[发明专利]拧螺帽装置的张力控制方法

说明书

本发明涉及一种拧紧带螺纹的紧固件的张力控制方法。

以前，用作紧固螺丝的控制方法有多种多样，如扭矩法，角度法，及屈服点法。稳定地控制紧固件的螺栓张力对紧固螺丝本质上很重要。换句话说，螺栓以固定的紧固力即固定的螺栓张力将被紧固件拧紧是必要的。然而在螺丝紧固时因为在螺栓头部承载表面及被紧固的部件之间及在紧固件的紧固扭矩及螺栓张力之间存在有摩擦力，故很难稳定地建立螺栓张力及紧固扭矩之间所需的关系。换句话说即使螺丝的紧固在固定的紧固扭矩下停下来，也不能得到固定的螺栓张力。在螺栓杆上装上探测螺栓的延伸量的量器就可精确地测出螺栓张力。此法用于试验是足够的，但用于大量生产时则由于成本高，几乎是不可能的。近年来，人们曾提出一种方法即在与螺栓头部紧密接触处装上高频声波发生器，将声波发射到带螺纹部分的头部，测量反射波的频率并计算在紧固后由于螺栓伸长而产生的螺栓张力。人们提出的另一种方法是在紧固时用磁的方法测出螺栓头的变形，并从测出的变形来计算螺栓张力。这些方法中的每一种方法都是将螺栓本身的位移转换为螺栓张力，要求对螺栓的变形探测部分进行精密加工或者为了探测螺栓的变形，要求拧螺帽装置中加装复杂的传感器，因而迄今未能实际使用。

本发明的目的是提供一种拧紧带螺纹的紧固件的张力控制方法，不采用这一复杂的传感器就能很容易地测出螺栓张力并保证用预定的螺栓张力将螺丝紧固。

本发明的拧紧带螺纹的紧固件的张力控制方法的完成是利用：装有电动机、与电动机相连的传动装置、与电动机相连的角编码器、与传动装置耦合并用来测出传动装置的输出扭矩的扭矩传感器、接受和保持带螺纹的紧固件如螺栓或螺丝等的螺栓套筒、及将螺栓套筒与扭矩传感器相连的驱动轴的拧螺帽装置;及与拧螺帽装置相连工作的控制器，它用来对有关与螺栓套筒相耦合的受控制的带螺纹的紧固件的扭矩及旋转角的现有数据及输入数据进行算术处理并用来控制拧螺帽装置使电动机启动、停止及反转。根据本发明，贮存扭矩传感器在固定的第一旋转角θ的中间位置上的紧固扭矩Tf，该位置被包括在从被控制的带螺纹的紧固件就位在被拧紧的物体上的位置到带螺纹的紧固件的最终紧固位置的中间范围内。将拧螺帽装置的电动机停在比第一旋转角大一个固定值α的第二旋转角（θ+α）的位置上。在第二旋转角（θ+α）上使拧螺帽装置的电动机反转。贮存在第一旋转角θ位置上的电动机的反转动态扭矩Tr。利用在第一旋转角θ位置上的测出的紧固动态扭矩Tf及测出的反转动态扭矩Tr之差计算测出的紧固动态扭矩Tf与加到带螺纹的紧固件上的螺栓张力F之比值。电动机停在测出的紧固动态扭矩Ts处，其值可用计算出的比值乘以预先输入的目标螺栓张力的目标值Fs得到，使带螺纹的紧固件紧固在固定的螺栓张力上。

以下参照附图对本发明作详细描述，其中：

图1A及1B为一透视图及一说明加到有螺纹的部位上的力的矢量图;

图2为图示带螺纹的紧固件的紧固状态的纵向剖面图;

图3为特性曲线图，用来图示包括紧固动态扭矩Tf及反转动态扭矩Tr在内的扭矩曲线;

图4为旋转角对扭矩的特性曲线图，用来说明本发明的原理;

图5为说明本发明一实施例的方块图;及

图6为说明图5所示的实施例的工作情况的流程图。

在带螺纹部位的各力的相互关系如图1A及1B所示。为了清晰，图1A所示为方螺纹，但发明的原理同样可适用于普通的三角形螺纹。在图1A及1B中参考字母F表示螺栓张力，U₁为切向力，β为带螺纹的紧固件的导角，R₁为螺纹的有效半径及μ₁为摩擦系数。

在图1A及1B中力的平衡可从下列公式中获得：

U₁cosβ-Fsinβ＝μ₁·（U₁sinβ+Fcosβ）

故〈＆＆〉……（1）

在带螺纹的紧固件紧固时，因为摩擦系数μ₁一般在0.2到0.05范围内及tanβ的值一般在0.06到0.03范围内，在（1）式的分母中μ₁tanβ值极小。省去μ₁tanβ，就可得到公式（2）：

U₁＝F（μ₁+tanβ）……（2）

上式是在紧固时得到的，在反转时如参照切向力U₂则得到下式（3）：