CN103344420B

CN103344420B - 一种多轴螺栓拧紧试验台

Info

Publication number: CN103344420B
Application number: CN201310241610.6A
Authority: CN
Inventors: 洪军; 邱志惠; 屈云鹏; ***; 朱林波; 吴凤
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2033-06-18
Also published as: CN103344420A

Abstract

本发明公开了一种多轴螺栓拧紧试验台，包括机体框架，以及分别安装在机体框架上的拧紧机构、顶梁机构和工作台升降模块；拧紧机构通过钢丝绳和弹簧平衡器安装于顶梁机构的菱形梁架上；顶梁机构通过固定角铁安装于机体框架顶端；工作台升降模块通过工作台支撑架安装于机体框架的底端。本发明的拧紧机构带有多个拧紧轴，可以同时实现四个螺栓的装配拧紧；每根拧紧轴均配备有独立的X、Y向丝杠，调节丝杠移动拧紧轴，通过调节四根拧紧轴的位置可组合出矩形、正方形、环形、正三角形、线型、不规则形状等多种分布。

Description

一种多轴螺栓拧紧试验台

技术领域

本发明属于螺栓装配领域，涉及一种螺栓拧紧试验台，特别涉及一种多轴螺栓拧紧试验台。

背景技术

螺栓连接广泛应用于各种机械设备中，是影响设备安全性、经济性、可靠性等技术质量指标的重要因素。螺栓的装配拧紧工艺直接决定了螺栓连接质量的优劣。但长期以来，人们一直比较重视螺栓连接的设计规划，而对螺栓连接拧紧工艺及设备却不太重视。因此，常会发生由于拧紧工艺不当而导致螺栓实际的预紧力并未达到设计要求，出现设计不合理的现象。近些年来，随着科学技术的不断发展，尤其是航空和汽车工业的快速发展，螺栓拧紧装配工艺越来越被人们重视。

目前的螺栓装配拧紧工艺有如下不足：螺栓的拧紧控制方法上，仅仅以扭矩或者转角作为是否拧紧的标准，对不同拧紧方式、不同被连接材料、不同螺栓规格使用相同的扭矩或者转角也会得到不同的预紧力，对预紧力的控制精度不够；对于多螺栓连接，其装配拧紧工艺的规划仍主要靠人为经验，装配质量难以得到控制与保证；缺少可以精确控制螺栓拧紧过程以及可同时针对多种规格螺栓、不同螺栓排布、不同形状被连接件的多功能螺栓拧紧试验台。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在问题，提供一种多功能的多轴拧紧试验台，该试验台可以针对不同规格螺栓、不同螺栓排布方式、不同形状被连接件，以多种螺栓拧紧控制手段如扭矩法、转角法、屈服点控制法等实现拧紧，同时可以针对螺栓组连接，进行不同拧紧工艺对连接质量的影响研究，如同时拧紧、顺序拧紧、批次拧紧、保载时间等，并实时测量采集拧紧过程中扭矩、转角、预紧力。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：包括机体框架，以及分别安装在机体框架上的拧紧机构、顶梁机构和工作台升降模块；拧紧机构通过钢丝绳和弹簧平衡器安装于顶梁机构的菱形梁架上；顶梁机构通过固定角铁安装于机体框架顶端；工作台升降模块通过工作台支撑架安装于机体框架的底端；所述拧紧机构包括拧紧台顶梁以及拧紧台底座；拧紧台底座通过若干Z向导向杆套筒与拧紧台顶梁固定连接，其中Z向为竖直方向；拧紧台顶梁上设置有用于缠绕钢丝绳的定滑轮；

上述拧紧机构还连接有控制模块。

上述机体框架由铝型材梁制成，包括设置在机框架侧面的左防护门和右防护门和设置在机体框架背面的后防护门。

上述左防护门、右防护门以及后防护门均通过合页安装于机体框架的铝型材梁上。

上述机体框架的底脚处安装有地脚轮。

上述拧紧台底座的X方向上设置有两条相对的X向导轨，且X向导轨内设置有X向丝杠，X向丝杠的两端分别安装有X向丝杠滑块，X向导轨的两端分别设置有X向导轨滑块；

在X向导轨滑块的上方设置有Y向定位座，其中X向和Y向均与Z向垂直，且X向与Y向在同一平面上也相互垂直；在拧紧台底座的Y方向上，且在两Y向定位座之间设置有Y向导轨，Y向导轨内设置有Y向丝杠，Y向丝杠的两端设置有Y向丝杠滑块，Y向导轨的两端分别设置有Y向导轨滑块；在Y向丝杠滑块上还设置有拧紧轴夹紧机构，拧紧轴安装在拧紧轴夹紧机构上；拧紧轴夹紧机构与Y向导轨滑块及Y向丝杠滑块固结为一体；拧紧操作把手安装在X向导轨两端的侧面。

上述顶梁机构包括设置在两组相对应的固定角铁之间的两根X向柱形导轨，两根X向柱形导轨上分别套装有X向直线轴承，在Y方向上，相对的两个X向直线轴承之间设置有Y向柱形导轨，其中X向和Y向均与Z向垂直，且X向与Y向在同一平面上也相互垂直；Y向柱形导轨上套设有与菱形梁架相连的Y向直线轴承，所述菱形梁架通过设置在其中部的绕Z转动部件与Y向滑动梁架相连，顶梁上的Y向滑动梁架通过Y向直线轴承和Y向柱形导轨安装在X向滑动梁架上，X向滑动梁架通过X向柱形导轨、X向直线轴承以及固定角铁部件安装于机体框架顶端。

述菱形梁架上设置有两个顶梁吊环螺栓；缠绕于定滑轮的钢丝绳一端与弹簧平衡器相连，另一端与一个顶梁吊环螺栓相连，弹簧平衡器悬挂于另一个顶梁吊环螺栓上。

上述工作台升降模块包括安装在工作台支撑座上的工作台，工作台支撑座的内部安装有升降机构。

上述升降机构包括旋转轴，旋转轴的一端通过深沟球轴承和旋转手轮手轮相连；旋转轴的另一端通过联轴器与蜗轮蜗杆机构相连；联轴器内侧的旋转轴上安装有轴承定位座；蜗轮蜗杆机构的上端设置有支撑圆盘。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）本发明的机体框架采用了立式框架结构，框架地脚四脚端安装地脚轮，拧紧轴有较好的同轴度以及对心效果，试验台移动方便。

2）本发明的拧紧机构带有多个拧紧轴，其优选为4个，可以同时实现四个螺栓的装配拧紧；每根拧紧轴均配备有独立的X、Y向丝杠，调节丝杠移动拧紧轴，通过调节四根拧紧轴的位置可组合出矩形、正方形、环形、正三角形、线型、不规则形状等多种分布。

3）本发明的顶梁机构采用双向导轨以及绕Z转动机构装置，可使安装于该模块的拧紧机构实现X、Y方向平移以及绕Z向的转动，增大了拧紧机构的柔性，可以满足对大尺寸工件的拧紧。

4）本发明通过设置工作台升降模块，通过摇动手轮实现工作台升降运动，增大了试验空间，工作台上有单围T型槽，工件装夹方便简单。

6）本发明采用高精度的拧紧轴，扭矩测量范围可在1NM～350NM之间。控制精度高，扭矩及角度误差可控制在1%～3%范围内。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明拧紧机构的等轴侧视图；

图4为本发明顶梁机构的仰视图；

图5为本发明顶梁机构的等轴侧视图；

图6为本发明工作台升降模块的等轴侧视图；

图7为本发明升降机构的结构示意图。

其中：1为机体框架；101为左防护门；102为右防护门；103为后防护门；104为地脚轮；2为拧紧机构；201为拧紧轴；202为拧紧轴夹紧机构；203为Y向导轨；204为Y向导轨滑块；205为Y向丝杠；206为Y向丝杠滑块；207为Y向定位座；208为X向导轨；209为X向导轨滑块；210为X向丝杠；211为X向丝杠滑块；212为拧紧台底座；213为拧紧操作把手；214为Z向导向杆套筒；216为定滑轮；217为拧紧台顶梁；3为顶梁机构；301为菱形梁架；302为顶梁吊环螺栓；303为Y向滑动梁架；304为绕Z转动部件；305为Y向柱形导轨；306为Y向直线轴承；307为X向滑动梁架；308为X向柱形导轨；309为X向直线轴承；310为固定角铁；311为Z向导向杆定位孔；4工作台升降模块；401为工作台；402为工作台支撑座；403为支撑圆盘；404为蜗轮蜗杆机构；405为联轴器；406为轴承定位座；407为深沟球轴承；408为旋转手轮；409为旋转轴；410为工作台支撑架；411为Z向直线导轨；412为Z向导轨滑块；5为控制模块；501为控制柜框架；502为拧紧轴控制器；503为电源控制器；504为控制柜地脚轮；6为弹簧平衡器；7为高强度钢丝绳；8为Z向导向杆；9为导线槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述：

参见图1，本发明包括机体框架1，以及分别安装在机体框架1上的拧紧机构2、顶梁机构3和工作台升降模块4，拧紧机构2还连接有控制模块5；机体框架1由铝型材梁制成，包括通过合页安装于机体框架1的铝型材梁侧面的左防护门101、右防护门102和设置在机体框架1背面的后防护门103；机体框架1的底脚处安装有地脚轮104。拧紧机构2通过钢丝绳7和弹簧平衡器6安装于顶梁机构3的菱形梁架301上，拧紧机构2包括拧紧台顶梁217以及拧紧台底座212；菱形梁架301上设置有两个顶梁吊环螺栓302；缠绕于定滑轮216的钢丝绳7一端与弹簧平衡器6相连，另一端与一个顶梁吊环螺栓302相连，弹簧平衡器6悬挂于另一个顶梁吊环螺栓302上；拧紧台底座212通过若干Z向导向杆套筒214与拧紧台顶梁217固定连接，其中Z向为竖直方向；拧紧台顶梁217上设置有用于缠绕钢丝绳7的定滑轮216；

在拧紧台底座212的X方向上设置有两条相对的X向导轨208，且X向导轨208内设置有X向丝杠210，X向丝杠210的两端分别安装有X向丝杠滑块211，X向导轨208的两端分别设置有X向导轨滑块209；

在X向导轨滑块209的上方均设置有Y向定位座207，其中X向和Y向均与Z向垂直，且X向与Y向在同一平面上也相互垂直；在拧紧台底座212的Y方向上，且在两Y向定位座207之间设置有Y向导轨203，Y向导轨203内设置有Y向丝杠205，Y向丝杠205的两端设置有Y向丝杠滑块206，Y向导轨203的两端分别设置有Y向导轨滑块204；在Y向丝杠滑块206上还设置有拧紧轴夹紧机构202，拧紧轴201安装在拧紧轴夹紧机构202上；拧紧轴夹紧机构202与Y向导轨滑块204及Y向丝杠滑块206固结为一体；拧紧操作把手213安装在X向导轨两端的侧面。

顶梁机构3通过固定角铁310安装于机体框架1顶端；工作台升降模块4通过工作台支撑架410安装于机体框架1的底端。顶梁机构3包括设置在两组相对应的固定角铁310之间的两根X向柱形导轨308，两根X向柱形导轨308上分别套装有X向直线轴承309，在Y方向上，相对的两个X向直线轴承309之间设置有Y向柱形导轨305，其中X向和Y向均与Z向垂直，且X向与Y向在同一平面上也相互垂直；Y向柱形导轨305上套设有与菱形梁架301相连的Y向直线轴承306，所述菱形梁架301通过设置在其中部的绕Z转动部件304与Y向滑动梁架303相连，顶梁上的Y向滑动梁架303通过Y向直线轴承306和Y向柱形导轨305安装在X向滑动梁架307上，X向滑动梁架307通过X向柱形导轨308、X向直线轴承309以及固定角铁310部件安装于机体框架1顶端。

工作台升降模块4包括安装在工作台支撑座402上的工作台401，工作台支撑座402的内部安装有升降机构。升降机构包括旋转轴409，旋转轴409的一端通过深沟球轴承407旋转手轮408手轮相连；旋转轴409的另一端通过联轴器405与蜗轮蜗杆机构404相连；联轴器405内侧的旋转轴409上安装有轴承定位座406；蜗轮蜗杆机构404的上端设置有支撑圆盘403。

本发明的使用过程为：人工装夹好工件—选择与螺栓对应的拧紧套筒安装于拧紧轴—调节螺栓拧紧轴间距—开启总电源—编写控制程序—选择控制程序—拧紧组件下降至加工工位1—对准预拧紧螺栓—按启动开关—拧紧轴拧紧完毕自动停止—拧紧组件上升至安全工位2—提取拧紧过程数据并处理—关闭总电源—清理工作台—结束。本发明还通过编写拧紧轴控制程序，可以实现多种螺栓拧紧控制手段如扭矩法、转角法、屈服点控制法等实现拧紧，同时可以针对螺栓组连接，进行不同拧紧工艺对连接质量的影响研究，如同时拧紧、顺序拧紧、批次拧紧、保载时间等。并可实时测量采集拧紧过程中扭矩、转角、预紧力。

Claims

1.一种多轴螺栓拧紧试验台，包括机体框架（1），以及分别安装在机体框架（1）上的拧紧机构（2）、顶梁机构（3）和工作台升降模块（4），其特征在于：拧紧机构（2）通过钢丝绳（7）和弹簧平衡器（6）安装于顶梁机构（3）的菱形梁架（301）上；顶梁机构（3）通过固定角铁（310）安装于机体框架（1）顶端；工作台升降模块（4）通过工作台支撑架（410）安装于机体框架（1）的底端；所述拧紧机构（2）包括拧紧台顶梁（217）以及拧紧台底座（212）；拧紧台底座（212）通过若干Z向导向杆套筒（214）与拧紧台顶梁（217）固定连接，其中Z向为竖直方向；拧紧台顶梁（217）上设置有用于缠绕钢丝绳（7）的定滑轮（216）。

2.如权利要求1所述的一种多轴螺栓拧紧试验台，其特征在于：所述拧紧机构（2）还连接有控制模块（5）。

3.如权利要求1所述的一种多轴螺栓拧紧试验台，其特征在于：所述机体框架（1）由铝型材梁制成，包括设置在机框架（1）侧面的左防护门（101）、右防护门（102）和设置在机体框架（1）背面的后防护门（103）。

4.如权利要求3所述的一种多轴螺栓拧紧试验台，其特征在于：所述左防护门（101）、右防护门（102）以及后防护门（103）均通过合页安装于机体框架（1）的铝型材梁上。

5.如权利要求1、2、3或4所述的一种多轴螺栓拧紧试验台，其特征在于：所述机体框架（1）的底脚处安装有地脚轮（104）。

6.如权利要求1所述的一种多轴螺栓拧紧试验台，其特征在于：所述拧紧台底座（212）的X方向上设置有两条相对的X向导轨（208），且X向导轨（208）内设置有X向丝杠（210），X向丝杠（210）的两端分别安装有X向丝杠滑块（211），X向导轨（208）的两端分别设置有X向导轨滑块（209）；

在X向导轨滑块（209）的上方设置有Y向定位座（207），其中X向和Y向均与Z向垂直，且X向与Y向在同一平面上也相互垂直；在拧紧台底座（212）的Y方向上，且在两Y向定位座（207）之间设置有Y向导轨（203），Y向导轨（203）内设置有Y向丝杠（205），Y向丝杠（205）的两端设置有Y向丝杠滑块（206），Y向导轨（203）的两端分别设置有Y向导轨滑块（204）；在Y向丝杠滑块（206）上还设置有拧紧轴夹紧机构（202），拧紧轴（201）安装在拧紧轴夹紧机构（202）上；拧紧轴夹紧机构（202）与Y向导轨滑块（204）及Y向丝杠滑块（206）固结为一体；拧紧操作把手（213）安装在X向导轨两端的侧面。

7.如权利要求1所述的一种多轴螺栓拧紧试验台，其特征在于：所述顶梁机构（3）包括设置在两组相对应的固定角铁（310）之间的两根X向柱形导轨（308），两根X向柱形导轨（308）上分别套装有X向直线轴承（309），在Y方向上，相对的两个X向直线轴承（309）之间设置有Y向柱形导轨（305），其中X向和Y向均与Z向垂直，且X向与Y向在同一平面上也相互垂直；Y向柱形导轨（305）上套设有与菱形梁架（301）相连的Y向直线轴承（306），所述菱形梁架（301）通过设置在其中部的绕Z转动部件（304）与Y向滑动梁架（303）相连，顶梁上的Y向滑动梁架（303）通过Y向直线轴承（306）和Y向柱形导轨（305）安装在X向滑动梁架（307）上，X向滑动梁架（307）通过X向柱形导轨（308）、X向直线轴承（309）以及固定角铁（310）部件安装于机体框架（1）顶端。

8.如权利要求7所述的一种多轴螺栓拧紧试验台，其特征在于：所述菱形梁架（301）上设置有两个顶梁吊环螺栓（302）；缠绕于定滑轮（216）的钢丝绳（7）一端与弹簧平衡器（6）相连，另一端与一个顶梁吊环螺栓（302）相连，弹簧平衡器（6）悬挂于另一个顶梁吊环螺栓（302）上。

9.如权利要求1所述的一种多轴螺栓拧紧试验台，其特征在于：所述工作台升降模块（4）包括安装在工作台支撑座（402）上的工作台（401），工作台支撑座（402）的内部安装有升降机构。

10.如权利要求9所述的一种多轴螺栓拧紧试验台，其特征在于：所述升降机构包括旋转轴（409），旋转轴（409）的一端通过深沟球轴承（407）与旋转手轮（408）手轮相连；旋转轴（409）的另一端通过联轴器（405）与蜗轮蜗杆机构（404）相连；联轴器（405）内侧的旋转轴（409）上安装有轴承定位座（406）；蜗轮蜗杆机构（404）的上端设置有支撑圆盘（403）。