四顆螺釘同步裝卸力矩可控式氣動扳手轉換接頭設計

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，特設計了四顆螺釘同步裝卸力矩可控式氣動扳手轉換接頭，其主要由傳動機構、變徑裝置和力矩過載裝置組成，該接頭結構簡單、力矩可控、操作方便，可提高裝配質量和裝配效率，降低勞動強度，具有廣闊的應用價值和市場前景。

關鍵詞：傳動機構；同步裝卸；力矩可控；轉換接頭

中圖分類號：TH89

隨著工業技術的發展，工業產品的需求量大幅提升，提高工作效率已經成為工業產業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品的裝配時間，生產率低，增加了產品的制造成本，另一方面，在某些裝配質量要求較高的場合，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量。手工對角裝配操作起來比較費時費力，裝配質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量也不相同，不能達到標準化生產的要求，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品裝配質量。

螺釘擰緊力矩的大小對裝配質量和產品質量也有重大影響，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生一定的麻煩；裝配力矩過小，不能滿足裝配質量的要求，嚴重影響著產品的裝配質量。國內的部分小型企業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，不同生產批次的裝配質量取決于裝配工人的熟練操作程度，同一批次的產品也會受到裝配工人的當時環境和身體條件的影響，裝配質量也起伏不定，在一定的程度上都會影響了產品的質量，如能進行恒定力矩裝配，對提高產品裝配質量和品質， 提高產品競爭力，促進國民經濟發展都有重要意義[1-3]。

1 總體方案設計

圖1為轉換接頭總體方案，該扳手主要由齒輪傳動裝置、力矩調節裝置、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，實現螺釘的安裝和拆卸；變徑裝置是為了適應不同直徑圓周上的均布螺釘的裝卸；力矩調節裝置主要是調節螺釘擰緊最大力矩，提高緊固件安裝質量，防止緊固件松動與破壞；為裝卸不同類型的螺釘，特設計了多類型的套筒；殼體是用來固定和安裝齒輪傳動裝置、力矩調節裝置、過載保護裝置、變徑裝置和套筒。

1.1 傳動機構的設計

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

1.2 變徑裝置的設計

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裝卸不同規格產品，裝配和拆卸螺釘時，需要調整半徑扳軸的半徑大小來適應不同直徑圓周上均布螺釘的裝配工作，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生相對轉動時，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生了變化，這樣扳軸所處的位置就發生了變化，由于4條直槽和4條曲槽的位置關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 過載保護裝置的設計

為避免緊固件裝卸時因發生過載而損壞零件螺紋，且保證裝配合適力矩，設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矩時，軸在圓盤的驅動下轉動；過載轉矩大小依靠調整螺釘來壓縮彈簧進行調節，當傳動的轉矩超過過載轉矩時，鋼球被頂向調整螺釘，軸和圓盤之間傳動脫開，實現過載保護作用。

1.4 套筒的設計

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，由于螺釘規格不一，需要設計滿足不同規格螺釘裝卸的套筒，套筒與扳軸齒輪之間連接采用快換機構，從而提高裝配的效率和降低操作難度。

1.5 動力裝置的設計

主要采用壓力氣體驅動氣動馬達的方式來進行驅動，主要是采用可以調節壓力的溢流閥來控制驅動氣體壓力的大小來實現動力輸送。

2 結束語

四顆螺釘同步裝卸的力矩可控式氣動扳手轉換接頭可同時裝卸同一圓周上的均布螺釘，且具有力矩可調和限定功能。該扳手不僅大大提高了裝配效率和裝配質量，而且還能保證螺紋緊固件在工作時不發生折斷和松動現象，其結構簡單、操作方便、力矩調節容易，能適應不同場合的需要，同時成本低，性價比高，可優化繁瑣且精度差的手工勞動，顯著提高產品質量和生產效率，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的發展[J].鑿巖機械氣動工具，1998.

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

[3]劉建文.螺紋聯接及擰緊技術[J].汽車工藝與材料，1999.

[4]馬曉麗，肖俊建，機械設計基礎[M].北京：機械工業出版社，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年國家級大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號：201311488009）。