【摘 要】
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电动扳手是快速装卸螺纹连接件的手持式电动工具,可以装卸高强度螺钉。操作者只需要手持电动扳手就可以在短时间内将手动无法拧紧拆卸的螺纹连接件完成拆装。电动扳手使用时由于螺钉阻力矩和电机加速力矩产生反作用力,反作用力传递到操作者手部,长时间使用易产生疲劳,影响工作效率和精度,甚至会出现操作事故。同样,在自动生产线上机械臂拧紧螺钉,反作用力对机器产生疲劳损伤缩短使用寿命。所以研制一种极低反作用力的电动冲击
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电动扳手是快速装卸螺纹连接件的手持式电动工具,可以装卸高强度螺钉。操作者只需要手持电动扳手就可以在短时间内将手动无法拧紧拆卸的螺纹连接件完成拆装。电动扳手使用时由于螺钉阻力矩和电机加速力矩产生反作用力,反作用力传递到操作者手部,长时间使用易产生疲劳,影响工作效率和精度,甚至会出现操作事故。同样,在自动生产线上机械臂拧紧螺钉,反作用力对机器产生疲劳损伤缩短使用寿命。所以研制一种极低反作用力的电动冲击扳手,对提高生产效率、改善操作者长时间使用扳手的舒适度以及机械生产制造自动化是很有意义的。本文在已有研究和结构的基础上进行改进,提出一种运动合成的极低反作用力的电动冲击扳手传动方案,并对具体结构设计校核,最后对扳手进行动力学仿真并分析关键参数对拧紧时间的影响,主要研究内容和成果如下。(1)提出了一种运动合成的极低反作用力的电动冲击扳手传动的改进方案。电机外转子与扳手外壳从固连改为轴承装配,电机外转子连接行星轮系齿圈,内转子连接行星轮系行星架,差动轮系运动合成太阳轮输出,太阳轮连接脉冲器带动脉冲器旋转产生冲击力矩拧紧或放松螺钉。同时,改变行星架连接输出轴的结构,电机内转子直接连接行星架,使得扳手整体结构更加紧凑。方案中无需使用超越离合器,减小整体结构尺寸,降低成本,并且仅受到零部件与外壳之间旋转产生的极低摩擦力。(2)根据运动合成传动方案对电动冲击扳手具体结构进行了设计。将电动扳手分为输入、传动、输出、外壳四个模块,输入模块包括电机内外转子、导电滑环等,传动模块包括行星轮系、脉冲器等零部件,输出模块包括四方轴等,外壳模块包括外壳、手柄等外部构件,对其中的电机、导电滑环进行选型,对行星轮系齿轮进行选型设计及校核,并对结构中所需轴承进行选型校核等,确定了扳手的具体结构及尺寸。(3)基于ADAMS仿真软件对电动冲击扳手进行了正向动力学仿真。简化模型后添加运动副约束、驱动与载荷,电机内外转子输入按照电机特性输入力矩随着转速的增大而减小设置,螺钉阻力矩根据实际变化利用AKISPL函数设置阻力矩随旋转角度增大而增大的变化曲线,为了防止设置的主动阻力矩对仿真结果的影响,将其设置为被动力矩仅在输出轴旋转时才作用,整个动力学仿真完全模拟了电动冲击扳手在实际工作中的运动过程,结果验证了设计的正确性。(4)分析了电动冲击扳手关键参数对拧紧时间的影响。电动扳手性能的重要评价方法之一是其工作拧紧时间,进一步仿真分析扳手的关键参数如电机最大力矩、转速、脉冲器弹簧刚度、螺钉阻力矩大小以及脉冲器和电机内外转子转动惯量对拧紧时间的影响,结果发现电机最大力矩、转速、螺钉阻力矩大小、脉冲器转动惯量对拧紧时间影响较大,拧紧时间随着电机力矩、转速的增大而减小,随着螺钉阻力矩、脉冲器转动惯量增大而增大。
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