設(shè)計(jì)-機(jī)原設(shè)計(jì)大作業(yè)

螺釘自動(dòng)擰緊裝置

一一電動(dòng)可調(diào)力矩扳手

學(xué)院：機(jī)電學(xué)院

專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化

輔導(dǎo)老師：

班級(jí)：

組長：

組員：

西北工業(yè)大學(xué)

2013年5月

、八、▲

刖S

人們?cè)陂L期的生產(chǎn)實(shí)踐和社會(huì)生活中，為了節(jié)省勞動(dòng)提高效率，不

斷改進(jìn)所使用的工具從而創(chuàng)造和發(fā)明了機(jī)械和機(jī)械科學(xué)。然而在當(dāng)今

社會(huì)使用機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)的水平已成為衡量一個(gè)國家生產(chǎn)技術(shù)水平和

現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。其中機(jī)械設(shè)計(jì)扮演著很重要的角色。

總過程設(shè)計(jì)本著以下原則：

1.滿足功能性要求機(jī)械設(shè)計(jì)的目的就是要實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。

2.滿足可靠性要求為不使機(jī)械在于預(yù)期時(shí)間內(nèi)發(fā)生破壞、零件過度磨

損、變形而導(dǎo)致失效強(qiáng)烈的震動(dòng)和沖擊而損壞機(jī)器的工作性能為保

證人身和財(cái)產(chǎn)安全對(duì)機(jī)械的整體設(shè)計(jì)及零部件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)都做了

嚴(yán)格的要求。

3.滿足經(jīng)濟(jì)要求:機(jī)械產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造、銷售和使用的全

過程產(chǎn)品的成本很大程度上取決于設(shè)計(jì)階段。本設(shè)計(jì)在保證機(jī)器質(zhì)量

的前提下,降低了原材料的消耗，在滿足要求的前提下,采用了價(jià)格低

廉的原材料,采用標(biāo)準(zhǔn)零部件并充分考慮其工藝性以減少加工成本。

此次課程本組主要設(shè)計(jì)電動(dòng)可調(diào)力矩扳手通過本組成員的努力，我們

設(shè)計(jì)出了比較理想的方案并對(duì)其進(jìn)行了理論分析和數(shù)據(jù)計(jì)算理論數(shù)

據(jù)和分析詳見說明書。

編者2013-5-10

目錄

一.設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)要求................................4

二.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖及基本原理............................5

三.機(jī)構(gòu)分析..........................................6

（一）原動(dòng)部分.....................................6

（二）執(zhí)行部分.....................................6

換向器..........................................9

自動(dòng)禺合器.....................................10

四.總結(jié)及概括.......................................12

--設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)要求

1.設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一種可實(shí)現(xiàn)力矩在一定范圍內(nèi)可調(diào)的電

動(dòng)定力矩扳手。畫機(jī)構(gòu)簡圖、編寫說明書、進(jìn)行局部機(jī)構(gòu)仿

真。

2.功能特點(diǎn)：①便攜式手持工具②力矩可調(diào)③使用效率高

④可換向⑤使用范圍廣

3.約束條件：①重20kgi②體積（可手執(zhí)）③l」5N.m范

圍內(nèi)可調(diào)④使用電機(jī)較小（手執(zhí)工具）較便宜（＜二500元）

⑤自動(dòng)對(duì)正⑥預(yù)準(zhǔn)較準(zhǔn)確（偏差＜5%）

電動(dòng)力矩扳手設(shè)計(jì)過程

設(shè)計(jì)過程流程圖

二.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖及基本原理

經(jīng)過計(jì)算及改進(jìn)設(shè)計(jì)，我們最終方案（在后文中與其他

設(shè)計(jì)方案作對(duì)比說明）的機(jī)構(gòu)簡圖如下。直流電機(jī)由電池供

電經(jīng)二級(jí)減速器降速升扭，經(jīng)主軸傳動(dòng)至換向器（實(shí)現(xiàn)正反

轉(zhuǎn)切換松開工作），換向后傳到扭轉(zhuǎn)頭。轉(zhuǎn)動(dòng)，即可擰緊或

松開螺釘。

電動(dòng)機(jī)經(jīng)過行星輪系減速升扭，增大扭矩。通過調(diào)節(jié)換

向器可以改變扳手的擰動(dòng)方向。通過調(diào)節(jié)離合器中的彈簧壓

縮量來控制力矩扳手的力矩大小，當(dāng)擰動(dòng)螺絲到所調(diào)力矩

時(shí)，離合器中的鋼珠從小坑中滾出來，沿軌跡打滑，實(shí)現(xiàn)自

動(dòng)離合。

執(zhí)行部分傳動(dòng)部分原動(dòng)部分

二級(jí)減速一級(jí)減速II

Z4=40

「

電動(dòng)機(jī)

Tzo

—z

—。邛

Z0nrI

離

合

換向器

—

IzoxZ0

I上1

I，Z2E0LJ|

JLZ3=601I

________________II-----------

三.機(jī)構(gòu)分析

（-）原動(dòng)部分

原動(dòng)部分我們從以下方面考慮：1,轉(zhuǎn)速大（有減速

升扭空間）2.初始扭矩不能太小，扭矩太小的話，無法升到

理想扭矩值。3.經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，能考慮用直流電動(dòng)機(jī)最好

所以我們經(jīng)過扭矩的換算，使用DM」2sp型電機(jī)，額

定電壓為24V,額定電流12A,轉(zhuǎn)速3600r/mim,輸出功率

P=200W,扭矩11.7NM.

（-）執(zhí)行部分

執(zhí)行部分為一可拆換式扭轉(zhuǎn)頭，前端四方或六角槽連接所需

加緊的螺母。標(biāo)注直徑后端可插入力矩扳手主體前端，與傳動(dòng)主

軸相連，從而在主軸帶動(dòng)下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)從而加緊螺母。同理，若

是前端換位螺絲刀頭可以對(duì)應(yīng)的進(jìn)行螺栓的加緊。

四方轉(zhuǎn)頭3d圖示

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

■扭轉(zhuǎn)頭可換——對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的方頭/六角螺母或者是螺栓，常

用尺寸均配備一個(gè)可換扭轉(zhuǎn)頭或螺絲刀頭，工作時(shí)對(duì)應(yīng)裝

卸。

■轉(zhuǎn)頭內(nèi)四方邊倒角——內(nèi)四方孔卡于螺母之上，帶動(dòng)螺母

轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)擰緊動(dòng)作。內(nèi)邊緣應(yīng)對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)較大倒角便于操作

工擰緊時(shí)，工具與待擰螺母的對(duì)正，節(jié)約工時(shí)，生產(chǎn)效率

高。

（三）傳動(dòng)部分（減速器、換向器、自動(dòng)離合器）

減速器部分我們采用兩級(jí)變速

減速器仿真圖

所有齒輪全都均使用標(biāo)準(zhǔn)齒輪;

二款底速一級(jí)減速

24=40

齒輪ZOZ4:模數(shù)m=l

（Z0=20：Zl=60：Z2=40:Z3=60;

Z4=40）;）;

一級(jí)減速器和二級(jí)減速器一樣，

減速比都為4,所以總傳動(dòng)比為16.

根據(jù)行星輪傳動(dòng)關(guān)系得"皿=-馬

例一①HZ]

_+Z｛（L）3

4+Z3

根據(jù)扭矩和功率的轉(zhuǎn)換關(guān)系式，得電機(jī)輸出扭矩

Me=9549&.

n'

一級(jí)變速后的扭矩為丁1=M?i一級(jí)?〃

（〃為行星輪系的傳遞效率，取0.98.）

一■級(jí)減速以后二15r/s=94.25rad/s.

扭矩升到2.059N.m;

二級(jí)減速器減速比為4,13

是由兩對(duì)減速比為2的

3

齒合齒輪組成的。傳動(dòng)比為:

77

_乙2-4

I一~

Zo

二級(jí)變速后扭矩為：七二十?'二級(jí)?K

（K為二級(jí)變速的傳動(dòng)效率系數(shù)，取0.97）

經(jīng)過二級(jí)減速后，扭矩升到8.23N.m,轉(zhuǎn)速降到

3.75r/s=23.56rad/s.

較高的轉(zhuǎn)速保證了，使用中的高效，以及8.23nm的轉(zhuǎn)矩

使得其在家庭使用及輕工業(yè)中能夠應(yīng)對(duì)一部分的螺絲加緊

問題。

換向器

換向器由三個(gè)相同小齒輪的齒數(shù)為15，大齒輪的齒數(shù)為

20,模數(shù)均為1O圖中固連Z1齒輪的軸1與電機(jī)相連傳遞

動(dòng)力，固連Z4齒輪的軸2與工作轉(zhuǎn)頭相連驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件旋

轉(zhuǎn)。在換向的時(shí)候扳動(dòng)手柄，連接在下面三個(gè)齒輪上的三角

板切換正反轉(zhuǎn)。

自動(dòng)離合器

原理：圓球在彈簧的壓迫下緊密貼合在下端蓋孔中，上下端

蓋可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過調(diào)節(jié)彈簧壓縮量Ax。調(diào)節(jié)加載在小鋼

球上的預(yù)加力F。,工作時(shí)在Fo作用下小球帶動(dòng)下端面轉(zhuǎn)動(dòng),

當(dāng)達(dá)到所調(diào)力矩T1時(shí)，鋼球從下端面槽中脫離，在圓球軌

道內(nèi)打滑，不再夾緊。

通過實(shí)驗(yàn)確定彈簧壓縮量Ax與扭轉(zhuǎn)頭傳出扭力T之間

的關(guān)系即可連接表盤進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)定力矩夾緊。

自動(dòng)離合器平面示意圖：

具體使用時(shí)通過手扭動(dòng)扳手外殼上的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤，帶動(dòng)絲杠前

后移動(dòng)，絲杠前端與彈簧相連。從而通過絲杠的移動(dòng)調(diào)節(jié)彈簧的

壓縮量。彈簧壓縮量轉(zhuǎn)換為離合器上的正壓力，反應(yīng)在小球上，

從而限制了小球運(yùn)動(dòng)時(shí)所能傳遞到離合器下半部分的最大扭矩。

當(dāng)實(shí)際扭矩超過最大扭矩時(shí)，離合器自動(dòng)脫離。

通過實(shí)驗(yàn)建立壓縮量與離合器最大傳遞扭矩建立關(guān)系，并標(biāo)

注在于扳手外表和調(diào)節(jié)表盤上。用戶只需扭動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤調(diào)至所需

加緊值時(shí)便可直接使用。

轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)絲杠

前后移動(dòng)以調(diào)節(jié)彈簧壓

共3個(gè)立

四.總結(jié)及概括

電動(dòng)力矩扳手有使用便攜，效率高，可換向，工作效率

高等優(yōu)點(diǎn)。在市場(chǎng)上有很多這類的電動(dòng)扳手電動(dòng)扳手主要應(yīng)

用于鋼結(jié)構(gòu)安裝行業(yè)，專門安裝鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓，高強(qiáng)度螺

栓是用來連接鋼結(jié)構(gòu)接點(diǎn)的，通常是用螺栓群的方式出現(xiàn)。

使用時(shí)操作方便、省時(shí)省力、扭矩可調(diào)，有很大的市場(chǎng)前景。

由于知識(shí)水平的限制以及時(shí)間的緊迫，我們所設(shè)計(jì)的產(chǎn)

品還有一些不完善的地方，但是我們的設(shè)計(jì)理念卻是值得肯

定的。我們自己設(shè)計(jì)出來的東西不論怎樣都有成就感，以后

我們會(huì)繼續(xù)努力改進(jìn)完善。

通過這段時(shí)間的設(shè)計(jì)，我受益匪淺，不僅在學(xué)問方面有

所提高，而且在為人處事方面有了更多的認(rèn)識(shí)。當(dāng)我們遇

到一個(gè)問題時(shí)，首先不能畏懼，而是要對(duì)自己有信心，相信

通過自己的努力一定能解決的。就象人們常說的在戰(zhàn)略上藐

視它。但是在戰(zhàn)術(shù)上的重視它。通過慎重的考慮認(rèn)真的分析,

腳踏實(shí)地去完成它，克服重重困難，當(dāng)你成功實(shí)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)，

那種成就感一定會(huì)成為你成長的動(dòng)力。這次設(shè)計(jì)的題目是

電動(dòng)扳手。主要是確定機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的方案，通過減速器機(jī)

構(gòu)到換向機(jī)構(gòu)，再傳到離合器，帶動(dòng)工作頭旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)

螺栓的定力矩自動(dòng)加緊。

這次設(shè)計(jì)課程不僅讓我加深了對(duì)機(jī)械原理理論課程的

理解和認(rèn)識(shí)，更培養(yǎng)了我用理論知識(shí)去解決實(shí)際問題的能

力