[其他]拧螺帽装置的张力控制方法

说明书

本发明涉及一种拧螺帽装置的张力控制方法。

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轴向力或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轴向力之间存在有摩擦力，故很难稳定地建立轴向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率的量器就可精确地测出轴向力。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轴向力。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轴向力。这些方法中的每一种方法都是将螺栓本身的位移转换为轴向力，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螺帽装置的张力控制方法，不采用这一复杂的传感器就能很容易地测出轴向力并保证用预定的轴向力将螺丝紧固。

本发明的拧螺帽装置的张力控制方法的完成是利用：装有电动机的拧螺帽装置，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及通过驱动轴与扭矩传感器相连的螺栓套筒，及与拧螺帽装置相连工作的控制器，用来对现有数据及有关与螺栓套筒相耦合的控制螺丝的扭矩及旋转角的输入数据进行算术处理并用来控制拧螺帽装置中电动机的启动，停止及反转。据根本发明，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T_f，该位置包括在从被控制螺丝就位在被拧紧的物体上的位置到螺丝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位置上的电动机反转扭矩T_r。利用在第一旋转角θ位置上的紧固扭矩T_f及回转扭矩T_r之差计算紧固扭矩T_r与加到螺丝上的轴向力之比值。用上述比值乘以预先输入的所需的轴向力的目标值F_s可得到紧固力矩T_s，电动机停在紧固扭矩为T_s处使螺丝紧固处在有稳定的所需轴向力。

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为图示螺丝的紧固状态的纵向剖面图;

图3为特性曲线图，用来图示包括紧固扭矩T_f及反转扭矩T_r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表示螺杆张力，u₁为切向力，β为螺丝的导角，R₁为螺纹的有效直径及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）