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可讀式扭矩扳手的設計原理是什么?
時間: 2019-09-17 19:53 瀏覽次數:
一、可讀式扭矩扳手的原理設計 扭矩扳手亦稱力矩扳手、測力扳手、公斤扳手??是一種可以接工藝要求預設限定或指示、測量擰緊螺紋聯接組件扭矩值的手動扳手,也是一種扭矩計量

一、可讀式扭矩扳手的原理設計
扭矩扳手亦稱力矩扳手、測力扳手、公斤扳手??是一種可以接工藝要求預設限定或指示、測量擰緊螺紋聯接組件扭矩值的手動扳手,也是一種扭矩計量工具。扭矩扳手可分為三大類:定值式扭矩扳手、指示表式扭矩扳手和電子數顯扭矩扳手。定值式扭矩扳手又分為預置式和可調式扭矩扳手,此類扭矩扳手的功能簡單,精度較低,精度一般為±4%,但價格較便宜。這類扭矩扳手是裝配作業中較早使用的產品,因為生產技術容易掌握,制造生產的廠商也很多。指示表式扭矩扳手精度一般在±3%,它主要解決了定值式扭矩扳手沒有的扭矩測量功能,并提高了測量精度。
 
電子數顯扭矩扳手國際上出現于20世紀90年代初,它很好地解決了以上兩類扭矩扳手功能簡單、使用精度低的明顯不足。由于電子數顯扭矩扳手的高精度、多功能和具有與計算機傳輸數據的功能,使得電子數顯扭矩扳手充分滿足了現代工業發展的需求,很好地解決了機械式扭矩扳手在緊固件擰緊控制中不能解決的問題。現在的國內外廠商是采用應變測量原理生產的電子數顯扭矩扳手都存在耗電量大和力臂長度改變嚴重影響測量精度的兩大問題,這樣就給使用中帶來了很多的不便。國內曾經研制的數字式扭矩扳手,其結構是在扳手頭部安裝扭矩傳感器,優點是扭矩測量精度不受力臂長度變化的影響,缺點是扳手頭部較為笨重,很難安裝棘輪裝置,不能變換頭部結構。
 
電容式電子數顯扭矩扳手具有高精度的扭矩測量、最大扭矩保持、定值限力報警和數據輸出等多功能特點,為產品裝配作業中緊固件裝配質量的過程控制提供了更好的工具。
 
指針式扭矩扳手除內裝扭矩產生及控制機構外,還裝有一只外露扭矩表,能隨時指示出施加的扭矩值。它也可作扭矩值的校準工具,通過扭矩表直接指示并讀出所施加的扭矩值。這種扭矩扳手結構較復雜,價格相對較高。還有一種精度較低的簡易型指示式扭矩扳手,與一般死扳手外形接近,裝有一塊外露的圓弧形刻度盤及一個指針,可以指示出扳手擰緊螺紋時在一定范圍內的扭矩值,多用于汽車修理行業,但不推薦在模具行業使用。
 
測扭矩扳手原理是作用在手柄上的力通過應力環傳到扳軸,應力環在徑向壓力的作用下發生彈性變形,用百分表測出其變形量。在百分表的尾柄上套有塑料管。在扳手外殼上裝有阻尼套,阻尼塊在彈簧力作用下壓緊在尾柄上,對百分表造成阻尼,即當外力消失后,應力環恢復原形,但表針卻由于阻尼而停止不動,可供觀察記錄。當提起把手時,百分表尾柄上的阻尼力消失,表針回到原位,便可再次進行測量和記錄。該扳手測量精度高,但結構較復雜。
 
綜合以上因素,本文選定用指針式扭矩扳手設計,主要利用了扭力軸和杠桿、齒輪副放大的原理,即扭力軸受力時發生彈性形變,且變形量與扭矩成正比,則放大元件將變形量放大并傳遞給顯示件,指針表盤可以隨時顯示扭矩的大小,以便操作人員有目的控制預緊力的大小。

 
二、可讀式扭矩扳手的系統組成及工作原理


該扭矩扳手的系統可分為扭矩傳感器、放大元件、顯示器件等幾部分,如圖1所示,扭矩傳感器即是扭力軸,受力時發生彈性形變,變形量與扭矩成正比;放大元件由放大杠桿、扇形齒輪、小齒輪等組成,將變形量放大并傳遞給顯示器件;顯示器件主要是指針表盤,可顯示扭矩值的大小。
 
當在手柄上施加一個載荷時,由于扭力軸固定在被測工件上,所以扭力軸產生一個角扭轉變形,從而帶動放大杠桿上的撥動銷撥動滑槽,帶動扇形齒輪沿軸心轉動,扇形齒輪帶動小齒輪轉動,則小齒輪軸上的指針也隨之轉動,這樣便可以在面板上讀出扭矩值。如果要進行第二次測量,測量前首先調整外殼,帶動讀數面板,指針對準讀數面板上的零位。
1手柄桿長度l的確定


由題目要求得要測得的最大扭矩為100 ,由式得
Fl=100 
F為人手臂的拉力,由【機械手冊】可得成年男子最大手臂拉力為703N,成年女子最大手臂拉力為386N,長時間用最大拉力手臂會發酸,綜合各種因素,應取最大拉力一半為宜,193N。
要設計的扳手量程為100 ,則手柄桿有效長度為506mm,而手柄桿的實際長度再加上手掌握時手掌寬的一半約為550mm。
 
 
三、可讀式扭矩扳手的扭力軸設計
扭力軸是扭矩扳手的關鍵元件,對扭矩扳手的精度,線性有較大影響,因此要求扭力軸有較高的強度、彈性、屈服點及疲勞極限。
 
1 扭力軸設計原理

 為了保證扳手工作可靠,需要扭力軸具有適合的強度和剛度,根據材料力學理論,實心扭力軸可按下式計算:




2扭力軸直徑d的計算


3 計算扭力軸工作長度


4 空心扭力軸計算


取整數 L=45mm

以上兩種扭轉軸相比較而言,空心軸更為節省材料,但加工比實心軸復雜,所計算的扭力軸直徑較小,因此直接選用實心扭力軸。

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