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山東英才學(xué)院
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）
題 目 多軸自動螺栓擰緊機(jī)的設(shè)計
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名 胥偉偉
班 級 本科機(jī)械制造1201
學(xué) 號 201201010714
指導(dǎo)教師 湯愛君
二〇 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明：所提交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本研究做出過重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明并表示了謝意。
論文作者簽名：徐洪發(fā)
日期： 年 月 日
IV
摘 要
直徑螺紋聯(lián)接由于簡單可靠、拆卸方便, 而廣泛應(yīng)用于眾多的機(jī)構(gòu)裝配中，在現(xiàn)代工業(yè)過程中, 用螺栓裝配是非常普遍的, 尤其是在發(fā)動機(jī)、壓縮機(jī)及變速箱等對螺栓擰緊的角度與位置裝配精度要求很高的場合。然而, 目前在中國, 由于傳統(tǒng)工藝等原因,現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在裝配線上的是氣動與液壓扳手, 其存在操作不方便、工人勞動強(qiáng)度大、效率底、角度和扭矩控制精度差而且不能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和在線管理等缺點, 已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)高性能裝配的要求。
拆下瓦蓋，套到曲軸上后再重新擰緊后裝配，如用這個“最緊”來進(jìn)行，其結(jié)果將是非常危險的。因而，如何有效地控制“擰緊”，并使其達(dá)到“最佳”，也就成為了行業(yè)十分關(guān)注的課題。擰緊機(jī)就是作為有效地控制“擰緊”，并使其達(dá)到“最佳”裝配工具。本文從擰緊機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計入手，通過對螺栓擰緊機(jī)的各個結(jié)構(gòu)的設(shè)計，完成總體的裝配圖，比較圓滿的完成了擰緊機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計。對一些比較重要的零件進(jìn)行了詳細(xì)的介紹并繪制其零件圖。
關(guān)鍵詞：螺栓擰緊；多軸；自動畫；減速裝置；花鍵軸
Abstract
This Automatic bolt tightening machine is a set of mechanical transmission, electrical transmission, pneumatic technology, electronic technology, automatic detection in one of the mechanical and electrical integration equipment. Tightening machine as the name suggests is to tighten the work piece of equipment unit, mainly used in bolt / nut tightening. There are hundreds of parts of a machine using the method of bolt fastening assembly, in a large number of production is in the different work station to complete the. And every day to assemble dozens or hundreds of machines, the number of this bolt can be imagined, and to tighten the torque required to tighten the product specifications. In order to improve the production efficiency and ensure the tightening torque of the bolt, the automatic bolt tightening machine is born.
Automatic tightening machine is a set of mechanical transmission, electrical transmission, pneumatic technology, electronic technology, automatic detection in one of the mechanical and electrical integration equipment. Tightening machine as the name suggests is to tighten the equipment parts of the working device, mainly used for bolts, nuts. There are hundreds of parts on a machine, using the method of bolt fastening assembly, in a large number of production is completed in different work table. And every day to assemble dozens or hundreds of machines, the number of this bolt can be imagined, and to tighten the torque required to tighten the product specifications. In order to improve the production efficiency and ensure the tightening torque of the bolt, the machine is born.
Keywords: Bolt tightening，Multi axis，Self animation，Gear reducer，Spline shaft
目 錄
摘要………………………………………………..…….….…………….............. .I
ABSTRACT………….....................................….……………….........……..…………….II
1 前言……….…………………………………………….….……….......................……..1
1.1 螺栓聯(lián)接的歷史......................................................………….………….………..1
1.2 螺栓擰緊機(jī)的出現(xiàn)...........................……….......…………….………….………..1
1.3 螺栓擰緊機(jī)的發(fā)展......................…………………………….…....……..………1
1.4 中國擰緊機(jī)的發(fā)展......................…………………………….…....……..………1
2 螺栓擰緊機(jī)的原理及意義...........……..….………………………….…..….………….3
2.1 原理…….............……………………………………………………………..3
2.1.1 扭矩法…………………………....................….…………………………...3
2.1.2 扭矩轉(zhuǎn)角法......…………………………….…………………………..4
2.1.3 屈服點法…………................………………….…………………………...5
2.2 意義…………………………….………………...………………..6
2.2.1 預(yù)緊力不適當(dāng)帶來的后果………………………..……………………...6
2.2.2 設(shè)計意義 ……………..............……………….…………………………...6
3 螺栓擰緊機(jī)的總體設(shè)計過程..........……..….......…………………….…..….………….7
3.1 設(shè)計內(nèi)容………………………............…………………………………………..7
3.2 性能特點………………............…………………………………………………..7
3.3 主要技術(shù)參數(shù)…………....………………………………………………………..7
3.4 螺栓擰緊機(jī)的總體設(shè)計…………………………….………………...…………..7
3.4.1 減速裝置的選擇…....………………………….…………………………...8
3.4.2 軸的設(shè)計……................……………………….…………………………...8
3.4.3 花鍵軸的校核…........………………………….…………………………...9
3.5 電動機(jī)的選擇…………….......……………………………...………………...11
4 行星齒輪減速器的設(shè)計................……..….………………………….…..….……….12
4.1 概述…………………………………………………....................……………..12
4.2 設(shè)計的四個條件…....………………………….………………...……………..12
4.2.1 滿足給定的傳動比…………………………….………………………..12
4.2.2 同心條件……................……………………….………………………...13
4.2.3 鄰接條件……................……………………….………………………...13
4.2.4 安裝條件………................…………………….………………………...14
4.3 行星輪系的設(shè)計…………………………….………………...………………..14
4.3.1 一級行星輪系的設(shè)計………………………….………………………...15
4.3.2 二級行星輪系的設(shè)計………………………….………………………..15
4.3.3 三級行星輪系的設(shè)計………………………….………………………….16
4.4 嚙合效率的計算 ……..……………………….………………...……………..16
4.5 總的傳動效率的計算………………………….………………...……………..17
4.6 齒輪強(qiáng)度的校核…………….......………………………….…………………...18
4.6.1 對一級行星輪系校核………………………….………………………...18
4.6.2 對二級行星輪系校核………………………….………………………….21
4.6.3 對三級行星輪系校核………………………….………………………..24
5 螺栓擰緊機(jī)的控制方法 ..............……..….………………………….…..….……….27
5.1 扭矩傳感器…........……………………………………………………………..27
5.2 角度編碼器……............……………………….………………...……………..27
5.3 擰緊過程中的控制方法……………………….………………...……………..27
5.3.1 扭矩法……………....................……………….………………………..27
5.3.2 扭矩轉(zhuǎn)角法…............………………………….………………………..27
5.3.3 屈服點法…………................………………….………………………..27
5.4 擰緊過程的檢測……………………...……………………...………………...28
6 結(jié)論......................……….………….……………………..….……...…..….………...29
參考文獻(xiàn)......................…………….…………………..….…..……………….………….30
致謝......................………………….……………………..…….…………...…………….31
30
山東英才學(xué)院2016屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
第1章 緒論
1.1 螺栓聯(lián)接的歷史
螺紋連接因為簡單、牢固、方便的安裝，普遍使用于鐵路鋼軌扣件螺栓的螺紋連接。近年來，擰緊螺絲是常用的液壓和電動扳手來完成。因為液壓扳手，氣動扳手在擰緊過程中是靠沖擊力來擰緊設(shè)備，因此擰緊力矩值誤差相對很大，也有液壓和電動恒轉(zhuǎn)矩扳手不適合在大扭矩的情況下工作，從而導(dǎo)致了勞動強(qiáng)度大，并且生產(chǎn)效率很哈，質(zhì)量非常的不穩(wěn)定。
1.2 螺栓擰緊機(jī)的出現(xiàn)
自自動緊縮機(jī)是一套機(jī)械傳動、電氣傳動、氣動技術(shù),電子技術(shù),自動探測的機(jī)電一體化設(shè)備。緊縮機(jī)顧名思義是加強(qiáng)設(shè)備部分的工作設(shè)備,主要用于螺栓,螺母。一般機(jī)器上有成百上千的零件,使用螺栓連接組裝的方法,在大量生產(chǎn)完成在不同的工作表。每天和組裝數(shù)十或數(shù)百個機(jī)器,可以想象這個螺栓的數(shù)量,加強(qiáng)加強(qiáng)產(chǎn)品規(guī)格所需的扭矩。因為要增強(qiáng)生產(chǎn)效率和確保螺栓的擰緊力矩，所以發(fā)明了自動螺栓擰緊機(jī)機(jī)器。
1.3 螺栓擰緊機(jī)的發(fā)展
螺螺栓擰緊技術(shù)是從國外引進(jìn)的，比較有代表性的：瑞典阿特拉斯公司（CP），雷諾的喬治斯，喬治斯法國雷諾汽車公司、美國英格索蘭英格索蘭），德國博世（博世），美國固鉑（Cooper），等等。為了適應(yīng)固定的轉(zhuǎn)矩負(fù)載可以控制的緊縮之際的需求，在80年代，國外的機(jī)械和電氣，汽車制造業(yè)普遍采用的控制轉(zhuǎn)矩，可控角度和緊縮工具的屈服點。近年來，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的發(fā)展和國外的裝配線裝配工具逐漸從手動、氣動、液壓或電動工具轉(zhuǎn)向低能耗、低噪聲、精確控制可以擰緊裝置方向控制、微機(jī)控制的自動裝配系統(tǒng)、實現(xiàn)對象裝配固定的扭矩和固定角度的監(jiān)測和屈服強(qiáng)度監(jiān)測。
1.4 中國擰緊機(jī)的發(fā)展
與國外發(fā)展的速度來講，中國的機(jī)械和電氣，汽車產(chǎn)品和螺絲擰緊工具仍然比較落后，不是一系列，在擰緊工具和設(shè)備的迫切需要大量生產(chǎn)，每年都要花費(fèi)大量的外幣購買外國產(chǎn)品。近年來，隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，與國外相比,中國的機(jī)電、汽車產(chǎn)品和螺絲收緊工具仍相對落后,不是一個系列,在緊縮政策工具和設(shè)備急需大量生產(chǎn)每年花費(fèi)大量的外匯購買外國產(chǎn)品。近年來,隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展,為了提高整體素質(zhì),增強(qiáng)國際競爭力,向規(guī)?；妥詣踊较蛲斑~了一步,提出了更高的要求,裝配質(zhì)量和生產(chǎn)效率,因此它被廣泛用于螺栓(螺母)的效率也提出了越來越高的需求,這種需求推動緊固技術(shù)在我國目前的發(fā)展階段。但當(dāng)前形勢下,國內(nèi)市場主要被國外品牌占領(lǐng),國內(nèi)主流汽車工廠基本上沒有設(shè)備。也有少量也有少數(shù)獨(dú)立發(fā)展的企業(yè),如沈陽自動化研究所、中國科學(xué)院院士,東風(fēng)公司設(shè)備制造工廠,大連德信公司,山東龍口氣體氣動機(jī)械廠,但從技術(shù)和國外產(chǎn)品相比有很大的差距。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步,新的傳感器技術(shù)的發(fā)展,技術(shù)的研究,將會有一個更高的自動化程度和自動緊縮機(jī)自動化,或出現(xiàn)采用自動緊縮機(jī)的新技術(shù)?？梢灶A(yù)計,中國的汽車裝配行業(yè)將會越來越多的使用自動螺絲機(jī),所以汽車裝配的質(zhì)量和效率都得到很大的提高。為了提高綜合素質(zhì),提高國際競爭力,朝著的方向不斷邁進(jìn)大規(guī)模和自動化,提出了更高的要求,裝配質(zhì)量和生產(chǎn)效率,因此它被廣泛用于螺栓(螺母)的效率也提出了越來越高的要求,這種需求推動緊固技術(shù)在我國目前的發(fā)展階段。但現(xiàn)狀,國內(nèi)市場主要由國外品牌占制造業(yè)工廠,大連德信公司,山東龍口氣體氣動機(jī)械工廠,等等,但從技術(shù)與國外產(chǎn)品相比有很大的差距。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步,新的傳感器技術(shù)的發(fā)展,技術(shù)的深入研究,將會有一個更高的自動化程度和自動緊縮機(jī)的自動化,或出現(xiàn)采用自動緊縮機(jī)的新技術(shù)。
山東英才學(xué)院2016屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
第2章 螺栓擰緊機(jī)的結(jié)構(gòu)及作用
2.1 結(jié)構(gòu)組成
螺栓擰緊機(jī)系統(tǒng)由四大部分組成：支承部件、升降系統(tǒng)控制系統(tǒng)動力及傳動系統(tǒng)。其的力量和傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的核心是螺栓收緊機(jī):支持組件支持其他系統(tǒng)、電力驅(qū)動系統(tǒng)和升力系統(tǒng)上安裝支撐部分。
螺栓收緊機(jī)的主要作用是加強(qiáng)線程根據(jù)需求。緊縮機(jī)的紙以電機(jī)為動力源,由減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩增加，和用于螺絲收緊和加載；使用壓縮空氣作為輔助電源的氣缸驅(qū)動收緊盒運(yùn)動。緊縮的情況下到達(dá)工作位置時，螺絲可以擰下來。整個緊縮途中是由電氣控制系統(tǒng)控制，傳感器將數(shù)據(jù)發(fā)送給檢測控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)可以監(jiān)控整個緊縮過程通過數(shù)據(jù)的分析和處理。螺絲收緊機(jī)卸載原理，同樣式控制系統(tǒng)的控制下,自動根據(jù)一個規(guī)定的周期。轉(zhuǎn)矩、旋轉(zhuǎn)角度等參數(shù)可以結(jié)合實際的工況，隨機(jī)設(shè)置。
圖示-2.1 螺栓擰緊機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖
2.1.1 扭矩法
當(dāng)扭矩當(dāng)轉(zhuǎn)矩大于或等于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，主軸停止。如果最小轉(zhuǎn)矩小于最大扭矩和最大轉(zhuǎn)矩,然后收緊合格。該方法只控制應(yīng)用扭矩，這是一個方法，使用轉(zhuǎn)矩之間的線性關(guān)系和鎖模力加強(qiáng)彈性區(qū)。然而，由于摩擦力的變化表面的螺旋兩部分，實際的軸向夾緊力的控制不能達(dá)到很好的精度。根據(jù)不同表面條件和潤滑、軸向夾緊力可以達(dá)到50%。這種方法也不能在緊縮的過程中發(fā)現(xiàn)錯誤，如短螺紋孔，螺紋尺寸不匹配，可能產(chǎn)生的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到一個扭矩，實際的工件沒有收緊的錯誤。
扭轉(zhuǎn)矩方法的特點為控制對象直觀，測量很簡單，操作過程方便，控制程序很容易。轉(zhuǎn)矩控制方法的不足為：材料潛力沒有充分利用，摩擦系數(shù)的影響，轉(zhuǎn)矩系數(shù)很大，前扣緊力大，控制精度低。因此，轉(zhuǎn)矩的方法通常是使用手冊，電動或氣動工具直接向線程對裝配扭矩裝配到位，不太重要的裝配位置。
2.1.2 扭矩轉(zhuǎn)角法
假使角度大于或等于目標(biāo)角度，或轉(zhuǎn)矩>額定扭矩，主軸停止。如果最小轉(zhuǎn)矩<最終扭矩<最大扭矩，最小角<結(jié)束> > >額定旋轉(zhuǎn)角度,螺絲收緊。伸長的轉(zhuǎn)矩角控制的本質(zhì)的螺栓,螺栓聯(lián)合(關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩通常需要旋緊扭矩值的25%左右)彈性收緊范圍后,軸向夾緊力成正比和伸長,伸長控制是控制軸向力,延長和轉(zhuǎn)動角成正比。轉(zhuǎn)矩角旋轉(zhuǎn)方法主要通過螺栓拉長在超彈性極限(塑性變形區(qū)),為了達(dá)到充分利用材料強(qiáng)度(設(shè)計螺栓夾緊力可取的屈服強(qiáng)度的70%),完成了高精度的收緊控制。這種方法可以顯著提高軸向夾緊力的控制精度,達(dá)到15 - 25%,螺紋的摩擦系數(shù)小,并具有良好的可重復(fù)性。鎖模力的離散程度小,平均價值可以增加屈服極限的70 ~ 80%,這不僅提高了材料利用率,而且還增加緊縮的穩(wěn)定性。主要用于發(fā)動機(jī)連桿和主軸承蓋,汽缸,飛輪、制動、轉(zhuǎn)向等. 這種收緊控制方法是使用最廣泛的方法,適用于高重復(fù)性的緊縮。
扭轉(zhuǎn)矩角的方法,在緊縮的過程中,即便的螺紋部分的摩擦系數(shù)擰緊力矩實現(xiàn)“預(yù)加載階段”有影響,但影響很小。由于摩擦系數(shù)的變化只影響旋轉(zhuǎn)控制的起點。在第二階段是控制角度，顯示螺旋角的螺紋摩擦系數(shù)預(yù)扣緊力沒有影響，因為在彈性變形區(qū)域，如果螺栓剛度常數(shù)，預(yù)緊力的螺栓伸長和，伸長和旋轉(zhuǎn)程度成正比。如果螺紋部分是收緊旋轉(zhuǎn)3600，的螺栓力延伸的一部分。因此，摩擦系數(shù)幾乎沒有影響最終的預(yù)扣緊力,所以控制精度大大提高,簡單的控制力矩。
2.1.3 屈服點法
屈服點方法使用轉(zhuǎn)矩角增加的比率最具體的概念,螺紋部分是收緊螺栓的屈服點。緊縮政策工具使用計算機(jī)電路、輸入扭矩和角度進(jìn)行微分計算,并將轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)角曲線,從而實現(xiàn)自動停止控制。收緊屈服點的質(zhì)量控制(前扣緊力分散)只與螺栓的屈服強(qiáng)度有關(guān)。屈服點方法的優(yōu)勢是螺栓固定在其屈服點和線的強(qiáng)度是最有限的。大量的研究表明,當(dāng)螺栓收緊,軸向預(yù)加載越大,反放松和抗疲勞性能越好。缺點是緊縮工具太貴了。通過監(jiān)測擰緊力矩和角度變化的斜率曲線,螺紋成員收緊到屈服點。螺絲收緊貨幣政策的過程中,轉(zhuǎn)矩曲線改變從彈性區(qū)與塑性區(qū),以及轉(zhuǎn)矩之間的線性關(guān)系和角度變化。當(dāng)斜率變化在一定范圍內(nèi),被認(rèn)為是達(dá)到屈服點。導(dǎo)數(shù)的計算公式是：
公式里：
-扭矩變化量
-扭矩角變化量
圖示2.2 屈服點法原理圖
屈屈服點的方法用于收緊螺絲的屈服點螺栓使用轉(zhuǎn)矩角的增量比的概念。收緊質(zhì)量(前扣緊力分散)屈服點的方法只有與屈服強(qiáng)度的螺栓。
屈服點法的長處為：
1不受摩擦系數(shù)的轉(zhuǎn)矩控制方法和旋轉(zhuǎn)角度控制方法的轉(zhuǎn)折點。因此轉(zhuǎn)矩控制方法的致命缺陷和彈性區(qū)角方法克服,和提高了裝配精度。屈服點
2螺栓,螺紋的強(qiáng)度的潛力最大化。大量研究表當(dāng)螺栓收緊,軸向預(yù)加載越大,反放松和抗疲勞性能越好。
它的不足為控制系統(tǒng)相對繁瑣，所以擰緊工具成本相當(dāng)?shù)母?，不僅這樣還對螺栓的材料、結(jié)構(gòu)和熱處理的質(zhì)量規(guī)定苛刻。
2.2 作用及后果
2.2.1 設(shè)計意義
螺螺紋連接的重要作用是連接身體與螺紋緊固件可靠連接，螺桿總成的本質(zhì)是控制螺栓的軸向力控制在合適的范圍內(nèi)。進(jìn)一步理解和感知的線程收緊控制方法,學(xué)習(xí)設(shè)計過程中傳輸和權(quán)力機(jī)制的機(jī)制，了解當(dāng)今在生產(chǎn)和生活中的螺栓收緊的定位,變?yōu)榱藱C(jī)械行業(yè)是無法替代的重要部分，經(jīng)過這個設(shè)計我學(xué)到了很多的前沿科技,讓我們在未來的學(xué)習(xí)和工作中受益。
2.2.2 預(yù)緊力不適當(dāng)帶來的后果
增加設(shè)備的質(zhì)量和成本:如果預(yù)加載太小,需要使用更多的和(或)較大的緊固件,往往還需要使用一個更大,從而增加產(chǎn)品的質(zhì)量。與此同時,許多產(chǎn)品的成本和裝配的零件數(shù)量,需要成正比,因此,預(yù)加載太小導(dǎo)致裝配和制造成本,和維護(hù)成本增加。滑移、分離或緊固件松動:普通螺栓連接承受橫向載荷,前扣緊力正壓力之間的聯(lián)系,和依靠摩擦力來抵抗外部負(fù)載。因此,預(yù)加載的大小決定了其承載能力。如果缺乏聯(lián)合預(yù)加載部分將出現(xiàn)下滑,導(dǎo)致被連接到一個錯位,傾斜,皺紋甚至緊固件。螺栓連接的軸向載荷,前扣緊力引起關(guān)節(jié)表面的壓力,和剩余預(yù)加載外部負(fù)載后的壓力量結(jié)合表面工作。缺乏前扣緊力會導(dǎo)致關(guān)節(jié)表面的泄漏,如壓力管道泄漏,發(fā)動機(jī)泄漏,甚至導(dǎo)致分離的兩部分。缺乏前扣緊力也會引起強(qiáng)烈的橫向振動,導(dǎo)致松動螺母。螺螺紋連接部分的靜態(tài)傷害：如果緊固螺絲擰太緊,即預(yù)加載太大，螺栓可能擰和連接部件可能會碎，咬棒，變形或斷裂，線程是削減旅行。螺栓疲勞失效：大部分的螺栓失敗由于疲勞。減少總負(fù)載的平均值，可以改變的循環(huán)變化的螺栓降低，由于荷載振幅增加。所以，大多數(shù)的總體效果是使螺栓的疲勞壽命降低。
第3章 整個方案設(shè)計
3.1 要求
多軸自動螺栓擰緊機(jī)的整個方案的設(shè)計：本文擬設(shè)計的擰緊機(jī)主要應(yīng)用于普通家用汽車裝配車間，用于擰緊輪胎的緊固螺栓，單班制工作，預(yù)期壽命中等。主要設(shè)計內(nèi)容有：
制定工藝方案，確定擰緊機(jī)結(jié)構(gòu)方案；具體方案設(shè)計，繪制圖紙，并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計計算及校核。包括：（a）擰緊機(jī)零件圖；（b）擰緊機(jī)組裝圖；（c）有關(guān)設(shè)計計算、校核；（d）設(shè)計說明書。主要特點:主要用于聯(lián)合國大會購買家庭汽車，用來加強(qiáng)輪胎的緊固螺栓。。
3.2 參數(shù)
要求擰緊機(jī)在汽車生產(chǎn)上擰緊輪胎的應(yīng)用，設(shè)定以下設(shè)計參數(shù)：擰緊轉(zhuǎn)速：n=50r/min。
最大擰緊扭矩：T=150N?m。單班制工作，預(yù)期使用壽命10年，每年300個工作日。在使用期限內(nèi)，工作時間占20%。
3.3 結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計
螺螺栓收緊機(jī)總體設(shè)計是粗略設(shè)計好的緊縮機(jī)主體，然后根據(jù)主題將推動機(jī)制、制動機(jī)制，傳感器和其他重要的組件來設(shè)計和安裝，最后形成完整的裝配。見下面的圖3 - 1:裝配圖的螺栓緊縮機(jī):
圖3-1 方案圖
3.3.1 電動機(jī)的設(shè)計選擇
根據(jù)：
；
經(jīng)過已知的要求可求出：
由于算出來的的功率，參考相關(guān)文獻(xiàn)[2]P236表12-2可知，選擇Y系列三相異步電動機(jī)Y802-2，電動機(jī)的具體參數(shù)為：
額定功率:1.1；同步轉(zhuǎn)速：3000；質(zhì)量17。
圖3-3 電動機(jī)
3.3.2 花鍵軸的校核
（1） 根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度驗算
此樣條件根據(jù)軸所受的扭矩計算其強(qiáng)度，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
式中：為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，；
為軸所受的扭矩，；
為軸的抗扭截面系數(shù)，；
為軸的轉(zhuǎn)速，；
為軸的傳遞的功率，；
為軸的截面直徑，；
為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，。
根據(jù)前面計算可推出直接的驗算：
經(jīng)過前面的計算分析，作為承受扭矩的軸段的最小直徑小于花鍵軸的直徑，因此它的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度滿足規(guī)定。
（2） 根據(jù)剪切強(qiáng)度進(jìn)行驗算
每一鍵的側(cè)面受力：
因此它的剪切強(qiáng)度滿足規(guī)定。
（3） 根據(jù)疲勞強(qiáng)度進(jìn)行驗算
這種校核計算的實質(zhì)在于確定變應(yīng)力情況下的軸的安全程度，在已知軸的外形，尺寸及載荷的基礎(chǔ)上，即可通過分析確定出一個或幾個危險截面，按如下式子求出安全系數(shù)并應(yīng)使其大于或至少等于設(shè)計安全系數(shù)，即僅有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時，滿足：
滿足要求。
（4） 根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行驗算
軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示，軸扭轉(zhuǎn)角的計算公式為：
式中：為軸所受的扭矩，；
為軸的材料的剪切彈性模量，，對于鋼材，；
為軸截面的極慣性矩，，對于圓軸，；
因此符合軸的扭轉(zhuǎn)剛度要求：
對于精密傳動軸，參考相關(guān)文獻(xiàn)[5]P138中的12-22可知：。
3.3.3 軸的設(shè)計
（1） 材料：40Cr
生產(chǎn)這種鋼淬火介質(zhì)加載下的機(jī)械零件和中速工作，如汽車轉(zhuǎn)向節(jié),半軸和機(jī)床設(shè)備，機(jī)軸、蝸桿、花鍵軸、頂尖套;淬火及回火后用于制造高負(fù)荷，影響和溫和的速度工作部件如齒輪、軸、泵、轉(zhuǎn)子、滑塊環(huán)；淬火和低溫回火后生產(chǎn)負(fù)載較重的情況下，影響和耐磨性低，與固體部分零件的厚度低于25毫米，如蝸桿軸,軸和套環(huán)；淬火和制造高頻淬火表面硬度和耐磨性高，沒有大影響零件，如齒輪、套筒、軸、曲軸、主軸、主軸、銷、連桿、螺絲、螺母、閥門等。并且，鋼應(yīng)用在生產(chǎn)各類的傳輸組件，像大直徑和低溫韌性的齒輪和軸。
（2） 因為花鍵軸擁有多齒效率，承載水平強(qiáng)，對中性高，導(dǎo)向性棒，齒根相對淺，應(yīng)力集中不高，軸與轂強(qiáng)度削弱不大，加工簡易，可以使永磨削方法達(dá)到非常棒的精度等長處，因此使用花鍵軸用來連接三級輪架和擰緊頭連接的零件很好的 。
參考相關(guān)文獻(xiàn)[5]P138中的13-32可知：
=，=
參考相關(guān)文獻(xiàn)[5]P138中的13-33可知：
如果量轉(zhuǎn)矩=當(dāng)量彎矩：
如果量彎矩：
參考相關(guān)文獻(xiàn)[5]P144中的13-36可知：選擇小徑是32，大徑是36。花鍵圖見下面：
圖示3-3花鍵標(biāo)準(zhǔn)圖
3.3.4 減速裝置的選擇
在正確使用結(jié)構(gòu)要求的情況下，因為內(nèi)部嚙合，行星齒輪股份轉(zhuǎn)讓負(fù)載的數(shù)量，一般比定軸輪系行星輪系的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，體積不大，質(zhì)量不高，傳動比相對高的長處。所以它的應(yīng)用很廣泛，例如在機(jī)床、汽車、工程機(jī)械以及坦克和一般常規(guī)機(jī)械的設(shè)備上。被普遍使用。因為行星輪系的種種長處，所以當(dāng)在選取在螺栓收緊機(jī)器減速系統(tǒng)中去。
行星齒輪傳動的特點：
行星齒輪傳動與普通齒輪傳動比較來說，有非常多突出的長處。其最顯著的長處為:電力傳輸?shù)碾娏梢赞D(zhuǎn)移;與此這時,輸入軸和輸出軸同軸,也就是說,輸出軸和輸入軸排列在同一軸上,行星齒輪傳動一直是用來代替普通齒輪傳動減速裝置,增長率和各種機(jī)械傳動系統(tǒng)的傳動裝置。特別是對于那些規(guī)定體積不大，質(zhì)量很輕，結(jié)構(gòu)規(guī)定小,傳動效率要求嚴(yán)格高的航空發(fā)動機(jī)，齒輪傳動設(shè)備運(yùn)輸、石油和化學(xué)武器裝備和微分需要汽車和坦克和其他車輛,行星齒輪傳動已被越來越多的廣泛使用。
第4章 行星齒輪減速器的設(shè)計
4.1 概述
因為總的傳動比經(jīng)下面計算便可算出，如下是：
把總的傳動比分成三級，就是，三級行星齒輪減速器，各級傳動比公式都有了。
4.2 設(shè)計要滿足的要求
如果安裝的行星輪的齒數(shù)符合設(shè)計的要求，具體必須符合下面幾個方面：
4.2.1 剛滿足給定的傳動比
圖4-1行星齒輪系
根據(jù)選擇的行星輪系形式列出傳動比與各輪齒數(shù)的關(guān)系式，這樣就可以初步選取各輪齒數(shù)。它的傳動比是：
根據(jù)算出就可以算出比值，如果先規(guī)矩了值，那么可以算出值。算出的不是整數(shù) ，就得重新來選取 ?？赡茉谀承┣闆r下沒辦法準(zhǔn)確算出已知的傳動比，那么可以根據(jù)相關(guān)的經(jīng)驗估取一個近似的值。
4.2.2 安裝要滿足的要求
當(dāng)選取行星輪數(shù)還應(yīng)該符合一定的安裝條件，就是讓全部的行星輪可以均勻的安裝上去。參考相關(guān)文獻(xiàn)[4]P347中的表2-15可知，行星輪系的安裝要求簡單的是：單排負(fù)號機(jī)構(gòu)中兩中心輪的齒數(shù)之和必須為行星輪數(shù)的整數(shù)倍。為：
4.2.3 鄰接條件
當(dāng)行星輪系,共同海損安裝兩個以上的行星齒輪為了分享負(fù)載和平衡行星輪在離心力的操作生成的。為了一顆行星輪沒有沖突,我們必須使鄰近的行星的中心距的總和多齒的齒頂圓半徑的兩個星球。
設(shè)為行星輪數(shù)，為行星輪齒頂圓半徑。如圖所示，顯而易見一定得符合鄰接條件是：
圖4-2鄰接條件示意圖
如果選擇標(biāo)準(zhǔn)齒輪，那么：
代入上式整理后得：
4.2.4 同心條件
行星輪系各輪之中心距（節(jié)圓半徑之和或差）一定滿足相關(guān)的關(guān)系，這樣可以確證中心輪、系桿共軸線，即要滿足同心條件。為：
如果都為標(biāo)準(zhǔn)齒輪 ，那么一定要符合：
因此前面給定的傳動比選定、后就一定根據(jù)同心要求選定，如果求得的不是整數(shù)，那么得重新去選擇、的齒數(shù)。
4.3 行星輪系的設(shè)計
通過對一級二級三級行星輪系的設(shè)計完成總的輪系的設(shè)計。
4.3.1 一級行星輪系的設(shè)計
已知；行星輪數(shù)
傳動比條件：
同心條件：
取，則；
鄰接條件：
安裝條件：
經(jīng)過上面的公式可以輕松的得出和驗算，一級行星輪系符合上面的四個要求。
4.3.2 二級行星輪系的設(shè)計
已知；行星輪數(shù)
傳動比條件：
同心條件：
取，則；
鄰接條件：
安裝條件：
經(jīng)過上面的公式可以輕松的得出和驗算，一級行星輪系符合上面的四個要求。
4.3.3 三級行星輪系的設(shè)計
已知；行星輪數(shù)
傳動比條件：
同心條件：
取，則；
鄰接條件：
安裝條件：
經(jīng)過上面的公式可以輕松的得出和驗算，一級行星輪系符合上面的四個要求。
4.4 嚙合效率的計算
一級行星輪系：
二級行星輪系：
三級行星輪系：
4.5 總的傳動效率計算
參考相關(guān)文獻(xiàn)[5]P254中的表13-22可知：；
選擇的軸承有2個深溝球軸承6006，那么 ；
選擇的軸承有3個深溝球軸承6007，那么 ；
那么總效率是:
電動機(jī)校驗：
電動機(jī)滿足規(guī)定。
三級行星輪系的輸出功率：
三級行星輪系的輸入功率：
二級行星輪系的輸出功率：
二級行星輪系的輸入功率：
4.6 齒輪強(qiáng)度的校核
前面選齒輪的材料為，由于因為減速器越小越方便安裝到螺栓擰緊機(jī)里，選取齒輪的模數(shù)是1。
參考相關(guān)文獻(xiàn)[5]可知，求出輪系中心輪的最大轉(zhuǎn)速：
求出各級輪系中心輪的扭矩：
參考相關(guān)文獻(xiàn)[6]P214中的表23-11可知的許用接觸應(yīng)力，因此每一級行星輪系的中心輪和行星輪開始驗算。
如果a-c傳動里，轉(zhuǎn)矩，在c-b傳動中，。上述兩式中，a表示中心輪，c表示行星輪，b表示內(nèi)齒圈，k為行星輪的個數(shù)，指載荷不均勻的系數(shù)，取值為1.2。
4.6.1 對一級行星輪系校核
對于a-c傳動，參考相關(guān)文獻(xiàn)[6]P214中的表23-11可知：
使用系數(shù)
動載系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù)
節(jié)點區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù)
總工作時間
接觸壽命
許用接觸應(yīng)力
驗算：
滿足相關(guān)規(guī)定。
對于c-b傳動，參考相關(guān)文獻(xiàn)[6]P214中的表23-11可知：
使用系數(shù)
動載系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù)
節(jié)點區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù)
總工作時間
接觸壽命
許用接觸應(yīng)力
驗算：
滿足相關(guān)規(guī)定。
4.6.2 對二級行星輪系校核
關(guān)于a-c傳動，參考相關(guān)文獻(xiàn)[6]P214中的表23-11可知：
使用系數(shù)
動載系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù)
節(jié)點區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù)
總工作時間
接觸壽命
許用接觸應(yīng)力
驗算：
因此滿足規(guī)定。
關(guān)于c-b傳動，參考相關(guān)文獻(xiàn)[6]P214中的表23-11可知：
使用系數(shù)
動載系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù)
節(jié)點區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù)
總工作時間
接觸壽命
許用接觸應(yīng)力
驗算：
因此符合相關(guān)規(guī)定。
4.6.3 對三級行星輪系校核
關(guān)于a-c傳動，參考相關(guān)文獻(xiàn)[6]P214中的表23-11可知：
使用系數(shù)
動載系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù)
節(jié)點區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù)
總工作時間
接觸壽命
許用接觸應(yīng)力
驗算：
因此滿足規(guī)定。
對于c-b傳動，參考相關(guān)文獻(xiàn)[6]P214中的表23-11可知：
使用系數(shù)
動載系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù)
節(jié)點區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù)
總工作時間
接觸壽命
許用接觸應(yīng)力
驗算：
因此滿足相關(guān)規(guī)定。
第5章 螺栓擰緊機(jī)的控制方法
5.1 扭矩傳感器
扭矩傳感器的感應(yīng)扭矩在各種旋轉(zhuǎn)和不旋轉(zhuǎn)的機(jī)械部件。扭矩傳感器的物理變化的扭矩轉(zhuǎn)換成精確的電信號。扭矩傳感器可以應(yīng)用在粘度計的制造,電氣,氣動,液壓力矩扳手。精度高,響應(yīng)速度快,可靠性好,壽命長特點。
5.2 擰緊過程中的控制方法
5.2.1 屈服點法
屈服屈服點控制方法使用轉(zhuǎn)矩角增加的比率最具體的概念,螺紋部分是收緊螺栓的屈服點。緊縮政策工具使用計算機(jī)電路、輸入扭矩和角度進(jìn)行微分計算,并將轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)角曲線,從而實現(xiàn)自動停止控制。收緊屈服點的質(zhì)量控制(前扣緊力分散)只與螺栓的屈服強(qiáng)度有關(guān)。
5.2.2 扭矩轉(zhuǎn)角法
扭轉(zhuǎn)矩角的方法是適合中指定的扭矩螺絲,然后旋轉(zhuǎn)螺紋部分以達(dá)到所需的角度。合適的扭矩值所需的擰緊力矩值為25%上下。盡管摩擦系數(shù)達(dá)到收緊的線程產(chǎn)生的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩”階段的預(yù)扣緊力”有一定影響,但影響較小的摩擦系數(shù)和線程的螺旋角前收緊力沒有影響,因為在彈性變形區(qū)域或超彈性區(qū),如果彈性模量是固定的,預(yù)緊力和螺栓伸長最相關(guān),伸長和旋轉(zhuǎn)程度成正比。
5.2.3 扭矩法
扭轉(zhuǎn)矩方法普遍緊縮方法,這是一個簡單和方便的方法來控制彈性區(qū)與扭矩之間的線性關(guān)系和預(yù)加載。法時,控制,操作簡單的操作和一個固定的扭矩只有控制。但是大約90%的螺紋緊固力矩作用于摩擦和軸承表面摩擦消耗,真正作用在軸向預(yù)扣緊力只有保藏,改變初始預(yù)扣緊力分散的程度控制在緊縮的過程中摩擦系數(shù)等等,所以離散程度的緊縮方法相對比較大,適合緊固組件一般,不適合連接的關(guān)鍵部分。
5.3 角度編碼器
角度編碼器是一種電子裝置組件,產(chǎn)生電脈沖時轉(zhuǎn)動一定角度。通常在內(nèi)部日常使用的工具和可治愈的角度編碼器的兩種形式:一種是集成養(yǎng)護(hù)設(shè)備工具驅(qū)動軸齒輪傳動,另一個編碼器是通過檢測磁場的傳動軸組件旋轉(zhuǎn)靜態(tài)抽樣。由于編碼器每轉(zhuǎn)脈沖的數(shù)量是固定的,控制單元可用于測量控制單元后的緊固件校準(zhǔn)通過套筒之間的轉(zhuǎn)換和旋轉(zhuǎn)編碼器。
5.4 擰緊過程的檢測
此擰緊縮機(jī)控制系統(tǒng)采用智能控制系統(tǒng)閉環(huán)收緊,這是需要的準(zhǔn)確監(jiān)測(轉(zhuǎn)矩或力)的固定負(fù)載由給定的連接點,生成和系統(tǒng)需求轉(zhuǎn)矩角的反饋。直流驅(qū)動,力矩正比于輸入電流輸入驅(qū)動程序:
是電電機(jī)的電樞電流,或當(dāng)前在該領(lǐng)域。因此,轉(zhuǎn)矩可以通過檢流計檢測計算。然而,在應(yīng)用程序的小扭矩,驅(qū)動軸的扭矩適用于工件不能被忽略。因此,轉(zhuǎn)矩(或力)傳感器用于測量實際夾具力如下所述,典型的網(wǎng)格應(yīng)變儀和Wheastone橋組成。扭矩傳感器安裝在驅(qū)動軸的結(jié)束,和小塊的接觸。這些傳感器可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩的范圍大小不同。提供的電機(jī)編碼器,可以提供的角方向傳動軸和相應(yīng)的角速度。
山東英才學(xué)院2016屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
結(jié) 論
謝謝老師給我選的好課題，所以我設(shè)計這從一個很好的鍛煉。但也解釋了我的很多在一個特別的恩典的問題。在這里，老師希望我們表示衷心的感謝表達(dá)出來。因為繁忙的日程中給予我們的時間方向。當(dāng)然，還有其他教練醫(yī)院。在這里，我給你我的教練誠摯的感謝和贊賞。讓我離開這個計劃是一個很好的鍛煉。但也解釋了我的很多在一個特別的恩典的問題。在這里，老師希望我們表示衷心的感謝表達(dá)出來。因為繁忙的日程中給予我們的時間方向。當(dāng)然，另外一個教練。在這里，我給你我的教練誠摯的謝意和贊賞。在這個過程中的設(shè)計過程中，通過整合，進(jìn)一步學(xué)習(xí)和知識，深化整合，以擴(kuò)大，分析問題的機(jī)械設(shè)計，來解決，我的機(jī)械設(shè)計等課程的安排，當(dāng)然知識我們使用。確認(rèn)已經(jīng)完成，嚴(yán)重的當(dāng)然有很多困難錯誤修復(fù)，精益求精，終于，設(shè)計工作有一個圓滿的完成。
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致 謝
在我的畢業(yè)設(shè)計過程中，感謝我的導(dǎo)師，她治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度孜孜不倦地指導(dǎo)我的畢業(yè)設(shè)計，給我留下了深刻的印象。她的熱情和執(zhí)著，是我永遠(yuǎn)不會忘記的。這一切都將對我的學(xué)習(xí)和今后的工作有極大的幫助。我也想感謝機(jī)械工程系的其他教師，他們我指出畢業(yè)設(shè)計的缺點，并給我許多幫助來完成設(shè)計。
在這次設(shè)計中，我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成了畢業(yè)設(shè)計，不僅在規(guī)定時間內(nèi)完成畢業(yè)設(shè)計，我也學(xué)到了很多有用的知識。在這里，我衷心地感謝導(dǎo)師。我還要感謝這四年教我學(xué)習(xí)的老師和曾經(jīng)幫助我的同學(xué)。
經(jīng)過幾個月的工作，畢業(yè)設(shè)計已接近尾聲。由于缺乏實踐經(jīng)驗，這樣的設(shè)計將不可避免地有問題，沒有導(dǎo)師的指導(dǎo)，我可能不會完成此次設(shè)計。當(dāng)我碰見問題時，是導(dǎo)師用她豐富的專業(yè)知識幫助我解決問題。
說實話要完成畢業(yè)設(shè)計，用自己的能力是太困難了，但周圍的老師和同學(xué)給了我驚喜，幫助我解決了疑問。在我設(shè)計過程中，碰見我從來沒有接觸到的東西時，我一開始很迷茫，我的許多同學(xué)也都忙著自己身邊的事情，但他們還是擠出時間來解答我的疑惑。
在這里，論文已接近尾聲，我不能平靜我的心情，感謝學(xué)校這次畢業(yè)設(shè)計，感謝導(dǎo)師和同學(xué)的無私幫助。