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浅析电动扭矩扳子仪器仪器仪器检定装置

编辑:永利电玩城????来源:未知????发布时间:2018-08-29 14:15????浏览量:
0 引言
随着我国工业的快速发展,扭矩扳子以其操作简单、省时省力、扭矩可调等优点,在车辆、航空、机械、家电等领域得到了广泛的应用。而按照动力源的不同,扭矩扳子可分为电动力矩扳手、液压力矩扳手和手动力矩扳手。其中,电动扭矩扳手在各个领域生产的关键工序中具有广泛的应用。基于此,笔者对电动扭矩扳子的仪器检定装置展开了研究。
 
1 电动扭矩扳子检定现状
电动扭矩扳子的工作方式是通过其内部的电机产生的旋转扭力施加于螺栓的。现阶段,电动扭矩扳子最常采用的结构形式包括两种,一种主要应用于交通行业和机械制造行业,其最大的扭矩值能够高达 5 ×10 3 N·m;另一种一般应用于仪器行业、无线电行业,该种类型的电动扭矩扳子和第一种相比,其最大扭矩值小于 10N·m。为了保证能够对扭矩值进行准确、有效的检测,通常选用两种先进的检定设备:第一种为电动扭矩起子检定仪,其通常检定电动扭矩起子,该仪器检定装置由两部分组成,即扭力测试接头与测试仪,内部扭矩传感器的两头分别连接在具备方榫的测量头和基座。由于扭矩传感器的特殊性质,其测量头为静态接头,所以在实际测量过程中无法进行大角度的转动。由于测量头堵转到扭矩扳子,当工作头连接到测量头后,内部电机运行异常,无法发挥扭力的作用,因此不能够进行有效的检定。为了消除测量头堵转问题,在进行检定时增加了旋转扭力测试接头,主要包括螺母、螺栓以及压缩弹簧,其原理是通过螺纹阻力进行电动扭力的传递。对电动扭矩起子进行检测之前,需要把压缩弹簧调整至完全放松状态,然后将其安装在方榫测量头位置,同时把旋转扭力测试机头和电动扭矩起子进行良好的连接,将电源启动之后,内置电机为其提供动力旋转工作头,在内置电机的作用下对弹簧施加压力,逐渐的增加旋转阻力,当工作头发生打滑现象后,检定仪上的数值就是扭矩值。因为该检定仪的结构非常简单,并且阻力通过螺纹阻力进行传递,采用这种方式传递的扭力相对较小,并且会增加螺纹的磨损,导致其使用寿命缩短,不能够很好的满足扭矩值较大的测量需求。另一种电动扭矩扳子检测设备为扭矩测试仪,该检测设备的组成部分包括扭矩传感器与显示仪表,在检定电动扭矩扳子中发挥着至关重要的作用。在使用扭矩测试仪对电动扭矩扳子进行检定之前,需要做好工作头部和扭矩传感器的连接工作,螺母的加持工作在台虎钳或者专门的工作台上进行,在扭力作用下使螺栓能够快速的拧入至螺母中,将螺栓旋至底部后,其内部传感器能够对驱动力是否到达既定的数值,如果到达则停机。在该过程中传感器检测到的扭矩值会不断的变化,当检测到最高值时即为电动扭矩扳子的预定值。值得注意的是,这种测试仪在实际使用的过程中具有以下问题:其一,在进行检定时,由于一端螺栓没有旋转到底,另一端旋转扭力的作用下,会显著的增加扭力,对扭转传感器产生较大的压力,虽然扭矩传感器的耐冲击性相对较好,但是经过多次的冲击或者冲击力度超过承受范围,将会导致扭矩传感器出现损坏而无法发生相应作用的问题,严重影响检定结果的准确性;其二,由于螺母和螺栓会出现一定的损耗,所以在进行检定时需要准备若干类型和型号相同的螺母与螺栓。
 仪器检定
图 1(a)表示的为采用示波器获得的扭矩传感器输出信号,由此可知,当螺栓旋转至底部后,扭矩脉冲达到峰值 Tmax,导致出现该种现象的重要原因是惯性作用。螺栓在旋进时会受到一定的阻力,即螺母和螺栓之间的摩擦力,螺栓旋进过程中阻力逐渐的增加,当旋至底部时阻力达到最大,因堵转电机的驱动电流显著提高,提供更加强劲的动力,并且在惯性与电机驱动力的共同作用下,旋转扭力上升到最大扭矩值。因为,扭矩脉冲的持续时间非常短和数值非常大,螺栓发生弹性变形,在此过程中将产生的能量吸取,并不是螺栓旋入扭矩值(T 2 )的真实数据。所以采用该种检测仪器时需要利用专门的算法进行扭矩值的计算。借助试验可知,分别在防松、弹簧以及平垫圈位置进行扭矩值的测量,不同位置测量获得的最大扭矩值不同,因此扭矩值的计算结果也存在一定的差异。
         仪器检定
2 动态仪器检定装置
本“电动扭矩扳子动态仪器检定装置”(以下简称“动态仪器检定装置”)主要由机械传动装置和测量仪表组成,见图 2 动态仪器检定装置框图。该动态仪器检定装置的技术特征主要包括以下几个方面:其一,利用机械传动结构方式,在检定过程中把旋转扭力转变成“力值 + 力臂”,通过传感器对“力值”大小进行测定,以此完成检定电动扭矩扳子扭矩值的工作。因为该检定设备具有结构简单、操作和维修便捷,以及和扭矩传感器相比,悬臂梁式传感器的价格更加便宜、制作工艺精湛等优点,被广泛的推广和应用在电动扭矩扳子检定领域。其二,在检定的过程中会对扭矩传感器产生一定的冲击,导致扭矩传感器出现损坏问题。同时,因为扭矩传感器处于任意旋转模式,利用机械超载保护设备,如限位销式、套管等设备,成本相对较高,而且结构非常复杂,多次冲击后会出现损坏的现象,利用超载保护设备对悬臂梁式传感器进行保护,不仅具有良好的保护效果,而且操作非常简单。其三,根据电动扭矩扳子检定的实际需求,采用大小适宜的动态检定设备,不同大小系列检定设备的原理均相同,这样能够实现对不同测量范围的有效检定,并且该种检定设备还具有静态检定模式。其四,该检定设备可以在内置制动设备的作用下,实现旋转扭力想静止力矩的转变。当制动设备处于制动状态,该检定设备和静态扭矩检定设备的功能相同,此时传感器施加力值和传感器受力点到方榫测量头轴线长度的乘积为扭矩,可以通过标准扭矩扳子或杠杆、砝码溯源至国家基准。
 仪器检定
3 机械传动装置工作原理
图 3 为机械传动装置扭力传递的原理示意图,该机械传动装置的组成部分包括悬臂梁式拉力传感器、制动设备、齿轮箱以及壳体等。机械传动装置的原理表现为:借助齿轮箱的杠杆作用,其在上限和下限位的范围之内,齿轮箱能够沿着方榫测量头的轴线进行旋转,齿轮箱中包括Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ号齿轮,并且三个齿轮能够进行良好的啮合,其中 1 号齿轮是主动轮,其作用是和方榫测量头进行有效的连接,并将制动盘安装在Ⅲ号齿轮上。如果制动盘处于制动状态,由于齿轮无法进行自由的转动,所以齿轮箱发挥杠杆的作用,在方榫测量头的作用下,齿轮箱会对拉力传感器形成向下的力或者向上的力,扭矩等于杠杆长度和力值的乘积;如果制动盘处于不制动的状态,方榫测量头的作用下齿轮能够进行自由的转动。检定时,电动扭矩扳子的工作头部与方榫测量头对接,松开制动手柄,在电动扭矩扳子内置电机的驱动下带动齿轮箱内齿轮组旋转,此时电动扭矩扳子仅承受齿轮组齿轮啮合过程中的能量损失,齿轮啮合摩擦力使齿轮箱对传感器产生较小有波动的力p 1 、见图 1(b),电动扭矩扳子在小负荷条件下转速达到额定转速;当制动装置在制动手柄的操作下对制动盘进行制动至完全“锁死”时,齿轮箱对传感器产生的力 p 在旋转扭力的作用下由 p 1 增至完全“锁死”时的 p 2 、见图 1(b),此时 T(扭矩) = L(方榫测量头轴线至传感器受力点的距离) × p(对传感器施加的力值)。由于采用了盘式制动装置,制动力可以调节,故可以控制整个制动的时间量,结合电路中的低通滤波器,可以有效避免图 1(a)所示的扭矩脉冲 Tmax。
 
4 结语
总而言之,众多精度要求高的装配生产过程中广泛的推广和应用电动扭矩扳子,检定设备对检定结果准确性和生产的稳定运行产生很大的影响。因此,文章分析了一种先进、科学的检定设备,该检定设备能够保证电动扭矩扳子的检定质量,检定结果准确,具有非常高的推广和应用价值。

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