CN113324698B - 便携式扭矩扳手在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式扭矩扳手在线检测装置，包括箱体以及扭矩扳手检测装置；所述扭矩扳手检测装置包括固定外套以及旋转内套筒组件，旋转内套筒组件的内部设置有弹性组件，旋转内套筒组件的顶端螺纹配装有旋转升降组件；所述弹性组件的下方设置有升降加载机构，升降加载机构的内部设置有扭矩传感器，旋转内套筒组件和升降加载机构的内部上下滑动配装有扭矩传递组件。本发明将扭矩传感器设置在升降加载机构的内部，并通过扭矩传递组件将旋转升降组件的扭矩传递至扭矩传感器，并且扭矩传感器传扭不传力，升降加载机构在对弹性组件进行加载时不会对扭矩传感器产生影响，因此在扭矩检测时无需对扭矩传感器进行安装、拆卸，检测十分方便。

Description

便携式扭矩扳手在线检测装置

技术领域

本发明涉及扭矩扳手检测装置技术领域，更具体涉及一种便携式扭矩扳手在线检测装置。

背景技术

扭矩扳手广泛用于装配和维修机械工程中操作紧固或松开的螺纹紧固件，如螺栓、螺母连接。对于高精密机械，螺纹紧固件必须根据扭矩预设水平下规定的操作流程拧紧或松动。不当的手动操作转矩可能无意中会造成螺纹紧固件或螺纹孔的损伤或破坏，并且因此可能导致对机器功能和操作精度的损坏。扭矩扳手在长期频繁使用过程中，预设扭矩值可能会出现变化，需要通过扭矩扳手检测装置定期对扭矩扳手进行检验校准。

授权公开号为CN105716773B的中国发明专利公开了一种螺栓模拟器结构，包括底座和传动螺栓，底座中设有竖直的内孔，内孔中设有可相对滑动的活塞，活塞与内孔之间形成密封的油压腔，所述的传动螺栓作用于活塞上端带动活塞轴向移动，所述的底座上设有与油压腔连通的油道，油道连接有反力装置，反力装置对油压腔提供反向作用力。扭矩扳子套筒与模拟器的传动螺栓连接。该专利虽然能够实现对扭力扳手的扭矩检测，但是，在进行扭矩检测时，需要将扭矩传感器连接至扭矩扳子的扭矩板子套筒上，若扭矩传感器连接不牢固，将影响检测精度，并且在每次扭矩检测时均需要进行一次扭矩传感器的安装、拆卸，费时费力；此外，螺栓模拟器及扭矩传感器暴露在大气中，外界粉尘容易沉积到螺栓模拟器及扭矩传感器表面。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种便携式扭矩扳手在线检测装置，以解决每次扭矩检测时均需要进行一次扭矩传感器的安装、拆卸，而费时费力的问题，以在扭矩检测时无需对扭矩传感器进行安装、拆卸，提高检测精度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

便携式扭矩扳手在线检测装置，包括箱体以及设置在箱体内部且顶端伸出箱体的扭矩扳手检测装置；所述扭矩扳手检测装置包括定位设置在箱体上的固定外套以及转动设置在固定外套内部的旋转内套筒组件，旋转内套筒组件的内部设置有弹性组件，旋转内套筒组件的顶端螺纹配装有与扭矩扳手相配装、用于在转动时能够挤压弹性组件的旋转升降组件；所述弹性组件的下方设置有能够进行升降并对弹性组件预加载荷的升降加载机构，升降加载机构的内部设置有扭矩传感器，旋转内套筒组件和升降加载机构的内部上下滑动配装有用于将旋转升降组件的扭矩传递至扭矩传感器的扭矩传递组件；所述箱体的底端设置有若干万向轮。

进一步优化技术方案，所述旋转内套筒组件包括依次转动设置在固定外套内部且之间固定连接的螺旋套筒和碟簧套筒，螺旋套筒和碟簧套筒的内部连通设置，螺旋套筒的内侧壁上开设有内螺纹。

进一步优化技术方案，所述旋转升降组件包括螺纹配装设置在螺旋套筒内部的旋转螺栓。

进一步优化技术方案，所述弹性组件为设置在碟簧套筒内部的碟簧组。

进一步优化技术方案，所述扭矩传递组件包括设置在弹性组件与扭矩传感器之间的顶杆；所述顶杆包括上下滑动配装设置在碟簧套筒内部并与弹性组件相接触的顶杆大头以及一体连接设置在顶杆大头下方且底端与扭矩传感器具有一定间距的顶杆小头，顶杆小头的底端开设有方孔，扭矩传感器的顶端设置有设置在方孔内部的方轴。

进一步优化技术方案，所述顶杆大头的外侧壁上竖向设置有若干导向键，碟簧套筒的内侧壁上竖向开设有分别与导向键相配装的若干导向槽。

进一步优化技术方案，所述升降加载机构包括顶端与顶杆大头相接触的传力套、固定设置在传力套底端的顶盘以及活塞杆端与顶盘底端相固定的液压缸，顶杆小头滑动配装设置在传力套的内部，扭矩传感器通过与顶盘相固定的传感器固定座设置在传力套的内部。

进一步优化技术方案，所述传力套和顶盘的***套设有导向套，传力套和顶盘滑动配装设置在导向套的内部，导向套固定设置在与箱体相固定的定位支架上。

进一步优化技术方案，所述螺旋套筒和碟簧套筒分别通过嵌装设置在固定外套内部的轴承转动设置在固定外套内。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

1、滚动代替固定，实现高精度测量：通过角接触球轴承的设置，保证了旋转升降组件与固定外套之间存在旋转自由度，实现了螺栓扭矩的动态测量，避免了测量结果受到较大滑动摩擦的影响，使得测量精度更高。

2、动静结合实现异相测量：旋转螺栓可旋转720°，相位必须动态变化，扭矩传感器静态高精度测量，相位不能变化；通过双导向键的设置，实现上下两部分加载与测量的分离。

3、扭矩传感器传扭不传力：双导向键以及顶柱上方孔的设置，保证了扭矩传感器的轴线移动自由度，使得扭矩传感器在准确测量扭矩的同时，不受轴向力的影响，实现高精度测量的同时，避免了轴向加载对扭矩传感器的影响。

4、圆周均匀加载，保证刚度及平衡性：采用传力套传递液压缸的推力至碟簧组，刚度好、平衡性高；扭矩传感器设置在传力套内部，避免外力的干涉损坏。

5、多规格蝶簧组合，保证多量程匹配：采用三种以上规格的蝶簧组成蝶簧组，通过调节液压缸的推力来调节蝶簧组的负荷，以实现不同量程的要求。

本发明将扭矩传感器设置在升降加载机构的内部，并通过扭矩传递组件将旋转升降组件的扭矩传递至扭矩传感器，并且扭矩传感器传扭不传力，升降加载机构在对弹性组件进行加载时不会对扭矩传感器产生影响，因此在扭矩检测时无需对扭矩传感器进行安装、拆卸，检测十分方便，大大地提高了检测精度。

本发明升降加载机构对弹性组件的加载十分方便，仅需通过液压缸的活塞杆伸长作用即可实现，并且能够调节弹性组件的负荷，以实现不同量程的要求。

本发明顶杆大头上下滑动配装设置在碟簧套筒内部，并与弹性组件相接触。顶杆小头一体连接设置在顶杆大头下方，且底端与扭矩传感器具有一定间距。顶杆小头的底端开设有方孔，扭矩传感器的顶端设置有方轴，方轴设置在方孔内部，顶杆和扭矩传感器通过方孔和方轴配合，保证两者相位相同的同时，又可以实现轴向相对微位移。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明箱体的结构示意图；

图3为本发明的内部结构示意图；

图4为本发明扭矩扳手检测装置的结构示意图；

图5为本发明图4的主视图；

图6为本发明扭矩扳手检测装置去除定位支架时的结构示意图；

图7为本发明图6的剖开图；

图8为本发明图6的俯视图；

图9为本发明图8中A-A向剖视图；

图10为本发明图8中B-B向剖视图

图11为本发明的部分分解图；

图12为本发明传感器固定座和顶盘上设置第二导向槽的位置结构图。

其中：1、固定外套，2、旋转升降组件，21、旋转螺栓，22、定位槽，3、弹性组件，31、碟簧组，4、升降加载机构，41、液压缸，42、顶盘，421、第二导向槽，43、传力套，44、长条观察孔，5、扭矩传递组件，51、顶杆，511、顶杆小头，512、顶杆大头，52、导向键，53、导向槽，54、方孔，55、方轴，6、旋转内套筒组件，61、螺旋套筒，62、碟簧套筒，7、扭矩传感器，71、传感器固定座，8、轴承，81、第一角接触轴承，82、第二角接触轴承，9、端盖，91、吊耳，10、导向套，101、导向筒体，102、法兰盘，103、导向柱，11、定位支架，111、支架横板，112、支架竖板，113、加强板，12、箱体，121、圆孔，122、可打开箱门，123、通风孔，124、万向轮。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

便携式扭矩扳手在线检测装置，结合图1至图12所示，包括箱体12以及扭矩扳手检测装置，扭矩扳手检测装置设置在箱体12内部，且顶端伸出箱体12。箱体12的底端设置有若干万向轮124，设置的万向轮124能够是的装置整体移动十分方便。

箱体12上设置有可打开箱门122，可打开箱门122打开时，能够将矩扳手检测装置整体取出。可打开箱门122上设置有把手，便于人手操作。箱体12的顶板上开设有圆孔121，使得部分扭矩扳手检测装置伸出箱体12。箱体12的侧壁上开设有若干通风孔123，使得箱体能够进行通风。

扭矩扳手检测装置包括固定外套1、旋转内套筒组件6、弹性组件3、旋转升降组件2、升降加载机构4、扭矩传感器7和扭矩传递组件5。

固定外套1通过螺钉定位设置在箱体的工作台上，固定外套1的顶端设置有法兰盘，固定外套1的内部设置为阶梯孔状。

旋转内套筒组件6转动设置在固定外套1内部，旋转内套筒组件6的内部设置有弹性组件3，旋转内套筒组件6的顶端螺纹配装有旋转升降组件2。旋转升降组件2与扭矩扳手相配装，用于在转动时能够挤压弹性组件3。在转动旋转升降组件2时，旋转内套筒组件6能够发生微小转动。

旋转内套筒组件6包括依次转动设置在固定外套1内部的螺旋套筒61和碟簧套筒62，螺旋套筒61的底端面和碟簧套筒62的顶端面之间采用螺钉固定连接，螺旋套筒61和碟簧套筒62的内部连通设置，螺旋套筒61的内侧壁上开设有内螺纹。

螺旋套筒61和碟簧套筒62分别通过嵌装设置在固定外套1内部的轴承8转动设置在固定外套1内。螺旋套筒61通过第一角接触轴承81转动设置在固定外套1内，碟簧套筒62通过第二角接触轴承82转动设置在固定外套1内。本发明中设置的第一角接触轴承81和第二角接触轴承82与螺旋套筒61和碟簧套筒62的外圆柱面配合，保证了旋转内套筒组件6有可以绕固定外套1中心线相对旋转的自由度，保证固定外套和旋转内套筒组件之间的摩擦为滚动摩擦，并且本发明中的旋转内套筒组件6能够将旋转螺栓21与螺旋套筒61之间的摩擦力矩传递给顶杆51。

旋转升降组件2包括螺纹配装设置在螺旋套筒61内部的旋转螺栓21，旋转螺栓21的外表面上开设有外螺纹，旋转螺栓21与螺旋套筒61内侧的螺纹配合组成螺旋副。旋转螺栓21为左旋螺钉或右旋螺钉。旋转螺栓21的顶端伸出箱体12，旋转螺栓21的顶端面上开设有定位槽22，定位槽22用于对扭矩扳手端部进行定位。

弹性组件3为设置在碟簧套筒62内部的碟簧组31，碟簧组31能够在旋转螺栓21的挤压下发生形变。当旋转螺栓21轴向向下移动时，会挤压碟簧组，碟簧组会产生反作用力。

弹性组件3的下方设置有能够进行升降并对弹性组件3预加载荷的升降加载机构4，升降加载机构4能够对弹性组件3预加不同的载荷，进而能够调节弹性组件3的负荷，以实现不同量程的要求。

根据设计要求，旋转螺栓21需要旋转720°，即两圈，要达到所需的摩擦力矩。同时，可通过液压缸预加载荷，减小旋转螺栓21轴向位移。那么就要求旋转螺栓21旋转的同时，将扭矩传递给扭矩传感器。因此，本发明在升降加载机构4的内部设置有扭矩传感器7，旋转内套筒组件6和升降加载机构4的内部上下滑动配装有扭矩传递组件5，扭矩传递组件5用于将旋转升降组件2的扭矩传递至扭矩传感器7。

扭矩传递组件5包括设置在弹性组件3与扭矩传感器7之间的顶杆51。顶杆51包括顶杆大头512以及顶杆小头511。顶杆大头512上下滑动配装设置在碟簧套筒62内部，并与弹性组件3相接触。顶杆小头511一体连接设置在顶杆大头512下方，且底端与扭矩传感器7具有一定间距。顶杆小头511的底端开设有方孔54，扭矩传感器7的顶端设置有方轴55，方轴55设置在方孔54内部，顶杆51和扭矩传感器7通过方孔和方轴配合，保证两者相位相同的同时，又可以实现轴向相对微位移。

顶杆大头512的外侧壁上竖向设置有若干导向键52，碟簧套筒62的内侧壁上竖向开设有分别与导向键52相配装的若干导向槽53，导向键52与导向槽53配合组成滑动副。

升降加载机构4包括传力套43、顶盘42以及液压缸41。

传力套43设置为内径由上至下依次减小的锥筒状，传力套43的底端一体设置有传力套法兰盘，传力套法兰盘安装在顶盘42上，传力套43的顶端与顶杆大头512的底端面相接触，因此，当液压缸的活塞杆伸长时，传力套43将液压缸的推力传递给顶柱51，能够有效避免扭矩传感器7受轴向力。

传力套43的侧壁上开设有长条观察孔44，便于观察扭矩传感器7的显示数值，长条观察孔44处还可设置透明玻璃，以起到防尘作用。

顶盘42固定设置在传力套43底端，与传力套43之间采用螺钉固定。

液压缸41的活塞杆端与顶盘42底端相固定，顶杆小头511滑动配装设置在传力套43的内部，扭矩传感器7通过与顶盘42相固定的传感器固定座71设置在传力套43的内部。传感器固定座71上开设有矩形通孔，扭矩传感器7的底端固定设置有伸入到矩形通孔内部的连接头，传感器固定座71和连接头的侧壁上分别开设有连接孔，传感器固定座71和扭矩传感器7之间通过穿过连接孔的螺钉进行固定。扭矩传感器7的底端面与传感器固定座71的顶端面之间具有一定的间距。

传力套43和顶盘42的***套设有导向套10，传力套43和顶盘42滑动配装设置在导向套10的内部，导向套10固定设置在与箱体12相固定的定位支架11上。导向套10包括一体连接的导向筒体101和法兰盘102。导向套10的内侧壁上设置有竖向设置有导向柱103，传感器固定座71和顶盘42的侧壁上开设有与导向柱103相配装的第二导向槽421。

定位支架11包括支架横板111、支架竖板112、加强板113。支架竖板112设置有两个，用于对支架横板111进行支撑，两支架竖板112的左右两侧分别设置有加强板113。

固定外套1的顶端固定安装有端盖9，用以限制角接触球轴承的轴向位移。端盖9的顶端固定设置有一对吊耳91。

本发明采用1600次/秒以上采样频率的高速扭矩测量仪表，高测量频率动态扭矩传感器以1600次/秒的测量仪表为例，假如气动扭矩扳手的转速是60转/分钟，按照力值从10%达到100%旋转角度是27︒，用时0.075秒，那么扭矩测量仪表在0.075秒内采集了120次数据，理论上每采集1次数据力值变化了标称值的0.75%。采集频率越高，扭矩扳手的转速越慢，则测量的数据越精确。

本发明液压缸41预先施加一定压力，将碟簧组压缩一定行程。假设检测200N·M扭矩扳手，硬连接情况下，在固定螺栓牙距下螺栓旋转27°，下压位移量是固定的值X0，而选择的碟簧组，受力产生的形变，与力值大小成线性关系，在这两基础上，可预先将碟簧压缩到位移值X1，然后扭力扳手施加负载到200N·M，将碟簧压缩到位移值X2，此时扭矩值施加的力与碟簧的力平衡，X1+X0=X2。

本发明在对扭矩扳手进行检测的过程如下。

S1、通过升降加载机构4预先给碟簧组31加载。液压缸41的活塞杆伸长，对顶盘42和传力套43产生推力，因传力套43的顶端直接与顶杆大头512的底端相接触，并且扭矩传感器7的底端面与传感器固定座71的顶端面之间具有一定的间距，所以，传力套43直接将液压缸的推力传递至顶杆大头512上，再由顶杆大头512将推力传递至碟簧组31，对碟簧组31进行挤压。在此过程中，液压缸的推力不会传递至扭矩传感器7，对扭矩传感器7起到一定的保护作用。

S2、转动旋转螺栓21，使其旋转720°以上，即两圈以上，旋转螺栓21对碟簧组31再次进行挤压，旋转螺栓21与螺旋套筒61之间产生摩擦，碟簧套筒62与顶杆51之间通过导向键52连接，因此，旋转内套筒组件6能够将旋转螺栓21与螺旋套筒61之间的摩擦力矩传递给顶杆51，顶杆51再将摩擦力矩传递至扭矩传感器7，由扭矩传感器7对扭矩进行测量。

Claims (8)

1.便携式扭矩扳手在线检测装置，其特征在于：包括箱体（12）以及设置在箱体（12）内部且顶端伸出箱体（12）的扭矩扳手检测装置；所述扭矩扳手检测装置包括定位设置在箱体（12）上的固定外套（1）以及转动设置在固定外套（1）内部的旋转内套筒组件（6），旋转内套筒组件（6）的内部设置有弹性组件（3），旋转内套筒组件（6）的顶端螺纹配装有与扭矩扳手相配装、用于在转动时能够挤压弹性组件（3）的旋转升降组件（2）；所述弹性组件（3）的下方设置有能够进行升降并对弹性组件（3）预加载荷的升降加载机构（4），升降加载机构（4）的内部设置有扭矩传感器（7），旋转内套筒组件（6）和升降加载机构（4）的内部上下滑动配装有用于将旋转升降组件（2）的扭矩传递至扭矩传感器（7）的扭矩传递组件（5）；所述箱体（12）的底端设置有若干万向轮（124）；

所述旋转内套筒组件（6）包括依次转动设置在固定外套（1）内部且之间固定连接的螺旋套筒（61）和碟簧套筒（62），螺旋套筒（61）和碟簧套筒（62）的内部连通设置，螺旋套筒（61）的内侧壁上开设有内螺纹。

2.根据权利要求1所述的便携式扭矩扳手在线检测装置，其特征在于：所述旋转升降组件（2）包括螺纹配装设置在螺旋套筒（61）内部的旋转螺栓（21）。

3.根据权利要求1所述的便携式扭矩扳手在线检测装置，其特征在于：所述弹性组件（3）为设置在碟簧套筒（62）内部的碟簧组（31）。

4.根据权利要求1所述的便携式扭矩扳手在线检测装置，其特征在于：所述扭矩传递组件（5）包括设置在弹性组件（3）与扭矩传感器（7）之间的顶杆（51）；所述顶杆（51）包括上下滑动配装设置在碟簧套筒（62）内部并与弹性组件（3）相接触的顶杆大头（512）以及一体连接设置在顶杆大头（512）下方且底端与扭矩传感器（7）具有一定间距的顶杆小头（511），顶杆小头（511）的底端开设有方孔（54），扭矩传感器（7）的顶端设置有设置在方孔（54）内部的方轴（55）。

5.根据权利要求4所述的便携式扭矩扳手在线检测装置，其特征在于：所述顶杆大头（512）的外侧壁上竖向设置有若干导向键（52），碟簧套筒（62）的内侧壁上竖向开设有分别与导向键（52）相配装的若干导向槽（53）。

6.根据权利要求4所述的便携式扭矩扳手在线检测装置，其特征在于：所述升降加载机构（4）包括顶端与顶杆大头（512）相接触的传力套（43）、固定设置在传力套（43）底端的顶盘（42）以及活塞杆端与顶盘（42）底端相固定的液压缸（41），顶杆小头（511）滑动配装设置在传力套（43）的内部，扭矩传感器（7）通过与顶盘（42）相固定的传感器固定座（71）设置在传力套（43）的内部。

7.根据权利要求6所述的便携式扭矩扳手在线检测装置，其特征在于：所述传力套（43）和顶盘（42）的***套设有导向套（10），传力套（43）和顶盘（42）滑动配装设置在导向套（10）的内部，导向套（10）固定设置在与箱体（12）相固定的定位支架（11）上。

8.根据权利要求1所述的便携式扭矩扳手在线检测装置，其特征在于：所述螺旋套筒（61）和碟簧套筒（62）分别通过嵌装设置在固定外套（1）内部的轴承（8）转动设置在固定外套（1）内。

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