设计中来。其次，对于螺栓拧紧机，我从设计的观点来看，它是一个综合理论力学、机械设计等学科知识，选择一些重要参数来完成设计的过程。在设计过程中，我详细绘制了螺栓拧紧机的装配图，并做了一些重要的零件（动力，传动结构）进行了详细的讲解。通过对传动部分齿轮强度的校核，合理的选取齿轮的轮数，完成其设计。最后，对扭矩传感器和角度和编码器进行简单的讲解，完成总的毕业设计虽然内容丰富，过程复杂，但收获颇丰。对各种材料的使用条件，对各种零件的适用机构，都认真透彻的进行了参考及选择。针对本次毕业设计，将以前学过的知识进行了一定的串联，把设计中应用的理论知识进行了深入细致的学习，完成此次毕业设计，对我的专业知识以及应用，是一种莫大的鼓励。31[1]饶振纲.行星齿轮传动设计[M].北京:化学工业出版社,2003.9:1-335[2]濮良贵,纪名刚.机械设计[M],第八版.北京:高等教育出版社,2006.5:186-239[3]孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理[M],第七版.北京:高等教育出版社,2006.5:174-213[4]李化敏,李瑰贤.齿轮机构设计与应用[M],北京:机械