[发明专利]用于拧紧紧固件的动力工具与方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及一种用于拧紧紧固件的动力工具，以及涉及一种拧紧紧固件的方法。

背景技术

例如在不同的装配过程中，紧固件被用于形成结合部，其中可以利用动力工具来拧紧这些紧固件。通常，希望提高拧紧紧固件的速度和准确度。另一个重要方面在于改善动力工具操作期间的人体工程学性能。

以前，通常将紧固件拧紧至预定的扭矩，而不会考虑拧紧的过程中所使用的能量。为了提高拧紧准确度，在平缓后的最终拧紧步骤期间必须降低速度。因此，施加于操作者的反作用力会相对较高。

为了缓解这个问题，WO 2009/011633 A1公开了一种用于动力工具的调节器，其中将结合部的紧固件拧紧至预定的目标扭矩。该调节器布置为计算达到预定的目标扭矩所需的能量的大小。因此在拧紧期间可以利用较高速度，从而降低施加于工具的操作者的反作用力。

然而，在紧固件的拧紧期间，不同的结合部之间的摩擦可能存在变化，这会影响拧紧结合部所需的扭矩。因此，当基于目标扭矩来控制拧紧时，由于这些摩擦变化，会导致夹紧力的变化。

除此之外，当利用较高的旋转速度来提供有利于满足人体工程学性能的紧固件的拧紧所需的旋转能量时，在结合部的旋转部件与静止部件之间的交界处会产生热量。为此，交界处的摩擦系数会受到影响。因此，当控制扭矩以达到预定的目标扭矩时，结合于这种摩擦的变化，取决于结合部的几何因素的最终角度也可能发生变化。从而，所产生的夹紧力(该夹紧力是结合部非常重要的品质因素)会基于这些因素而改变。

例如，可以通过降低拧紧期间的旋转速度来减小交界处的摩擦变化，但是由于这降低了拧紧速度并且可能导致操作者承受更大的反作用力，因此是不利的。

发明内容

本发明的目标在于：提供一种快速且有利于满足人体工程学性能的紧固件的拧紧，同时降低摩擦对夹紧力的作用并且维持夹紧力的较高准确度。

因此，本发明涉及一种用于拧紧紧固件的动力工具，该动力工具包括用于测量紧固件的旋转角度(α)的角度测量装置和用于测量在拧紧期间传递至紧固件的扭矩(T)的扭矩测量装置。电机连接至动力工具的可旋转部分，用于驱动紧固件的拧紧。所述工具进一步包括或者连接至用于计算完成从所测量的旋转角度至预定的目标角度的紧固件拧紧所需的拧紧能量(E_t)的装置。基于测量的旋转角度(α)、目标角度以及结合部的刚度(k)来计算所述拧紧能量。调节器连接至电机以调节电机的旋转速度(ω)，从而在动力工具的可旋转部分提供旋转惯量形式的旋转能量(E_r)，来满足所需的拧紧能量(E_t)。

从而，能够实现紧固件的快速且有利于满足人体工程学性能的拧紧，同时降低摩擦对夹紧力的作用并且由此维持较高的准确度。在拧紧期间的较长时间段内，可以利用较高的拧紧速度，并且可以平缓地保持较高的拧紧速度。

结合部的刚度(k)可以限定为紧固件的每旋转角度的扭矩变化率，k＝ΔT/Δα。

所述调节器可以布置为在拧紧期间连续地或间歇地调节电机的速度(ω)。

从而，在拧紧期间，旋转速度的调节可以动态地更新，以考虑例如线性性能方面的变化和偏差。

连接至电机以调节电机的旋转速度(ω)的调节器可以是串联调节器，例如，所述串联调节器包括用于调节速度的速度调节器，所述速度调节器连接至电流调节器，所述电流调节器用于调节用于电机的驱动电流，以便控制旋转速度。

完成紧固件的拧紧所需的拧紧能量(E_t)可以估算为：

E_t＝k(α_t²-α²)/2，

其中，k为扭矩变化率(结合部的刚度)，α_t为目标角度，α为实际测量角度。

从而，利用线性逼近来计算所需的拧紧能量。

连接至电机的工具的旋转部分中的旋转能量(E_r)可以描述为：

E_r＝Jω²/2，

其中，ω为旋转速度，J为动力工具中的旋转部分的转动惯量。

提供动力工具的可旋转部分中采用旋转惯量形式的旋转能量(E_r)以满足所需的拧紧能量(E_t)所需要的旋转速度(ω)可以计算为：

ω＝SQRT(k(α_t²-α²)/J)，