膨胀螺栓装配机螺母工位装配装置的设计与仿真

李秋生 孟君 毕文悦 杨睿哲

摘 要：膨胀螺栓装配机中的螺母工位装配装置由螺母装配装置与拧紧装置组成。基于Creo软件，对两种装置的机构进行三维建模，并采用ADAMS软件对螺母套入螺杆过程进行仿真分析，从而能够较为清晰地显示螺母装配过程中角度是否合理，机构设计方案是否具有可行性。

关键词：机构设计；螺母装配；Creo；ADAMS

引言

膨胀螺栓是主要用于建筑行业的一种特殊螺纹连接件，能够将设备的支架或底座固定在混凝土基础、梁或板上[1]。膨胀螺栓一般由螺杆、胀管、平垫、弹垫、螺母组成，膨胀螺栓生产企业一般把五种零件装配为成品整体出售。膨胀螺栓装配机是通过机械、电器、气动相结合，将螺杆、胀管、平垫、弹垫、螺母组装在一起的一种设备，主要由送料装置，螺杆、胀管、平垫、弹垫工位装配装置，螺母工位装配装置，装配输送带构成。

螺母工位装配装置由螺母装配装置、螺母拧紧装置两部分组成，由于螺母的特殊结构，需要将螺母套入螺杆后，进行二次拧紧。因此，螺母装配在整个装配工作中既是重点，又是难点。经过研究比较，设计采用了链式输送连续装配方式，连续式装配方式使螺母的预拧紧、拧紧过程都是在行进中完成，大大提高了工作效率[2]。

1 螺母装配装置的组成及工作原理

1.1 螺母装配装置总体结构设计

螺母装配装置主要由螺母导槽、螺母推块、螺母活嘴、螺母活嘴卡、给料传感器、气缸组成。图1为螺母装配装置三维模型图，其中螺母工位安装平台通过支撑杆固定在装配机机架上。

1-螺母导槽；2-螺母推块；3-螺母活嘴调节架；4-螺母工位安装平台；5-螺母活嘴安装块；6-螺母活嘴；7-销轴；8-开口销；9-扭转弹簧；10-螺母活嘴卡；11-给料传感器；12-气缸

1.2 关键零件结构设计

如图2所示，螺母导槽倾斜放置，右上方与膨胀螺栓装配机送料装置相接，以实现螺母的顺利给料，中间部分作为螺母的滑道。

如图3所示，螺母推块中U型凹槽的作用是安装气缸推杆，工作时，气缸推杆推动右侧正方形板左右往复运动，使其将螺母推入螺母活嘴。

如图4所示，螺母活嘴中间贯通，作为螺母滑道，螺母经中间滑道落入活嘴下端U型凹槽处。凹槽右侧伸出两臂，其作用是装配过程中支撑螺母。

5 螺母活嘴卡

如图5所示，螺母活嘴卡通过扭转弹簧安装在螺母活嘴顶端，旋转角度可调。其作用是螺母装配时，在螺母上方压住螺母，防止螺母套入螺杆时飞出装配输送带。

1.3 螺母裝配装置工作原理

螺母经装配机给料装置进入螺母导槽，经滑道落入螺母导槽末端。螺母导槽中部装有给料传感器，作用是检测螺母是否通过滑道。本设备采用连续式给料，前方螺母进入螺母导槽末端后，给料传感器检测到后方螺母进入滑道，传递信号给装配机电控系统，系统经过信号处理驱动固定在导槽末端的气缸，气缸推动螺母推块使前方螺母进入螺母活嘴，前方螺母经活嘴中滑道进入U型凹槽处，进行装配。同时后方螺母经滑道进入导槽末端，等候下一轮装配。

根据图4可知，螺母活嘴一侧耳中设有长条孔，通过螺栓与螺母将螺母活嘴与螺母活嘴调节架连接在一起，两侧耳中均设有通孔利用销轴与开口销连接于螺母活嘴安装块，使螺母活嘴旋转角度可调，以调节螺母即将套入螺杆时的倾斜角度。螺母在U型凹槽处呈倾斜状态，与水平面有一定夹角。因此，螺母套入螺杆过程如图6所示。

1.4 基于Creo和ADAMS的螺母装配过程的建模和运动仿真分析

1.4.1 螺杆与螺母的建模

在完成螺母装配装置零部件的设计和装配设计工作后，要进行仿真工作。螺杆与螺母主要由Creo软件建立三维模型，如图7所示。将装配体模型在Creo中另存为X_T格式，然后启动ADAMS软件，在对话框中导入X_T文件，给每一个零件添加运动副，如表1。然后给螺杆添加一个驱动力，运用ADAMS进行仿真[3]。

1.4.2 螺母装配过程仿真结果

当螺母倾斜角度为45°时，仿真后得到如图8所示结果。

通过仿真可以看到当螺母倾斜角度为45°时，在不同时刻螺母的不同位置，即可了解螺母的装配情况。实际工作中，不同型号螺母装配可根据仿真结果适当调节螺母活嘴的旋转角度，以实现顺利装配。

2 螺母拧紧装置设计

螺母拧紧装置包括搓母连接板支架、搓母连接板、拉伸弹簧、挫母板，其结构如图9所示。其中，支撑杆固定在装配机机架上。

由图9可知，搓母板固定在搓母连接板上，搓母板为轮齿形结构，工作时，轮齿与螺母菱形结构相啮合，随着螺母向前运动，螺母在轮齿作用下转动，达到与螺杆拧紧的目的，其拧紧过程如图10所示。搓母连接板支架与支撑杆相连，固定在装配输送带。拉伸弹簧两侧分别连接搓母连接板与搓母连接支架，其作用是拧紧螺母时提供张紧力，保证装配结束后，螺母连接板能够回到原来的位置。

3 结束语

文章以链式膨胀螺栓装配机的螺母装配装置、螺母拧紧装置为研究对象，对装置各部分机械结构进行了详细设计，具体论述了各机械部分组成和需要实现的功能，并运用Creo软件进行三维实体建模。同时利用ADAMS仿真软件对螺母装配过程进行仿真分析，清楚地展示了螺母套入螺杆过程中，不同时刻螺母的位置变化，为工作中螺母装配装置的调节提供了参考。

参考文献

[1]邱德余.膨胀螺栓在工程上的应用[J].建筑电气，1984（3）：34-36.

[2]范越光.膨胀螺栓装配机：中国，201410230241.5[P].2014-08-13.

[3]程亚民.基于Creo和ADAMS的联合收割机清选装置连杆机构的设计及仿真[J].2015（9）：42-44.