四颗螺钉同步装卸力矩可控式气动扳手转换接头设计

王旭芳　胡超超　陈志颖　张文华　江海兵

摘 要：为同步装卸圆周上均布的四颗螺钉，防止螺钉装配力矩过载，特设计了四颗螺钉同步装卸力矩可控式气动扳手转换接头，其主要由传动机构、变径装置和力矩过载装置组成，该接头结构简单、力矩可控、操作方便，可提高装配质量和装配效率，降低劳动强度，具有广阔的应用价值和市场前景。

关键词：传动机构；同步装卸；力矩可控；转换接头

中图分类号：TH89

随着工业技术的发展，工业产品的需求量大幅提升，提高工作效率已经成为工业产业上急需改进提高的方面。在法兰、端盖等零件的装配中，许多都有四颗均布螺钉需要装配，目前，装配生产线中基本上都是采用四颗螺钉依次安装的装配顺序，这样装配一方面延长了产品的装配时间，生产率低，增加了产品的制造成本，另一方面，在某些装配质量要求较高的场合，如液压阀阀套、端盖等轴类精密配合的场合下的装配，对角装配螺钉可提高装配质量。手工对角装配操作起来比较费时费力，装配质量还受到装配操作人员的熟练程度影响，且同一操作人员的装配的质量也不相同，不能达到标准化生产的要求，不能满足当前先进自动化制造的要求。而采取四颗螺钉同时拧紧且保证拧紧力矩相同，就能大大提高安装效率和提高产品装配质量。

螺钉拧紧力矩的大小对装配质量和产品质量也有重大影响，装配力矩过大，会损坏螺钉和螺纹孔，对修理时的拆卸也会产生一定的麻烦；装配力矩过小，不能满足装配质量的要求，严重影响着产品的装配质量。国内的部分小型企业的装配力矩依靠装配工人的主观感觉与判断，不能达到标准化的装配要求，不同生产批次的装配质量取决于装配工人的熟练操作程度，同一批次的产品也会受到装配工人的当时环境和身体条件的影响，装配质量也起伏不定，在一定的程度上都会影响了产品的质量，如能进行恒定力矩装配，对提高产品装配质量和品质， 提高产品竞争力，促进国民经济发展都有重要意义[1-3]。

1 总体方案设计

图1为转换接头总体方案，该扳手主要由齿轮传动装置、力矩调节装置、过载保护装置、变径装置、套筒和壳体等组成。通过齿轮传动来传递动力和扭矩，实现螺钉的安装和拆卸；变径装置是为了适应不同直径圆周上的均布螺钉的装卸；力矩调节装置主要是调节螺钉拧紧最大力矩，提高紧固件安装质量，防止紧固件松动与破坏；为装卸不同类型的螺钉，特设计了多类型的套筒；壳体是用来固定和安装齿轮传动装置、力矩调节装置、过载保护装置、变径装置和套筒。

1.1 传动机构的设计

转换接头内部采用齿轮传动方式，其具有结构简单、工作可靠的特点。气动扳手带动驱动齿轮转动，通过传动齿轮和扳轴齿轮的啮合，达到传动的目的。该结构能实现较大传动力矩，同时结构紧凑，便于操作人员携带、使用。如图2所示，驱动机构主要由驱动齿轮，两个传动齿轮和扳轴齿轮组成，除了驱动齿轮外，传动齿轮和扳轴齿轮为4套，均布在驱动齿轮的四周。驱动齿轮动力来源于气动扳手，扳轴齿轮通过轴连接驱动套筒转动。

1.2 变径装置的设计

由于各紧固件均布螺钉中心线圓周半径不同，为使该气动扳手能实现装卸不同规格产品，装配和拆卸螺钉时，需要调整半径扳轴的半径大小来适应不同直径圆周上均布螺钉的装配工作，变径装置原理如图3所示：由直槽板、曲槽板和扳轴组成，直槽板的直槽和曲槽板的曲槽重叠部分恰好为扳轴的位置，当直槽板和曲槽板围绕中心线发生相对转动时，直槽和曲槽的重叠部分离直槽板和曲槽板的中心半径就发生了变化，这样扳轴所处的位置就发生了变化，由于4条直槽和4条曲槽的位置关于圆形的直槽板和曲槽板的中心对称，所以4个扳轴的距离中心的半径是同时发生变化的，变化同步且大小相等，这样就能保证4个扳轴在同一圆周上。

1.3 过载保护装置的设计

为避免紧固件装卸时因发生过载而损坏零件螺纹，且保证装配合适力矩，设计了独特的过载保护装置，其原理如图4所示：轴与圆盘之间通过弹簧压紧的钢球来进行连接，当轴与圆盘受到的扭矩不大于最大转矩时，轴在圆盘的驱动下转动；过载转矩大小依靠调整螺钉来压缩弹簧进行调节，当传动的转矩超过过载转矩时，钢球被顶向调整螺钉，轴和圆盘之间传动脱开，实现过载保护作用。

1.4 套筒的设计

套筒是气动扳手在装卸中作用是卡紧螺钉并传递扭矩的作用，由于螺钉规格不一，需要设计满足不同规格螺钉装卸的套筒，套筒与扳轴齿轮之间连接采用快换机构，从而提高装配的效率和降低操作难度。

1.5 动力装置的设计

主要采用压力气体驱动气动马达的方式来进行驱动，主要是采用可以调节压力的溢流阀来控制驱动气体压力的大小来实现动力输送。

2 结束语

四颗螺钉同步装卸的力矩可控式气动扳手转换接头可同时装卸同一圆周上的均布螺钉，且具有力矩可调和限定功能。该扳手不仅大大提高了装配效率和装配质量，而且还能保证螺纹紧固件在工作时不发生折断和松动现象，其结构简单、操作方便、力矩调节容易，能适应不同场合的需要，同时成本低，性价比高，可优化繁琐且精度差的手工劳动，显著提高产品质量和生产效率，具有较强的使用价值和推广价值。

参考文献：

[1]黎永泉.从中国专利看我国气动机具技术的发展[J].凿岩机械气动工具，1998.

[2]王成忠.拧紧技术运用中的几个实际问题[J].凿岩机械气动工具，1998.

[3]刘建文.螺纹联接及拧紧技术[J].汽车工艺与材料，1999.

[4]马晓丽，肖俊建，机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2008.

作者简介：王旭芳（1995.02-），女，本科生，研究方向：机械电子工程；江海兵（1978.02-），男，研究生，副教授，研究方向：机械电子工程。

作者单位：衢州学院 机械工程学院，浙江衢州 324000

基金项目：2013年国家级大学生创新创业训练计划项目（项目编号：201311488009）。