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【大洋传感】怎么用动态扭矩传感器实现拧紧力预紧力的精确控制

文字:[大][中][小] 2019/10/21    浏览次数:593    

         前言:外螺纹装配线扭紧的本质是根据地脚螺栓的力矩力将2个钢件靠谱地联接一起, 提高联接的刚度和紧密性, 防止松和止滑, 但过大或过小的力矩力全是危害的。
 力矩力过交流会造成地脚螺栓被拧断, 被联接件被损坏、歪曲或破裂等严重危害; 力矩力不够, 则会导致被联接件移位、倾斜, 螺帽松动, 乃至标准件被弄断[ 1] 。力矩力转变会促使零部件內部地应力不相同, 危害外螺纹副联接的特性, 导致外螺纹副疲惫使用寿命降低。据报导, 达到90% 的外螺纹副无效是因为原始力矩有误造成的[ 2] 。因而必须严苛的操纵力矩力的尺寸及完整性。力矩力的控制措施关键有扭距控制法、扭距/ 拐角控制法、屈服极限控制法、超音波控制法以及他兴盛方式等。


 扭距控制法使用方便、形象化, 是现阶段运用最普遍的控制措施。可是选用扭距控制法时, 力矩力与扭紧扭距中间存有着例如磨擦等别的危害要素, 因而力矩力离开度较高, 约为30% [ 3] 。在法国技术工程师研究会( VDI) 标准件联合会的主持人下, 经
 过500 次左右的扭紧实验算出: 释放扭距的精密度从10% 提升到􀀁 3%, 仅使力矩力的精密度提升2%~ 3% ; 释放扭距的精密度从 5% 提升到3%,
 则对力矩力的精密度无明显危害[ 3] 。
 扭距/ 拐角控制法可将力矩力操纵在15%的偏差范围之内[ 4] , 合理地减少了力矩力的离开度,可是该控制措施构造较繁杂, 并且只能当被联接件处在塑性形变范畴时该方式能够得到不错的精密度[ 3] 。
 屈服极限控制法力矩力离开度不大, 可将地脚螺栓拧至屈服极限, 可是自动控制系统繁杂, 扭紧专用工具价钱很价格昂贵, 且对地脚螺栓的原材料、构造和调质处理规定很高[ 4] 。
 超音波精确测量能够取得成功用以几寸地脚螺栓, 可是当地脚螺栓规格较钟头, 环境危害要素乃至是作业者造成的偏差都将会超出仪器设备的像素[ 2] 。近期,形状记忆合金[ 5] 及运用非容栅电子光学精确测量偏移与应变力的电子器件黑斑干预测量方法[ 6􀀁7] 也用以检验力矩力, 殊不知因为价钱及自然环境牵制没办法在生产制造阶段中应用。
 在高精密外螺纹副零部件自动组装系统软件中, 规定装配线系统软件尽量简易形象化, 以最简约的方法进行高精密的装配线工作 。文中明确提出了这种改善的扭距法:扭距/ 時间控制法, 根据扭距与時间的斜率转变与系统软件的弯曲刚度转变关联, 获得力矩力与扭矩相互关系式, 对不一样的外螺纹副释放不一样的扭距,进而确保力矩力的完整性, 保持微中小型外螺纹副的精准装配线, 并根据模拟仿真对该控制措施的可行性分析开展了认证。


 1 扭距/ 時间控制措施的基本原理
 在扭紧螺帽的全过程中, 当螺帽触碰到被联接件或密封圈以后, 造成力矩力, 并刚开始紧贴。被联接件紧贴后, 力矩力与拐角即呈线性相关, 螺帽上的力矩力为[1]
 扭距- 時间控制法根据检测扭距- 時间关联曲线图来操纵力矩力, 当扭矩传感器传至电子计算机中的扭距值产生显著转变时, 螺帽触碰支撑点面刚开始紧贴, 这时刚开始倒计时。将扭距随時间转变的斜率K t 与当量弯曲刚度Ct 转变的斜率相较为, 当二者比率不会改变时, 螺帽彻底紧贴, 纪录这时的K t 值及Ct 值。将外螺纹副的几何图形规格特点和电机转速比事先键入到电子计算机内, 将纪录的K t 值及Ct 值代入式( 6) , 即算出该外螺纹副即时扭距所相匹配的力矩力值。当控制器检验到的扭距值考虑力矩力规定时,电动机终止旋转, 扭紧完毕。该方式的优势是: K t 是扭距与時间的比率,自身早已包括了滑动摩擦力的危害, 在扭距/ 時间控制法中, K t 值的不一样也就表明了不一样外螺纹副间滑动摩擦力的不一样, 因此能够对于不一样外螺纹副相互配合件间滑动摩擦力不一样的特性, 对每对外螺纹副相互配合件释放不一样的扭矩, 以减少滑动摩擦力的危害, 尽快提升力矩力的完整性。偏差尺寸关键在于Ct / K t 的取值及扭矩传感器的偏差。因而必须挑选精密度较高的扭矩传感器, 并严控Ct / K t 的取值。
2、有限元模拟仿真扭紧全过程
 因为蝶形弹簧具备弯曲刚度大, 缓存吸振工作能力强,能以小形变承担大荷载的优势, 适合径向室内空间较小的场所, 因而在高精密外螺纹副中一般 选用蝶形弹簧做为弹簧垫圈。
 对配有截锥型横截面蝶形弹簧密封圈的外螺纹副装配线部件开展模拟仿真剖析, 获得弹簧垫圈的荷载- 形变关联及弯曲刚度- 形变关联转变, 并依据地脚螺栓系统软件弯曲刚度关系式转换为系统软件弯曲刚度, 再对外螺纹副装配线的扭紧全过程开展仿真模拟, 算出扭距- 時间趋势图, 进而认证扭距/ 時间控制法的可行性分析。
 2. 2 外螺纹副扭紧全过程动力学模型模拟仿真
 因为磨擦因素是拧紧转速比的涵数, 彼此之间有必须的关联。图4 图示[ 10] 为扭紧某基本规格外螺纹副时电机额定功率与磨擦因素相互关系, 转速比超过6r/ min 以后, 磨擦因素基础保持不变。对细微外螺纹副而言, 该曲线图的趋势分析同样。在电动机
 转速比较低时, 磨擦因素发生变化, 外螺纹副相互配合件处在静态数据磨擦范围之内, 这时转速比有少量起伏时, 对磨擦因素的危害挺大; 当转速比提升到必须转速比时, 进到动摩擦地区, 滑动摩擦力尺寸与物块运动的快慢不相干, 与物块间的触碰总面积也不相干, 磨擦因素转变稳定且保持稳定。因为该方式是依据螺帽紧贴后的扭距- 時间曲线图, 预计出该外螺纹副间的磨擦情况, 进而释放不一样的扭距以得到相同的力矩力,因而, 为避免磨擦因素起伏造成偏差, 在扭紧时要选择很大的转速比, 确保外螺纹副进到动摩擦地区。定速拧紧方式比不确定速拧紧方式, 力矩力精密度有明显提升[ 9] , 因而在选用Cosmo s/ mot io n 开展动力学模型模拟仿真的全过程中, 选择转速比为20r / min, 即电动机转动1s, 螺帽往下健身运动0􀀁 1mm。外螺纹副中滑动摩擦力是必定存有的, 任取较普遍的磨擦因素开展模拟仿真测算, 外螺纹副间磨擦因素取􀀁= 0􀀁 25, 螺帽下内孔与密封圈内圆上间的磨擦因素取􀀁= 0􀀁 12。将地脚螺栓零部件固定不动, 地脚螺栓与螺帽间界定为外螺纹副, 每转动七天螺帽往下健身运动0. 3mm, 键入由静力学剖析获得的密封圈弯曲刚度特点, 对螺帽释放稳定转速比。当螺帽下表层触碰弹簧垫圈, 扭距变化很大时刚开始倒计时, 将地脚螺栓与螺帽间及螺帽与密封圈间的扭距值求和, 算出扭距- 時间关联曲线图如图所示5a图示, 经解决得图5b 图示的扭距斜率趋势图, 即K t 涵数图。
由模拟仿真結果所知, 选用扭距/ 時间控制法能够将力矩力操纵在可调式的较小偏差范围之内, 根据释放不一样的扭距, 提升力矩力的完整性。相较传统式的扭距控制法, 扭距/ 時间控制法能得到更强的操纵实际效果。
3、结语
 文中对于带弹簧垫圈的微中小型外螺纹副系统软件的装配线, 明确提出了这种扭距/ 時间控制法, 并选用有限元模拟仿真剖析和动力学模型模拟仿真剖析对该方式的可行性分析开展了认证。模拟仿真得出结论: 弯曲刚度与扭距斜率比率起伏在0.02% 内时, 力矩力线性度2.94%。与传统式的扭距控制法对比, 文中明确提出的控制措施能够减少滑动摩擦力的危害, 将力矩力操纵在较小的偏差范围之内, 进而尽快操纵力矩力的离开度。
 文中的剖析內容和统计分析方法也彻底适用很大规格的外螺纹副装配线。针对不带弹簧垫圈的外螺纹副相互配合件, 实现目标力矩力的時间较短, 假如电子计算机的与运算速率不可以符合要求, 能够适度减少转速比。

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