設計-機原設計大作業(yè)

螺釘自動擰緊裝置

一一電動可調(diào)力矩扳手

學院：機電學院

專業(yè)：機械設計制造及其自動化

輔導老師：

班級：

組長：

組員：

西北工業(yè)大學

2013年5月

、八、▲

刖S

人們在長期的生產(chǎn)實踐和社會生活中，為了節(jié)省勞動提高效率，不

斷改進所使用的工具從而創(chuàng)造和發(fā)明了機械和機械科學。然而在當今

社會使用機器進行生產(chǎn)的水平已成為衡量一個國家生產(chǎn)技術(shù)水平和

現(xiàn)代化程度的標志之一。其中機械設計扮演著很重要的角色。

總過程設計本著以下原則：

1.滿足功能性要求機械設計的目的就是要實現(xiàn)預定的目標。

2.滿足可靠性要求為不使機械在于預期時間內(nèi)發(fā)生破壞、零件過度磨

損、變形而導致失效強烈的震動和沖擊而損壞機器的工作性能為保

證人身和財產(chǎn)安全對機械的整體設計及零部件的強度設計都做了

嚴格的要求。

3.滿足經(jīng)濟要求:機械產(chǎn)品的經(jīng)濟體現(xiàn)在設計、制造、銷售和使用的全

過程產(chǎn)品的成本很大程度上取決于設計階段。本設計在保證機器質(zhì)量

的前提下,降低了原材料的消耗，在滿足要求的前提下,采用了價格低

廉的原材料,采用標準零部件并充分考慮其工藝性以減少加工成本。

此次課程本組主要設計電動可調(diào)力矩扳手通過本組成員的努力，我們

設計出了比較理想的方案并對其進行了理論分析和數(shù)據(jù)計算理論數(shù)

據(jù)和分析詳見說明書。

編者2013-5-10

目錄

一.設計任務及設計要求................................4

二.機構(gòu)運動簡圖及基本原理............................5

三.機構(gòu)分析..........................................6

（一）原動部分.....................................6

（二）執(zhí)行部分.....................................6

換向器..........................................9

自動禺合器.....................................10

四.總結(jié)及概括.......................................12

--設計任務及設計要求

1.設計任務：設計一種可實現(xiàn)力矩在一定范圍內(nèi)可調(diào)的電

動定力矩扳手。畫機構(gòu)簡圖、編寫說明書、進行局部機構(gòu)仿

真。

2.功能特點：①便攜式手持工具②力矩可調(diào)③使用效率高

④可換向⑤使用范圍廣

3.約束條件：①重20kgi②體積（可手執(zhí)）③l」5N.m范

圍內(nèi)可調(diào)④使用電機較?。ㄊ謭?zhí)工具）較便宜（＜二500元）

⑤自動對正⑥預準較準確（偏差＜5%）

電動力矩扳手設計過程

設計過程流程圖

二.機構(gòu)運動簡圖及基本原理

經(jīng)過計算及改進設計，我們最終方案（在后文中與其他

設計方案作對比說明）的機構(gòu)簡圖如下。直流電機由電池供

電經(jīng)二級減速器降速升扭，經(jīng)主軸傳動至換向器（實現(xiàn)正反

轉(zhuǎn)切換松開工作），換向后傳到扭轉(zhuǎn)頭。轉(zhuǎn)動，即可擰緊或

松開螺釘。

電動機經(jīng)過行星輪系減速升扭，增大扭矩。通過調(diào)節(jié)換

向器可以改變扳手的擰動方向。通過調(diào)節(jié)離合器中的彈簧壓

縮量來控制力矩扳手的力矩大小，當擰動螺絲到所調(diào)力矩

時，離合器中的鋼珠從小坑中滾出來，沿軌跡打滑，實現(xiàn)自

動離合。

執(zhí)行部分傳動部分原動部分

二級減速一級減速II

Z4=40

「

電動機

Tzo

—z

—。邛

Z0nrI

離

合

換向器

—

IzoxZ0

I上1

I，Z2E0LJ|

JLZ3=601I

________________II-----------

三.機構(gòu)分析

（-）原動部分

原動部分我們從以下方面考慮：1,轉(zhuǎn)速大（有減速

升扭空間）2.初始扭矩不能太小，扭矩太小的話，無法升到

理想扭矩值。3.經(jīng)濟實惠，能考慮用直流電動機最好

所以我們經(jīng)過扭矩的換算，使用DM」2sp型電機，額

定電壓為24V,額定電流12A,轉(zhuǎn)速3600r/mim,輸出功率

P=200W,扭矩11.7NM.

（-）執(zhí)行部分

執(zhí)行部分為一可拆換式扭轉(zhuǎn)頭，前端四方或六角槽連接所需

加緊的螺母。標注直徑后端可插入力矩扳手主體前端，與傳動主

軸相連，從而在主軸帶動下做旋轉(zhuǎn)運動從而加緊螺母。同理，若

是前端換位螺絲刀頭可以對應的進行螺栓的加緊。

四方轉(zhuǎn)頭3d圖示

設計要點

■扭轉(zhuǎn)頭可換——對于標準的方頭/六角螺母或者是螺栓，常

用尺寸均配備一個可換扭轉(zhuǎn)頭或螺絲刀頭，工作時對應裝

卸。

■轉(zhuǎn)頭內(nèi)四方邊倒角——內(nèi)四方孔卡于螺母之上，帶動螺母

轉(zhuǎn)動實現(xiàn)擰緊動作。內(nèi)邊緣應對應設計較大倒角便于操作

工擰緊時，工具與待擰螺母的對正，節(jié)約工時，生產(chǎn)效率

高。

（三）傳動部分（減速器、換向器、自動離合器）

減速器部分我們采用兩級變速

減速器仿真圖

所有齒輪全都均使用標準齒輪;

二款底速一級減速

24=40

齒輪ZOZ4:模數(shù)m=l

（Z0=20：Zl=60：Z2=40:Z3=60;

Z4=40）;）;

一級減速器和二級減速器一樣，

減速比都為4,所以總傳動比為16.

根據(jù)行星輪傳動關系得"皿=-馬

例一①HZ]

_+Z｛（L）3

4+Z3

根據(jù)扭矩和功率的轉(zhuǎn)換關系式，得電機輸出扭矩

Me=9549&.

n'

一級變速后的扭矩為丁1=M?i一級?〃

（〃為行星輪系的傳遞效率，取0.98.）

一■級減速以后二15r/s=94.25rad/s.

扭矩升到2.059N.m;

二級減速器減速比為4,13

是由兩對減速比為2的

3

齒合齒輪組成的。傳動比為:

77

_乙2-4

I一~

Zo

二級變速后扭矩為：七二十?'二級?K

（K為二級變速的傳動效率系數(shù)，取0.97）

經(jīng)過二級減速后，扭矩升到8.23N.m,轉(zhuǎn)速降到

3.75r/s=23.56rad/s.

較高的轉(zhuǎn)速保證了，使用中的高效，以及8.23nm的轉(zhuǎn)矩

使得其在家庭使用及輕工業(yè)中能夠應對一部分的螺絲加緊

問題。

換向器

換向器由三個相同小齒輪的齒數(shù)為15，大齒輪的齒數(shù)為

20,模數(shù)均為1O圖中固連Z1齒輪的軸1與電機相連傳遞

動力，固連Z4齒輪的軸2與工作轉(zhuǎn)頭相連驅(qū)動執(zhí)行部件旋

轉(zhuǎn)。在換向的時候扳動手柄，連接在下面三個齒輪上的三角

板切換正反轉(zhuǎn)。

自動離合器

原理：圓球在彈簧的壓迫下緊密貼合在下端蓋孔中，上下端

蓋可相對轉(zhuǎn)動。通過調(diào)節(jié)彈簧壓縮量Ax。調(diào)節(jié)加載在小鋼

球上的預加力F。,工作時在Fo作用下小球帶動下端面轉(zhuǎn)動,

當達到所調(diào)力矩T1時，鋼球從下端面槽中脫離，在圓球軌

道內(nèi)打滑，不再夾緊。

通過實驗確定彈簧壓縮量Ax與扭轉(zhuǎn)頭傳出扭力T之間

的關系即可連接表盤進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)定力矩夾緊。

自動離合器平面示意圖：

具體使用時通過手扭動扳手外殼上的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤，帶動絲杠前

后移動，絲杠前端與彈簧相連。從而通過絲杠的移動調(diào)節(jié)彈簧的

壓縮量。彈簧壓縮量轉(zhuǎn)換為離合器上的正壓力，反應在小球上，

從而限制了小球運動時所能傳遞到離合器下半部分的最大扭矩。

當實際扭矩超過最大扭矩時，離合器自動脫離。

通過實驗建立壓縮量與離合器最大傳遞扭矩建立關系，并標

注在于扳手外表和調(diào)節(jié)表盤上。用戶只需扭動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤調(diào)至所需

加緊值時便可直接使用。

轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤帶動絲杠

前后移動以調(diào)節(jié)彈簧壓

共3個立

四.總結(jié)及概括

電動力矩扳手有使用便攜，效率高，可換向，工作效率

高等優(yōu)點。在市場上有很多這類的電動扳手電動扳手主要應

用于鋼結(jié)構(gòu)安裝行業(yè)，專門安裝鋼結(jié)構(gòu)高強螺栓，高強度螺

栓是用來連接鋼結(jié)構(gòu)接點的，通常是用螺栓群的方式出現(xiàn)。

使用時操作方便、省時省力、扭矩可調(diào)，有很大的市場前景。

由于知識水平的限制以及時間的緊迫，我們所設計的產(chǎn)

品還有一些不完善的地方，但是我們的設計理念卻是值得肯

定的。我們自己設計出來的東西不論怎樣都有成就感，以后

我們會繼續(xù)努力改進完善。

通過這段時間的設計，我受益匪淺，不僅在學問方面有

所提高，而且在為人處事方面有了更多的認識。當我們遇

到一個問題時，首先不能畏懼，而是要對自己有信心，相信

通過自己的努力一定能解決的。就象人們常說的在戰(zhàn)略上藐

視它。但是在戰(zhàn)術(shù)上的重視它。通過慎重的考慮認真的分析,

腳踏實地去完成它，克服重重困難，當你成功實現(xiàn)目標時，

那種成就感一定會成為你成長的動力。這次設計的題目是

電動扳手。主要是確定機械傳動系統(tǒng)的方案，通過減速器機

構(gòu)到換向機構(gòu)，再傳到離合器，帶動工作頭旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)

螺栓的定力矩自動加緊。

這次設計課程不僅讓我加深了對機械原理理論課程的

理解和認識，更培養(yǎng)了我用理論知識去解決實際問題的能

力