自動(dòng)扭矩扳手設(shè)計(jì)說明書

計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 0 前言 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，各種規(guī)格、型號(hào)的機(jī)動(dòng)扳手如液壓扳手、氣動(dòng)扳手、電動(dòng)扳手在產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用，這些機(jī)動(dòng)扳手可以顯著地提高工作效率，大大減輕工作強(qiáng)度。液壓扳手以液壓油為工作介質(zhì)，通過液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)工作 ;氣動(dòng)扳手以壓縮空氣為工作介質(zhì)，通過氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)工作 ;電動(dòng)扳手直接使用直流電機(jī)或交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)。液壓扳手由于附帶一套液壓裝置，投資成本高，傳遞的扭矩一般與扳手的尺寸成正比關(guān)系，使用不方便并且易造成污染而在裝配生產(chǎn)中使用不多 ;氣動(dòng)扳手由于尺寸小，重量輕，單位重量輸出功率大，對(duì)環(huán) 境污染小，可以實(shí)現(xiàn)大的扭矩輸出，成本低而在產(chǎn)品裝配線上得到廣泛應(yīng)用，尤其是一些需要大扭矩的場(chǎng)合 ;電動(dòng)扳手由于無污染、可以與微型計(jì)算機(jī)相連實(shí)現(xiàn)螺紋緊固件擰緊過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可精確控制作用到緊固件上的扭矩，對(duì)于汽車、船舶、機(jī)車等行業(yè)，由于產(chǎn)品中螺紋緊固件多、所需的扭矩較大，需要能長時(shí)間的持續(xù)工作、大扭矩的扳手。沖擊式氣動(dòng)扳手由于可快速實(shí)現(xiàn)螺紋緊固件裝配、作用扭矩大等特性而成為產(chǎn)品裝配線上的主要工具，但存在扭矩?zé)o法控制的問題。本文借鑒了目前國內(nèi)外定扭矩氣動(dòng)扳手的扭矩控制方式及工作機(jī)理，提出了一種新的機(jī)理正確、結(jié)構(gòu) 簡單的定扭矩裝置方案，該裝置設(shè)置有超扭矩量程自動(dòng)切斷氣源功能，同時(shí)在該基礎(chǔ)上充分發(fā)揮現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制的柔性化的特點(diǎn)，在最大扭矩以內(nèi)人為自由選擇旋緊扭矩的大小，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同要求的配合零件的擰緊，并且配有不同大小的螺母開口，適合于各種部件的擰緊，有效地解決了上述問題。 計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 1 目錄 第一章 緒論 動(dòng)扳手 主要技術(shù)指標(biāo) 第二章 基本原理和總體設(shè)計(jì) 總體方案 成 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第三章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 第四章 信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理及程序舉例 成 心得體會(huì) 參考文獻(xiàn) 附錄 A 主要部分電路連接圖 附錄 B 新型自檢測(cè)氣動(dòng)扳手結(jié)構(gòu)圖 計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 2 第 1 章緒論 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)是多學(xué)科的交叉和綜合，設(shè)計(jì)的學(xué)科和技術(shù)非常廣泛，且其應(yīng)用領(lǐng)域眾多。要全面精通它，不但需要強(qiáng)化訓(xùn)練學(xué)科融合的思維能力、加強(qiáng)相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，還要及時(shí)學(xué)習(xí)新概念、新 技術(shù)、將來才能成為機(jī)電一體化復(fù)合型人才。 本課程設(shè)計(jì)的目的是研究怎樣利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和綜合集成技巧，將控制電動(dòng)機(jī)、傳感器、機(jī)械系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)、接口及控制軟件等機(jī)電一體化要素組成各種性能優(yōu)良、可靠的機(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)。 本課程的具體要求是：掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本概念、基本原理和基本知識(shí)；熟悉機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的常用機(jī)械量檢測(cè)傳感器、控制電動(dòng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用；初步掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理和綜合集成技巧，進(jìn)行總體方案的分析和設(shè)計(jì)。 本課程設(shè)計(jì)要求能實(shí)現(xiàn)扭 矩的微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)， 扳手開口直徑大小可調(diào)，要求傳感器具有較高的檢測(cè)精度。 動(dòng)扳手的發(fā)展現(xiàn)狀和問題 1 目前，沖擊式氣動(dòng)扳手在產(chǎn)品裝配流水線上作為主要的低值易耗工具被廣泛應(yīng)用，這種扳手具有輸出扭矩大、成本低、無污染等優(yōu)點(diǎn)，但其噪音大，而且作用到螺紋緊固件上的扭矩大小難以控制。因此，目前大部分沖擊式氣動(dòng)扳手計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 3 都不具有定扭矩的功能。但隨著社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的裝配提出了很高的要求，要求提高螺紋緊固件的裝配質(zhì)量、可靠性和裝配效率。例如對(duì)于汽車、飛機(jī)等產(chǎn)品中的一些重要的螺紋聯(lián)接，要求裝配時(shí)作用到螺紋緊固件上的 扭矩非常精確，這樣才能確保聯(lián)接的可靠性，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。同時(shí)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，綠色產(chǎn)品悄然興起，相應(yīng)的產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)成為一種新的設(shè)計(jì)方法。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綠色設(shè)計(jì)要求改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，多使用一些可拆性、可回收性的結(jié)構(gòu)如螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接。這時(shí)，為保證產(chǎn)品性能，要求這些聯(lián)接可靠，螺紋緊固件所受的扭矩也需控制在一定值內(nèi)。為此需要?dú)鈩?dòng)扳手?jǐn)Q緊螺紋緊固件時(shí)作用在螺紋緊固件上的扭矩控制在預(yù)定的扭矩范圍內(nèi)。扭矩值變動(dòng)范圍不能偏大，否則將使螺紋緊固件在工作時(shí)因強(qiáng)度不足發(fā)生突然折斷而失效或者在工作時(shí)易產(chǎn)生松動(dòng)導(dǎo)致產(chǎn)品性能不能滿足 要求。因此，在使用氣動(dòng)扳手進(jìn)行產(chǎn)品裝配時(shí)，需要?dú)鈩?dòng)扳手能夠精確控制其輸出扭矩。具有精確扭矩控制的氣動(dòng)扳手成為當(dāng)前氣動(dòng)扳手的發(fā)展趨勢(shì)?？v觀現(xiàn)有的定扭扭矩氣動(dòng)扳手存在下列問題 : l)實(shí)現(xiàn)扭矩控制的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造成本較高 ; 2)扳手的體積較大，重量重，有的還需要附帶一套控制裝置，使用不方便 ; 3)扭矩控制精度不高，不能滿足生產(chǎn)需要，并且扭矩調(diào)節(jié)困難 ; 第 2 章 系統(tǒng)的基本原理和總體設(shè)計(jì) 目前，國內(nèi)外風(fēng)動(dòng)工具生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的各種定扭矩氣動(dòng)扳 手所采用的扭矩控制方式是不同的，相應(yīng)的定扭矩控制裝置也不同。下面 對(duì)于沖擊式定扭矩氣動(dòng)扳手的扭矩控制應(yīng)采用的方式，提出了結(jié)構(gòu)簡單、原理可行的扭矩控制方案，從理論上分析了該方案的可行性。 計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 4 這里采用扭矩測(cè)量傳感器，利用應(yīng)變片檢測(cè)扭矩的大小 ， 經(jīng)放大器放大后，將其送入單片機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理 與判斷，系統(tǒng)工作的情況下，電磁閥的狀態(tài)是開啟的，如果該測(cè)量值大于單片機(jī)程序中的預(yù)設(shè)值，那么單片機(jī)輸出控制信號(hào)將電磁閥關(guān)閉，從而切斷氣源輸出，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)切斷的功能，單片機(jī)中扭矩預(yù)設(shè)值為用戶自己選擇，為控制系統(tǒng)的最大扭矩輸出，在這里設(shè)計(jì)了片簧轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)，當(dāng)預(yù)設(shè)值大 于或等于該扳手的最大輸出時(shí)，檢測(cè)控制系統(tǒng)將失去作用，因此，該預(yù)設(shè)值必須在最大值下設(shè)定。 系統(tǒng)的控制原理圖如下： 扳手檢測(cè)裝置有標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器、扭矩測(cè)量儀表和氣源控制器三部分構(gòu)成，硬件構(gòu)架主要包括 89I/O 模塊、驅(qū)動(dòng)模塊等部分組成，具體的工作原理如下圖所示：扳手連接完成后，單片機(jī)將控制信號(hào)通過 I/動(dòng)模塊控制氣源給氣，內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸開始動(dòng)作，同時(shí)扭矩測(cè)量儀計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 5 實(shí)時(shí)測(cè)量扭矩，扭矩值通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳輸給單片機(jī)，并由單片機(jī)輸出顯示信息，將測(cè)量的扭矩值顯示在 片機(jī)判定 是否達(dá)到預(yù)設(shè)的扭矩值，比較判斷后繼續(xù)發(fā)出控制信號(hào)，分系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 氣動(dòng)扳手按其工作機(jī)理不同可分為沖擊式氣動(dòng)扳手和脈沖扳手，其中沖擊式氣動(dòng)扳手在我國使用最為廣泛。沖擊式氣動(dòng)扳手結(jié)構(gòu)主要由氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和沖擊機(jī)構(gòu)組成，包含氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、沖擊頭、凸輪軸、扳軸、柄體等零部件。氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)是氣動(dòng)扳手的動(dòng)力來源，它將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)能，同時(shí)輸出扭矩。沖擊機(jī)構(gòu)由沖擊頭、凸輪軸、鋼球、扳軸、花鍵聯(lián)接套等組成，是氣動(dòng)扳手的工作機(jī)構(gòu)，輸出氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生 的扭矩和能量。沖擊頭和花鍵聯(lián)接套之間通過花鍵相連，沖擊頭內(nèi)端面有一不封閉的凹槽，凸輪軸左端面有一凹槽且凹槽為凸輪輪廓 ;在沖擊頭和凸輪軸凹槽之間夾著一鋼球，扳軸與計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 6 凸輪軸之間通過花鍵相連。扳軸端部為四方頭，可配接各種螺帽套。工作時(shí)，扳軸與螺紋緊固件相連，氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩通過花鍵聯(lián)接套、沖擊頭、扳軸等傳遞作用到螺紋緊固件上。氣動(dòng)扳手工作時(shí)，螺紋緊固件與扳軸、凸輪軸相連，并與之一同轉(zhuǎn)動(dòng) ;沖擊頭通過花鍵聯(lián)接套與氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)相連，隨氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)一同轉(zhuǎn)動(dòng) ;沖擊彈簧壓緊沖擊頭，使沖擊頭和凸輪軸與鋼球相互接觸。當(dāng)打開氣閥開關(guān)后， 壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出扭矩。若扳軸所受的螺紋緊固件阻力矩小于凸輪軸與鋼球、沖擊頭與鋼球之間的摩擦力矩時(shí)，沖擊頭帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪軸帶動(dòng)扳軸、螺帽一同轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，螺帽一般沒有與被聯(lián)接件接觸。若扳軸所受的螺紋緊固件阻力矩大于凸輪軸與鋼球、沖擊頭與鋼球之間的摩擦力矩時(shí)，鋼球的摩擦力矩不能帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼球在沖擊頭帶動(dòng)下將沿凸輪軸端面內(nèi)凹槽凸輪輪廓爬升，沖擊頭與凸輪軸之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沖擊頭在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)沿軸向向左運(yùn)動(dòng)。在沖擊頭的左端有一對(duì)牙嵌。當(dāng)鋼球爬升到凸輪軸端面上時(shí)，沖擊頭的牙嵌與扳軸發(fā)生碰撞，推動(dòng) 扳軸轉(zhuǎn)動(dòng)，螺紋緊固件也隨之一同轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，鋼球又滑回到凸輪軸端面內(nèi)凹槽中，沖擊頭軸向右移，與扳軸脫開結(jié)束碰撞。通常沖擊頭每轉(zhuǎn)一圈，沖擊頭與扳軸碰撞一次。扳軸每碰撞一次就將扭矩傳遞給螺紋緊固件。隨著碰撞次數(shù)增加，螺紋緊固件上積累的扭矩增多。當(dāng)螺紋緊固件上積累扭矩大于氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)所能產(chǎn)生的最大扭矩時(shí)，沖擊頭與扳軸碰撞時(shí)產(chǎn)生反彈，氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)不再對(duì)扳軸作功。此時(shí)操作工需關(guān)閉氣閥，切斷氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣。 設(shè)計(jì)定扭矩氣動(dòng)扳手的扭矩控制的裝置的基本思路是當(dāng)輸出扭矩達(dá)到 最大值時(shí)，沖擊部分能與氣動(dòng) 發(fā)動(dòng)機(jī)安全脫開，不再擰緊螺紋緊固件，使氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩不傳遞給螺紋緊固件。出于對(duì)氣動(dòng)扳手的尺寸較小，輸出扭矩大，成計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 7 本低等要求的考慮，本課題設(shè)計(jì)的定扭裝置采用結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用方便的機(jī)械式離合器。這樣可以保證定扭裝置在輸出較大扭矩情況下保持較小的尺寸，并且成本低廉，滿足氣動(dòng)扳手的定扭矩精度要求。 根據(jù)上面基本思想設(shè)想提出了一種可以控制扭矩的離合器結(jié)構(gòu)一一片簧一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 (a)為整體結(jié)構(gòu)示意圖， (b)為單個(gè)片簧一轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)放大圖 )?？紤]到具有扭矩控制的 氣動(dòng)扳手的輸出扭矩應(yīng)可以調(diào)節(jié)，這樣可使該定扭矩氣動(dòng)扳手的使用范圍更廣，圖 轉(zhuǎn)子一片簧結(jié)構(gòu)中，片簧固結(jié)在內(nèi)圈上，內(nèi)圈和外圈之間可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)調(diào)節(jié)好內(nèi)圈與外圈之間的相對(duì)位置后，將內(nèi)圈和外圈固定在一起，它們的位置在轉(zhuǎn)子一片簧結(jié)構(gòu)工作時(shí)保持不變。為了減小轉(zhuǎn)子與片簧之間的摩擦和磨損，在轉(zhuǎn)子末端裝有滾柱。若將該結(jié)構(gòu)嵌入到氣動(dòng)扳手中，轉(zhuǎn)子可與氣動(dòng)扳手中的氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸相連，片簧、內(nèi)圈、外圈可與氣動(dòng)扳手沖擊部分相連。工作時(shí)，如果轉(zhuǎn)子一片簧結(jié)構(gòu)中內(nèi)圈受到阻力計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 8 矩， 固定不動(dòng)，轉(zhuǎn)子在驅(qū)動(dòng)力矩作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)片簧產(chǎn)生作用力，使片簧產(chǎn)生彎曲變形。若內(nèi)圈所受的阻力矩小于片簧所承受的最大力矩時(shí)，片簧、內(nèi)圈、外圈和沖擊部分隨轉(zhuǎn)子一同轉(zhuǎn)動(dòng)，使該結(jié)構(gòu)輸出扭矩 ;若內(nèi)圈所受的阻力矩大于片簧所承受的最大力矩時(shí)，轉(zhuǎn)子打滑，片簧、內(nèi)圈和外圈不再隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，沒有扭矩輸出。 這樣可使片簧一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的扭矩輸出值控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。該裝置除可以控制扭矩外，還可以實(shí)現(xiàn)扭矩的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍士 20%。當(dāng)調(diào)節(jié)扭矩時(shí)，可以調(diào)節(jié)內(nèi)、外圈之間的相對(duì)位置。研究表明，該結(jié)構(gòu)輸出的最大扭矩與片簧和內(nèi)圈中心線之間的夾角 計(jì)片簧一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)時(shí)，需要確定計(jì)算出片計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 9 簧、內(nèi)圈等的基本參數(shù)。片簧一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算過程如圖 子的半徑廠由所傳遞的扭矩按與轉(zhuǎn)子相配合的軸的強(qiáng)度來計(jì)算確定滾柱半徑，按與滾柱配合的軸的剪切強(qiáng)度確定。內(nèi)圈的半徑 使片簧的變形較小并且片簧在工 作時(shí)不應(yīng)與內(nèi)圈發(fā)生干涉，這里取 (r+于片簧一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來說，其輸出扭矩的主要影響因素是片簧的截面尺寸，故片簧的設(shè)計(jì)成為該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。由于片簧的截面尺寸結(jié)構(gòu)決定于片簧的慣性矩 I，設(shè)計(jì)時(shí)確定片簧慣性矩就可以確定片簧尺寸。由式 (知，若片簧各處截面相等，在其它參數(shù)一定條件下輸出扭矩 成正比，并且片簧慣性矩 計(jì)時(shí)， 初選片簧的慣性矩 算出此時(shí)該結(jié)構(gòu)的最大輸出扭矩 較最大輸出扭矩 M值，可以確定片簧的慣性矩 I。若片簧的截面為 矩形，當(dāng)給定片簧截面的寬度或高度尺寸后，就可以確定片簧的高度或?qū)挾瘸叽纭？紤]片簧要有彈性，片簧的材料選用彈簧鋼。 若所允許的最大扭矩 M=26N m，現(xiàn)設(shè)計(jì)片簧一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)模型。按照上述片簧一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程，取 =45，片簧的材料選擇彈簧鋼 55彈性模量 E=206簧的截面為矩形。根據(jù)所傳遞的最大扭矩，按照強(qiáng)度要求計(jì)算得 r=23: R=35定片簧的慣性矩為 I=式 (得到最大輸出扭矩 時(shí) m=。由于最大輸出 扭矩 成正比，由所允許的 M值可確定片簧的慣性矩為 I=4據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算的片簧慣性矩 I，當(dāng)給定片簧截面的寬度或高度尺寸時(shí)，就可確定高度或?qū)挾瘸叽?。若片簧的寬度?6高度為 2 第 3章 其他機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 氣動(dòng)扳手使用壓縮空氣作為工作介質(zhì)，采用沖擊碰撞的機(jī)理進(jìn)行工作。氣計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 10 動(dòng)扳手涉及到熱工學(xué)、碰撞理論等方面的知識(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合應(yīng)用這些知識(shí)。定扭矩氣動(dòng)扳手主要由氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、沖擊機(jī)構(gòu)和定扭矩部分組成，故定扭矩氣動(dòng)扳手的設(shè)計(jì) 還 包括氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、沖擊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、定扭矩裝置設(shè)計(jì)以及氣動(dòng)扳 手中氣路設(shè)計(jì)、氣閥設(shè)計(jì)等輔助控制裝置設(shè)計(jì)。 5 氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)也稱為氣馬達(dá)，按結(jié)構(gòu)形式分有活塞式氣馬達(dá)、葉片式氣馬達(dá)、齒輪式氣馬達(dá)、渦輪式氣馬達(dá)。葉片式氣馬達(dá)由于結(jié)構(gòu)簡單、外形尺寸小、單位重量輸出功率大、維護(hù)性好等特點(diǎn)，在氣動(dòng)工具中被廣泛用作動(dòng)力源件。氣動(dòng)扳手常采用正反轉(zhuǎn)性能相同的葉片式氣馬達(dá)。 計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 11 正反轉(zhuǎn)性能相同的葉片式氣馬達(dá)的工作原理圖如圖 氣馬達(dá)正轉(zhuǎn)時(shí)， 壓縮空氣自左邊口 1進(jìn)氣，壓縮空氣對(duì)葉片 5作功，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。直到氣馬達(dá)轉(zhuǎn)子內(nèi)氣腔的氣體與 排氣口 3接通，則進(jìn)行排氣 ;尚有部分未從排氣口 3排完的氣體則從右邊口 2(反轉(zhuǎn)時(shí)的進(jìn)氣口 )排到大氣中。當(dāng)氣馬達(dá)反轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮空氣自右邊口 2進(jìn)氣，壓縮空氣對(duì)葉片 5作功，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到一定位置，轉(zhuǎn)子內(nèi)氣腔的氣體與排氣口 3接通，則進(jìn)行排氣 ;尚有部分未從排氣口 3排完的氣體則從左邊口 l(正轉(zhuǎn)時(shí)的進(jìn)氣口 )排到大氣中。排氣口 3相對(duì)于左邊口 1(正轉(zhuǎn)時(shí)的進(jìn)氣口 )和右邊口 2(反轉(zhuǎn)時(shí)的進(jìn)氣口 )的位置是對(duì)稱的，故氣馬達(dá)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)性能相同。 第二章中介紹了定扭矩氣動(dòng)扳手所采用的片簧一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)定扭矩裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由理論分析可知，該結(jié)構(gòu)的定扭矩裝置輸出扭矩有個(gè)最大值，可以用來控制扭矩。當(dāng)把定扭矩裝置放置到氣動(dòng)扳手中，可將定扭矩裝置放在氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和沖擊部分之間，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 子與氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)相連，片簧、內(nèi)圈與氣動(dòng)扳手沖擊部分相連。通過控制沖擊部分的輸入扭矩來控制氣動(dòng)扳手作用到螺紋緊固件上的扭矩。 計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 12 由于氣動(dòng)扳手是裝配生產(chǎn)中使用的機(jī)動(dòng)扳手，通常要求其尺寸小，重量輕，適合單人操作。故對(duì)于具有扭矩控制的氣動(dòng)扳手不僅要求能夠控制輸出扭矩，而且要求氣動(dòng)扳手的尺寸不能很大。同時(shí)，要求定扭矩氣動(dòng)扳手在輸出扭矩達(dá)到 預(yù)定值后能自動(dòng)切斷氣源以便降低氣動(dòng)扳手的耗氣量，節(jié)約產(chǎn)品的裝配成本，并且希望定扭矩氣動(dòng)扳手能夠給操作工發(fā)出扭矩達(dá)到規(guī)定值的信號(hào)，也就是要求定扭矩氣動(dòng)扳手在扭矩達(dá)到預(yù)定值時(shí)具有自動(dòng)切斷氣閥、自動(dòng)報(bào)警功能?？紤]到這些因素和功能要求，當(dāng)把定扭矩裝置集成到氣動(dòng)扳手中時(shí)，需要對(duì)定扭矩裝置和氣動(dòng)扳手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。需要考慮定扭矩裝置如何與氣動(dòng)扳手中各部件連接，如何在保持定扭矩裝置一定輸出扭矩時(shí)縮小定扭矩裝置的尺寸以及如何實(shí)現(xiàn)扭矩達(dá)到時(shí)自動(dòng)切斷氣閥、自動(dòng)報(bào)警等功能。本課題中定扭矩氣動(dòng)扳手是以 氣動(dòng)扳手為基礎(chǔ)，根 據(jù) 求氣動(dòng)扳手的輸出扭矩控制在 定扭矩裝置中片簧一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)所允許的最大扭矩 M= r=15柱半徑 簧與內(nèi)圈中心線的夾角 =450。，并由此可確定內(nèi)圈半徑 R=25前面介紹的片簧一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟可知 :當(dāng)確定轉(zhuǎn)子半徑 r、滾柱半徑 和內(nèi)圈半徑 以設(shè)計(jì)片簧的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，可先假設(shè)片簧的慣性矩 I=4用式(到片簧一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)最大輸出扭矩時(shí)對(duì)應(yīng)的角 m=由于最大輸出扭矩 成正比，故對(duì)于等截面的片簧，由要求的最大輸出扭矩值 M可確定片簧的慣性矩 I=片簧的截面為矩形并且知道片簧的寬度 b=6源自動(dòng)切斷裝置 計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 13 定扭矩氣動(dòng)扳手自動(dòng)切斷氣閥裝置應(yīng)在氣動(dòng)扳手輸出扭矩達(dá)到最大值后，能自動(dòng)切斷氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣，并且能在氣動(dòng)扳手關(guān)閉后恢復(fù)到工作前狀態(tài)，為氣動(dòng)扳手的下一步正常工作做好準(zhǔn)備。根據(jù)現(xiàn)有的定扭矩裝置和氣動(dòng)扳手 的特點(diǎn)，利用氣壓差特性設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)切斷氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的裝置，其裝置的結(jié)構(gòu)如圖 中 (a)為定扭矩部分控制結(jié)構(gòu)圖， (b)為自動(dòng)切斷氣源部分的視圖， (C)為氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣控制閥的側(cè)視圖?；ㄦI聯(lián)接套上裝有花鍵銷，內(nèi)圈端面上有凸臺(tái)，用來控制花鍵銷沿徑向的伸縮運(yùn)動(dòng)，花鍵銷可以與外圈上內(nèi)花鍵嚙合?？刂茥U和控制閥桿靠近末端處各有一半圓形槽。由于氣動(dòng)扳手使用壓縮空氣作為工作介質(zhì)，氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣控制閥的內(nèi)外存在壓力差。當(dāng)定扭矩氣動(dòng)扳手正常工作、氣動(dòng)扳手的輸出扭矩沒有達(dá)到預(yù)定值時(shí)，花鍵聯(lián)接套上的花鍵銷沒有與外圈上 的內(nèi)花鍵嚙合，外圈不隨花鍵聯(lián)接套轉(zhuǎn)動(dòng)。由于控制桿末端圓柱體插入控制閥桿的半圓形槽中，勾住控制閥桿，使得控制閥套內(nèi)外的壓力差不能使控制閥桿關(guān)閉控制閥套，壓縮計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)扭矩扳手 14 空氣可以通過控制閥套進(jìn)入氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)扭矩快達(dá)到預(yù)定值時(shí)，內(nèi)圈上的凸臺(tái)開始推動(dòng)花鍵銷往外運(yùn)動(dòng)，與外圈的內(nèi)花鍵嚙合，從而使花鍵聯(lián)接套帶動(dòng)外圈轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)外圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，外圈上的凸臺(tái)使控制桿向下運(yùn)動(dòng)。這時(shí)控制閥桿與控制桿的半圓形槽相對(duì)，控制桿無法勾住控制閥桿?？刂崎y套內(nèi)外壓力差克服控制閥彈簧的彈力，壓縮控制閥彈簧使控制閥桿右移，關(guān)閉控制閥。這樣，壓縮空氣無法進(jìn)入氣動(dòng)發(fā) 動(dòng)機(jī)中，氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)不能做功。同時(shí)控制閥桿在右移關(guān)閉控制閥時(shí)，其末端圓柱體插入到控制桿半圓形槽中，擋住控制桿的回退運(yùn)動(dòng)，使控制桿不能復(fù)位。當(dāng)操作工關(guān)閉氣閥后，控制閥套的內(nèi)外壓力差相等，控制閥彈簧的彈力使得控制閥桿離開控制閥套，恢復(fù)到工作前的位置。此時(shí)，控制閥打開，控制閥桿上的半圓形槽與控制桿相對(duì)，控制桿在控制桿彈簧作用下復(fù)位，控制桿末端圓柱體插入到控制閥桿的半圓形槽中，控制桿重新勾住控制閥桿。 第四章 信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理方法及程序舉例 原理：工作時(shí)，單片機(jī)通過 I/加載，實(shí)施采集扭矩扳手測(cè)量儀的數(shù)據(jù)，檢測(cè)判定達(dá)到峰值后，記錄數(shù)據(jù)，并驅(qū)動(dòng)關(guān)閉氣源。 路 組成 控制程序 主要功能包括采集數(shù)據(jù)，發(fā)出控制信號(hào)，數(shù)據(jù)處理與維護(hù)等，單片機(jī)與檢測(cè)儀器實(shí)時(shí)通訊， 單片機(jī)的 的八位接 I/來接收扭矩傳感器的信號(hào)，中間的電路部分見附錄 A，其中 8255為方式，口輸入，口輸出，的片選信號(hào) 0， 別由單