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可控扭矩电动扳手的设计和工作原理 2020 3 21 1 1 整体设计的合理性由于电动扳手是手工操作工具 因此设计时必须考虑减轻扳手体积和重量 为此 选用体积较小 扭矩和转速易于控制的步进电机作为动力装置 减速装置则采用结构紧凑 传动比大的行星齿轮机构 为提高工作效率 节省拧紧时间 在螺栓旋紧过程中通过微机控制步进电机实现两档工作转速 在螺栓旋紧的第一阶段 螺母在螺栓上的旋动只需克服螺旋副的摩擦阻力矩 所需拧紧力矩较小 可实现快速拧紧 在螺栓旋紧的第二阶段 螺母与被联接件贴合后增加了贴合力矩 因此需要增大扳手的拧紧力矩 此时可实现低速拧紧 2020 3 21 2 2 传感器设计的巧妙性扭矩传感器的设计对于电动扳手的使用性能十分关键 由于扳手头是旋转的 因此不能在上面直接粘贴应变片 否则电线会缠绕在扳手头上而被卷断 如采用其它旋转轴扭矩传感器 则会使扳手体积过大 且成本高 精度低 2020 3 21 3 为此我们利用行星齿轮结构的特点 将传感器弹性体一端通过轮齿与低速级齿圈相啮合 另一端则用销子与壳体固联 然后在弹性体上粘贴应变片感受齿圈的扭矩 从而将旋转轴扭矩测量问题转换为定轴扭矩测量问题 2020 3 21 4 2020 3 21 5 3 工作原理的科学性电动扳手主要由微机控制系统 步进电机 两级行星齿轮机构和 壳体 扭矩传感器 扳手头等组成 当步进电机转动时 带动高速级行星齿轮机构的中心轮转动 该机构的另一中心轮 齿圈 则与壳体固联 扭矩由系杆传送到低速级行星齿轮机构的中心轮上 该机构的另一中心轮 齿圈 则与传感器相连并通过传感器固定于壳体上 扭矩同时由系杆传送到扳手头上 实现对螺栓的拧紧 当确定了低速级行星齿轮机构的齿圈 传感器 与系杆之间的扭矩关系后 即可通过监测传感器的扭矩值间接测量扳手头的扭矩 微机控制系统采集传感器的扭矩信号 经处理后反馈给步进电机 从而实现对扳手扭矩和转速的控制 2020 3 21 6 4 突出的压倒性优势电动扳手采用步进电机和行星齿轮机构 解决了动力传递及扭矩动态检测与控制问题 原理新颖 装置可靠 扭矩传感器的静态标定结果表明 传感器输出稳定 在测量范围内灵敏度较高 线性误差和弹性滞后较小 可满足设计精度要求 2020 3 21 7 5 电动扭矩扳手应用广泛性在螺栓装配中 为保证螺栓联接的可靠性及疲劳强度 必须适当控制螺栓联接的预紧力 这在很大程度上取决于扳手拧紧力矩的精确控制 而电动扭矩扳手采用步进电机和行星齿轮传动 克服了传统的风动扳手旋转速度高 冲击力大 扭矩不稳定等缺点 恰恰可较好实现对
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