0403046付继超多轴自动螺栓拧紧机的设计.doc
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1、毕业设计题 目 多轴自动螺栓拧紧机的设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0703班 学 生 付继超 学 号 20070403046 指导教师 张冰 二一 一 年 五 月 二二 日摘 要螺纹联接由于简单可靠、拆卸方便, 而广泛应用于众多的机构装配中,在现代工业过程中, 用螺栓装配是非常普遍的, 尤其是在发动机、压缩机及变速箱等对螺栓拧紧的角度与位置装配精度要求很高的场合。然而, 目前在中国, 由于传统工艺等原因,现在广泛应用在装配线上的是气动与液压扳手, 其存在操作不方便、工人劳动强度大、效率底、角度和扭矩控制精度差而且不能实现网络化和在线管理等缺点, 已经不能满足
2、现代工业高性能装配的要求。尽管国外已有自动螺栓拧紧机, 但由于其产品价位高、使用工位单一、灵活性差、售后服务不到位等原因不为广大中国用户所接受. 螺栓拧紧应用于汽车行业装配是一个普遍现象,以前人们只是考虑在装配时,把螺栓(或者螺母)拧到最紧的程度。后来才发现,这个“最紧”不过是一个非常模糊概念,它是因人而异的。一台机器有几十个以至成百上千个零件,采用螺栓紧固方法装配,在大生产中又是由多数人在不同的时间里完成的,而且每天又要装配几十或几百台机器,这个“最紧”的离散度将是可想而知。另外,还有些零件(如汽车发动机中的连杆大头孔),在金属切削车间需要用螺栓把瓦盖装配起来进行加工,而到了装配车间,又要先
3、松开螺栓,拆下瓦盖,套到曲轴上后再重新拧紧后装配,如用这个“最紧”来进行,其结果将是非常危险的。因而,如何有效地控制“拧紧”,并使其达到“最佳”,也就成为了行业十分关注的课题。拧紧机就是作为有效地控制“拧紧”,并使其达到“最佳”装配工具。本文从拧紧机的结构设计入手,通过对螺栓拧紧机的各个结构的设计,完成总体的装配图,比较圆满的完成了拧紧机的系统设计。对一些比较重要的零件进行了详细的介绍并绘制其零件图。,关键词:螺栓拧紧;扭矩转角法;减速装置;花键轴ABSTRACTThreaded connection due to simple, reliable, disassemble, convenie
4、nt, and widely used in numerous organizations assemble, in the modern industrial process, use bolt assembly is very common, especially in the engine, refrigeration compressor and transmission on the Angle and position to tighten bolts assembling accuracy demanding occasion. However, at present in Ch
5、ina, because the traditional process and other reasons, now widely used in assembly line is pneumatic and hydraulic wrench, its existence operating inconvenient, labor intensity big, efficiency bottom, Angle and torque control precision poor and cant achieve network and online management shortcoming
6、s, cannot have satisfied the requirements of modern industrial high-performance assembly. Although foreign existing automatic bolt tightened machine, but because of its product price high, use workstation single, flexibility is bad, after-sales service for the main reasons not accepted by Chinese us
7、ers. Bolt tightened application in automobile industry assembly is a common phenomenon, people used in assembly, just consider the bolts (or nut) twist to the extent of the closest. Later discovered, this the most tight but is a very vague concept, it is because of the person different. A machine th
8、at there are dozens of hundreds of parts, use bolts method is in production assembly, by most people in different time every day, and finished and assembly tens or hundreds of machine, the most tight discrete degrees will be imagined. Additional, still some parts (such as car engine of this big-end
9、hole), in metal cuttingworkshop need bolts put tile to cover the assembly process, and to rise and assembly workshop, first, remove the loosening bolts earthen cover, set to tighten again after the crankshaft assembly, if use the most tight to undertake, the result will be very dangerous. Therefore,
10、 how to effectively control tight, and make its reach best, will become the industry is very concerned issue. Tighten the machine is as effectively control tight, and make its reach best assembly tools. This article from the structure design of tighten machine, through all of bolt tightened machine
11、structure design, complete general assembly, is a completion of the tight machine system design. Some of the more important parts of a detailed introduction and map its detail drawings. Key words:Bolt tight; Torque - corner law; Slow device; spline目 录摘要. .IABSTRACT.II1 前言.11.1 螺栓联接的历史.11.2 螺栓拧紧机的出现.
12、11.3 螺栓拧紧机的发展.11.4 中国拧紧机的发展.12 螺栓拧紧机的原理及意义.32.1 原理.32.1.1 扭矩法.32.1.2 扭矩转角法.42.1.3 屈服点法.52.2 意义.62.2.1 预紧力不适当带来的后果.62.2.2 设计意义 .63 螺栓拧紧机的总体设计过程.73.1 设计内容.73.2 性能特点.73.3 主要技术参数.7 3.4 螺栓拧紧机的总体设计.73.4.1 减速装置的选择.83.4.2 轴的设计.83.4.3 花键轴的校核.9 3.5 电动机的选择.114 行星齿轮减速器的设计.124.1 概述.124.2 设计的四个条件.124.2.1 满足给定的传动比
13、.124.2.2 同心条件.134.2.3 邻接条件.134.2.4 安装条件.144.3 行星轮系的设计.144.3.1 一级行星轮系的设计.154.3.2 二级行星轮系的设计.154.3.3 三级行星轮系的设计.16 4.4 啮合效率的计算 .164.5 总的传动效率的计算.174.6 齿轮强度的校核.184.6.1 对一级行星轮系校核.184.6.2 对二级行星轮系校核.214.6.3 对三级行星轮系校核.245 螺栓拧紧机的控制方法 .275.1 扭矩传感器.275.2 角度编码器.275.3 拧紧过程中的控制方法.275.3.1 扭矩法.275.3.2 扭矩转角法.275.3.3 屈
14、服点法.275.4 拧紧过程的检测.286 结论.29参考文献.30致谢.311 前言1.1 螺栓联接的历史螺纹联接由于简单可靠、拆卸方便在铁路道轨螺栓紧固中得到广泛应用。目前, 螺纹的拧紧普遍采用液压和电动扳手来完成, 由于液压扳手和气动扳手在拧紧过程中是依靠大冲击力来拧紧螺纹装置, 所以拧紧扭矩值误差比较大, 另外液压和电动的定值扭矩扳手不宜于在大扭矩状况下工作, 这样不仅劳动强度大, 而且生产效率低, 拧紧质量极不稳定。1.2 螺栓拧紧机的出现自动螺栓拧紧机是集机械的传动、电气的传动、气动技术、电子技术、自动检测于一体的机电一体化设备。拧紧机顾名思义就是拧紧工件的设备单元,主要适用在螺栓
15、/螺母拧紧方面。一台机器有成百上千个零件采用螺栓紧固的方法装配,在大批生产中又是由多人在不同工位里来完成的。并且每天又要装配几十或几百台机器,这个螺栓的数量是可想而知的,并且还要拧紧到产品图纸规定的拧紧扭矩的数值。为了提高生产效率、保证螺栓的拧紧扭矩即自动螺栓拧紧机便诞生了。1.3 螺栓拧紧机的发展螺栓拧紧技术是从国外发展起来的,比较有代表性的有:瑞典的阿特拉斯(Atlas Copco),法国乔治雷诺(CP Georges Renault),美国英格索兰Ingersoll-RAND)、德国的博世(BOSCH),美国的库柏(Cooper)等等。为适应定扭矩加载的可控制拧紧场合需求,在80年代未,
16、国外机电、汽车制造行业已普遍采用可控制扭矩、可控转角和屈服点的拧紧工具。近年来,伴随着电机调速等控制技术、扭矩控制等技术的发展,国外的装配作业线上的装配工具逐步从手工、风动,液压或电动工具向低能耗、低噪声、控制精确等可控制拧紧设备方向发展,通过微机控制的自动型装配系统,实现对装配对象的定扭矩、定转角监控和屈服强度监控。 1.4 中国拧紧机的发展同国外相比,我国机电、汽车产品的螺纹拧紧工具目前还比较落后,尚不能系列、批量地供应生产中急需的拧紧工具及设备,每年都要花费大量外汇购买国外产品。近年来,随我国汽车业的迅猛发展,为了提高整体素质,增强国际竞争力,正朝着规模化、自动化方向大踏步前进,对装配质
17、量和生产率提出了更高的要求,因此对大量使用的螺栓(螺母)的拧紧效率,也提出了越来越高的要求,这种要求促进了现阶段我国在拧紧技术方面的发展。 但目前现状是,国内市场大部分被国外品牌占领,主流整车厂基本不用国产设备;同时也有少数企业进行了自主开发,比如中国科学院沈阳自动化研究所、东风公司设备制造厂、大连德欣公司,山东龙口气动机械厂等等,但从技术方面比较,同国外产品有相当大的差距。 随着电子技术水平的不断提高,新型的传感器技术的发展,以及对拧紧技术的更深入研究,将会出现精度和自动化程度更高的自动拧紧机;或者会出现采用全新技术的自动拧紧机。可以预见,中国的汽车装配行业会越来越多地使用自动拧紧机,使汽车
18、的装配质量和效率得到极大提高。 2 螺栓拧紧机的原理及意义2.1 原理螺栓拧紧机系统由四大部分组成:支承部件、升降系统控制系统动力及传动系统。其中动力和传动系统和控制系统是螺栓拧紧机的核心:支承部件起了支承其它系统作用,动力及传动系统和升降系统都要安装在支承部件上。螺栓拧紧机的主要功能是将螺纹按规定要求拧紧。本文的拧紧机以电动机作为动力源,输出的扭矩经减速器增大,用于螺纹拧紧加载;以压缩空气作为辅助的动力来源,用于气缸带动拧紧箱运动。当拧紧箱到达工作位置后,就可以进行螺纹拧紧。整个拧紧过程由电气控制系统控制,传感器实时将数据传送给控制系统,控制系统通过对数据进行计算和判断,监视整个拧紧过程。螺
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