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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）
題目： 多軸自動(dòng)螺栓擰緊機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
學(xué) 院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
校外指導(dǎo)教師
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明：所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本研究做出過重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明并表示了謝意。
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論文作者簽名： 日期： 年 月 日
導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日
摘 要
因?yàn)槁菟ㄟB接結(jié)構(gòu)簡單，容易拆裝，在很多機(jī)械裝配中廣泛使用螺栓連接，螺栓裝配在現(xiàn)代工業(yè)過程中應(yīng)用比較普遍， 特別是對(duì)裝配擰緊的位置角度等要求很高的場合，像汽車，機(jī)床，發(fā)動(dòng)機(jī)等?，F(xiàn)階段，實(shí)現(xiàn)螺栓緊固件的聯(lián)接的可靠性能，通過螺栓擰緊技術(shù)可以更好的去控制。擰緊工藝中螺栓的擰緊大體有三種：扭矩法，屈服點(diǎn)控制法以及扭矩—轉(zhuǎn)角法。因?yàn)閭鹘y(tǒng)工藝的因素，在國內(nèi)使用的氣動(dòng)液壓扳手，它的操作不便利， 效率低下，精度控制不達(dá)標(biāo)，在現(xiàn)代化高性能裝配機(jī)械行業(yè)，已經(jīng)無法滿足人們的需求。國外的自動(dòng)螺栓擰緊機(jī)在中國市場中，因?yàn)樗撵`活性能差，價(jià)位比較高，售后服務(wù)不完善，所以中國的機(jī)械行業(yè)很少使用。在汽車行業(yè)裝配中，螺栓擰緊被廣泛使用，以前的人們?cè)谘b配的時(shí)候，一般都把螺栓或螺母擰到最緊。后來人們才發(fā)現(xiàn)，這個(gè)“最緊”根本沒有一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn)，不同的人擰緊程度不同。一臺(tái)機(jī)器能有成百上千零件，用螺栓緊固去裝配，在大批量生產(chǎn)中讓多數(shù)人在不同的時(shí)間里完成裝配的，而且工人們每天都要裝配幾十到幾百臺(tái)機(jī)器，我們可以知道這個(gè)“最緊”離散度有多大了。同時(shí)，一些機(jī)械零件，像汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的連桿大頭孔，需要在金屬切削車間用螺栓把瓦蓋裝配起來，在裝配車間，又要先擰下螺栓，拆下機(jī)器的瓦蓋，套到曲軸上后再重新擰緊，裝配，使用“最緊”來進(jìn)行擰緊，將會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)料的情況。所以，如何有效地?cái)Q緊，達(dá)到“最佳”的效果，也就成了機(jī)械裝配行業(yè)中十分關(guān)注的課題。擰緊機(jī)就是有效地?cái)Q緊，讓裝配擰緊達(dá)到“最佳”的裝配工具。本文從螺栓擰緊機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，通過對(duì)擰緊機(jī)不同部件的設(shè)計(jì)，最后完成整體裝配圖，較圓滿的完成了螺栓擰緊機(jī)的設(shè)計(jì)。詳細(xì)認(rèn)真的繪制一些比較重要的部件的零件圖。
,
關(guān)鍵詞：螺栓擰緊；扭矩—轉(zhuǎn)角法；減速裝置；花鍵軸
I
ABSTRACT
Since bolting simple, reliable, easy to disassemble, widely used in many institutions assembly, bolt assembly in modern industrial process applications more common, especially in engines, automobiles, machine tools, compressors and gearboxes bolt tightening angle high precision the position of the mounting case. At this stage, reliable coupling bolts fasteners, mainly controlled by bolt tightening process. Tighten bolts there are three main processes, namely: torque method, torque - angle method and the yield point Control Act. But in the current China, because the traditional crafts and other reasons, are now widely used in the assembly of pneumatic and hydraulic wrenches, its existence is not convenient operation, high labor intensity, bottom efficiency, angle and torque control accuracy is poor and can not be achieved networking and online management and other shortcomings, has been unable to meet the requirements of modern industrial high-performance assembly. Although foreign countries have automatic bolt tightening machine , but because of its high-priced products , the use of a single station , poor flexibility , service is not in place and other reasons is not accepted by the majority of Chinese users . Tighten the bolts used in the automotive industry assembly is a universal phenomenon, before people only considered in the assembly, the bolt (or nut) onto the tightest degree. Later it was discovered that this “most concerned” but is a very vague concept, it is unique and individual. A machine with dozens or even hundreds of thousands of parts, assembled with bolts fastening method, in turn, the majority of people in different time done in large-scale production, but also a day of tens or hundreds of assembly machine, the “tightest " discrete degrees will be imagined . In addition, some parts ( such as automobile engine connecting rod in the hole ) , metal-cutting shop in need bolts tiling assembled for processing, and to the assembly plant , they must first loosen the bolts, remove the tile cover, cover after the then retighten the crank assembly , as with the " tightest " to carry out, the result will be very dangerous. Thus, how to effectively control the “tightening” and to reach the "best”, has become a topic of great concern to the industry. Tightening machine is effectively controlled as “tightening” and to achieve the "best" assembly tools. In this paper, the structural design of tightening machine to start, through the various structural bolts tightening machine is designed to complete the general assembly drawings, comparing the successful completion of tightening machine system design. Some of the more important parts for a detailed description and draw their parts diagram.
Key words：Bolt tight; Torque - corner law; Slow device; spline
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1前言 1
1.1螺栓聯(lián)接的歷史 1
1.2 螺栓擰緊機(jī)的出現(xiàn) 1
1.3螺栓擰緊機(jī)的發(fā)展 1
1.4中國擰緊機(jī)的發(fā)展 1
2螺栓擰緊機(jī)的原理及意義 3
2.1原理 3
2.1.1扭矩法 4
2.1.2扭矩轉(zhuǎn)角法 4
2.1.3 屈服點(diǎn)法 5
2.2 意義 6
2.2.1 預(yù)緊力不適當(dāng)帶來的后果 6
2.2.2設(shè)計(jì)意義 6
3螺栓擰緊機(jī)的總體設(shè)計(jì)過程 6
3.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 6
3.2性能特點(diǎn) 6
3.3主要技術(shù)參數(shù) 6
3.4螺栓擰緊機(jī)總體設(shè)計(jì) 7
3.4.1 減速裝置的選擇 7
3.4.2 軸的設(shè)計(jì) 8
3.4.3花鍵軸的校核 9
3.5 電動(dòng)機(jī)的選擇 10
4 行星齒輪減速器的設(shè)計(jì) 11
4.1 概述 11
4.2 設(shè)計(jì)的四個(gè)條件 11
4.2.1 滿足給定的傳動(dòng)比 11
4.2.2 同心條件 12
4.2.3 鄰接條件 13
4.2.4 安裝條件 14
4.3 行星輪系的設(shè)計(jì) 14
4.3.1 一級(jí)行星輪系的設(shè)計(jì) 14
4.3.2 二級(jí)行星輪系的設(shè)計(jì) 15
4.3.3 三級(jí)行星輪系的設(shè)計(jì) 15
4.4嚙合效率的計(jì)算 16
4.5 總的傳動(dòng)效率計(jì)算 16
4.6 齒輪強(qiáng)度的校核 17
4.6.1 對(duì)一級(jí)行星輪系校核 18
4.6.2對(duì)二級(jí)行星輪系校核 21
4.6.3 對(duì)三級(jí)行星輪系校核 23
5 螺栓擰緊機(jī)的控制方法 26
5.1 扭矩傳感器 26
5.2 擰緊過程中的控制方法 27
5.2.1 扭矩法 27
5.2.2 扭矩轉(zhuǎn)角法 27
5.2.3 屈服點(diǎn)法 27
5.3 擰緊過程的檢測 27
6 結(jié) 論 28
參 考 文 獻(xiàn) 29
致 謝 30
IV
1前言
1.1螺栓聯(lián)接的歷史
螺栓聯(lián)接因?yàn)樗暮唵慰煽?、拆卸方便等特點(diǎn)在汽車行業(yè)螺栓緊固中得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前, 螺栓的擰緊普遍采用了液壓和電動(dòng)扳手來完成, 因?yàn)橐簤汉碗妱?dòng)扳手在擰緊過程中是依靠大沖擊力來擰緊螺栓裝置, 所以擰緊扭矩值誤差非常大, 另外液壓和電動(dòng)的定值扭矩扳手不適宜在大扭矩狀況下去工作, 這樣使得勞動(dòng)強(qiáng)度增大, 生產(chǎn)效率低下, 擰緊的質(zhì)量更是極不穩(wěn)定。
1.2 螺栓擰緊機(jī)的出現(xiàn)
自動(dòng)螺栓擰緊機(jī)是一種機(jī)電一體化（機(jī)械的傳動(dòng)、電氣的傳動(dòng)、電子技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)和自動(dòng)檢測于一體）設(shè)備。顧名思義，螺栓擰緊機(jī)就是擰緊工件的設(shè)備單元，主要適用于螺栓/螺母擰緊等方面。一臺(tái)機(jī)器有幾百幾千個(gè)零件通過螺栓緊固，實(shí)現(xiàn)裝配，在大批量生產(chǎn)中讓多數(shù)人在不同的時(shí)間里完成裝配。而且每天又要去裝配幾十或幾百臺(tái)的機(jī)器，這個(gè)螺栓的數(shù)量由此可想而知，并且還要擰緊到產(chǎn)品圖紙規(guī)定的擰緊扭矩的數(shù)值。為了提高生產(chǎn)的效率、保證螺栓的擰緊扭矩所以自動(dòng)螺栓擰緊機(jī)便就誕生了。
1.3螺栓擰緊機(jī)的發(fā)展
螺栓擰緊是從國外發(fā)展起來，最具代表性的螺栓擰緊有阿特拉斯（Atlas Cop-co），英格索蘭(Ingenuous AND)，庫柏(Cooper)等。為了滿足可控制螺栓擰緊的需求，在20世紀(jì)90年代初，汽車機(jī)電制造行業(yè)已經(jīng)開始使用屈服點(diǎn)可控制的擰緊工具?，F(xiàn)在，隨著電動(dòng)機(jī)調(diào)速等扭矩控制方法的發(fā)展，國外的機(jī)械裝配作業(yè)線上的裝配工具正再向能耗更低，控制更精確的擰緊設(shè)備的方向發(fā)展，通過微機(jī)系統(tǒng)控制的自動(dòng)型裝配系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)螺栓裝配的定轉(zhuǎn)角頂扭矩的屈服強(qiáng)度的檢測控制。
1.4中國擰緊機(jī)的發(fā)展
同國外相比，我國機(jī)械行業(yè)中的機(jī)電，汽車產(chǎn)品的螺栓擰緊工具還很落后，無法大量系統(tǒng)地去供應(yīng)機(jī)械生產(chǎn)行業(yè)中急需的擰緊工具和設(shè)備，每年都要花費(fèi)大筆錢購買國外的擰緊工具。最近，隨著我國汽車機(jī)械業(yè)的突飛猛進(jìn)，為了提高整體素質(zhì)，增強(qiáng)中國機(jī)械產(chǎn)品的國際競爭力，我國機(jī)械業(yè)正向著規(guī)?；?、自動(dòng)化的方向前進(jìn)，對(duì)裝配質(zhì)量及生產(chǎn)效率有了更高的要求，因此對(duì)大量使用的螺栓或螺母的擰緊效率也有了更高的要求，這種要求極大地促進(jìn)了現(xiàn)階段我國在螺栓擰緊方面的快速發(fā)展。當(dāng)前來說，我國國內(nèi)的機(jī)械市場大部分被國外的市場占領(lǐng)，主流整車廠大部分用國外的機(jī)械設(shè)備；同時(shí)也有少量的機(jī)械廠進(jìn)行自主開發(fā)，比如中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所，大連德欣公司，山東龍口氣動(dòng)機(jī)械廠 等，從技術(shù)方面比較，我國的機(jī)械產(chǎn)品跟國外的產(chǎn)品還很大的差距。 隨著擰緊技術(shù)和電子技術(shù)的深入發(fā)展，我國機(jī)械業(yè)將會(huì)出現(xiàn)精度，自動(dòng)化程度更高的螺栓擰緊機(jī)；也可能生產(chǎn)出應(yīng)用全新技術(shù)的螺栓擰緊機(jī)。由此可知，我國的汽車裝配行業(yè)會(huì)越來越多的使用自動(dòng)螺栓擰緊機(jī)，使汽車裝配的質(zhì)量和效率得到極大的提高。
2螺栓擰緊機(jī)的原理及意義
2.1原理
螺栓擰緊機(jī)由支承部件，動(dòng)力控制系統(tǒng)，升降系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)組成。螺栓擰緊機(jī)的作用是按規(guī)定的要求將螺栓擰緊。擰緊機(jī)主要以電動(dòng)機(jī)當(dāng)動(dòng)力源，輸出的扭矩經(jīng)過減速器增大。螺栓的擰緊加載，主要以壓縮空氣作為輔助的動(dòng)力來源，擰緊箱由氣缸帶動(dòng)。擰緊箱運(yùn)動(dòng)到工作位置后，螺栓就可以進(jìn)行擰緊了。螺栓的整個(gè)擰緊過程通過電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，通過傳感器將數(shù)據(jù)送到控制系統(tǒng)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算和判斷，來監(jiān)視整個(gè)的擰緊過程，這就是控制系統(tǒng)。擰緊機(jī)卸載的過程，也是通過控制系統(tǒng)按照一定的固定的循環(huán)自動(dòng)運(yùn)行來控制的。螺栓的扭矩，轉(zhuǎn)動(dòng)角度等參數(shù)能通過實(shí)際情況來設(shè)定。
圖2-1螺栓擰緊機(jī)的原理圖
2.1.1扭矩法
當(dāng)扭矩大于等于目標(biāo)的扭矩，擰緊機(jī)的擰緊軸會(huì)停止。如果最小扭矩小于等于峰值扭矩小于等于最大扭矩，則擰緊合格。扭矩法只能控制施加的扭矩。螺紋副及零件表面的摩擦力的變化使得實(shí)際軸向夾緊力控制不能達(dá)到預(yù)期的精度。因?yàn)槁菟ū砻鏍顩r潤滑的不同，軸向夾緊力離散度可以達(dá)到±50%。此外，扭矩法不能夠檢測到擰緊過程中出現(xiàn)的不良狀況，可能會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)生施加扭矩已到達(dá)，但是實(shí)際螺栓卻沒有擰緊的差錯(cuò)。
圖2-2
扭矩法的優(yōu)點(diǎn)：作控制簡單，測量更容易。扭矩控制法缺點(diǎn)：可以充分使用材料，摩擦系素對(duì)他的影響小，使得預(yù)緊力離散度變大，因此擰緊控制的精度會(huì)變低。所以，扭矩法通常采用手動(dòng)（電動(dòng)或氣動(dòng)）工具，一次性將螺紋副的裝配扭矩裝配到位，在一些不太重要的裝配位置使用較多。
2.1.2扭矩轉(zhuǎn)角法
如果轉(zhuǎn)角大一等于目標(biāo)轉(zhuǎn)角，或扭矩大于最大扭矩，擰緊軸將停止。如果最小扭矩小于最終扭矩小于最大扭矩，同時(shí)最小轉(zhuǎn)角小于最終轉(zhuǎn)角小于最大轉(zhuǎn)角，則擰緊合格。扭矩轉(zhuǎn)角法是將螺栓拉長在超彈性極限塑性變形區(qū)來實(shí)現(xiàn)完全使用材料強(qiáng)度“設(shè)計(jì)夾緊力可取螺栓屈服強(qiáng)度的70%”完成高精度擰緊控制。扭矩轉(zhuǎn)角法可以明顯的提高軸向夾緊力控制的精度，達(dá)到15到25%，螺栓緊固件摩擦系數(shù)對(duì)擰緊質(zhì)量的影響小。螺栓緊固件夾緊力分散度比較小，平均值可以達(dá)到屈服極限的70~80%，提高了螺栓擰緊的可靠性。在擰緊過程中，螺栓緊固件摩擦系數(shù)對(duì)擰緊產(chǎn)生的階段預(yù)緊力有影響，但是影響很小，在角度控制階段，能夠得知螺栓件摩擦系數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)角擰緊產(chǎn)生的預(yù)緊力沒有影響，例如螺栓緊固件擰緊轉(zhuǎn)動(dòng)3600度螺栓受力部分將伸長一個(gè)螺距。所以，螺栓緊固件的摩擦系數(shù)對(duì)最終預(yù)緊力數(shù)值的影響不大。
2.1.3 屈服點(diǎn)法
屈服點(diǎn)法將螺紋件擰緊到螺栓的屈服點(diǎn)通過扭矩轉(zhuǎn)角增量法。螺栓擰緊工具使用計(jì)算機(jī)電路將輸入的轉(zhuǎn)角跟扭矩進(jìn)行微分計(jì)算，繪制扭矩轉(zhuǎn)交曲線，控制它自動(dòng)停機(jī)。屈服點(diǎn)法的擰緊質(zhì)量只與螺栓緊固件的屈服強(qiáng)度有關(guān)。
屈服點(diǎn)法的優(yōu)點(diǎn)：把螺栓擰至其屈服點(diǎn)，充分發(fā)揮螺栓件的最大強(qiáng)度。通過一些實(shí)驗(yàn)可以知道，螺栓件擰緊時(shí)軸向預(yù)緊力越大，螺栓抗疲勞和抗松動(dòng)性能就越好。屈服點(diǎn)法缺點(diǎn)：無法支付昂貴的擰緊工具費(fèi)。
計(jì)算微商公式如下：
式中-扭矩變化量 -扭矩角變化量
圖2-3屈服點(diǎn)法原理圖
2.2 意義
2.2.1 預(yù)緊力不適當(dāng)帶來的后果
（1） 疲勞破壞：螺栓大部分是因?yàn)槠诙У?，雖然預(yù)緊力的減小能使螺栓總載荷的平均值減小了，卻使得螺栓件載荷大幅增大。所以，它使得螺栓使用壽命降低。
（2螺栓連接件的靜力損壞：如果螺栓緊固件擰得過分密合，那么螺栓可能被擰斷，甚至使得螺紋牙被毀壞而脫扣。
（3）增大擰緊設(shè)備質(zhì)量成本：若預(yù)緊力太小，那么就要使用更多的緊固件，使得產(chǎn)品的質(zhì)量及成本增大。
2.2.2設(shè)計(jì)意義
連接的螺栓意義:用螺栓緊固件將螺栓連接在一起。通過螺栓擰緊空置房，我們學(xué)習(xí)到設(shè)計(jì)過程中一些傳動(dòng)，動(dòng)力機(jī)構(gòu)的原理，了解螺栓擰緊在現(xiàn)在生產(chǎn)及生活中的地位。通過本次設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多前沿的科技知識(shí)，使得我們?cè)谝院蟮膶W(xué)習(xí)工作中受益匪淺。
3螺栓擰緊機(jī)的總體設(shè)計(jì)過程
3.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容
多軸自動(dòng)螺栓擰緊機(jī)的總體設(shè)計(jì)：本文擬設(shè)計(jì)的擰緊機(jī)主要應(yīng)用在普通的家用汽車裝配車間，用于擰緊輪胎的緊固螺栓。單班制工作，預(yù)期壽命中等。
主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有：制定工藝方案，確定擰緊機(jī)結(jié)構(gòu)方案；具體方案設(shè)計(jì)，繪制圖紙，并進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。包括：（a）擰緊機(jī)零件圖；（b）擰緊機(jī)組裝圖；（c）有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算、校核；（d）設(shè)計(jì)說明書。
3.2性能特點(diǎn)
性能特點(diǎn):主要用于普通家用汽車裝配車間，擰緊輪胎的緊固螺栓。
3.3主要技術(shù)參數(shù)
根據(jù)擰緊機(jī)在汽車生產(chǎn)上擰緊輪胎的應(yīng)用，設(shè)定以下設(shè)計(jì)參數(shù)：
擰緊轉(zhuǎn)速：n=50r/min
最大擰緊扭矩：T=150N?m
單班制工作，預(yù)期使用壽命10年，每年300個(gè)工作日。
在使用期限內(nèi)，工作時(shí)間占20%。
3.4螺栓擰緊機(jī)總體設(shè)計(jì)
螺栓擰緊機(jī)的總體設(shè)計(jì)是大致的設(shè)計(jì)好擰緊機(jī)的主體機(jī)構(gòu)，然后根據(jù)其主體將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，減速機(jī)構(gòu)，傳感器等重要部件依次設(shè)計(jì)安裝，最后形成完整的裝配圖。如下圖3-1：螺栓擰緊機(jī)裝配圖
圖3-1 螺栓擰緊機(jī)裝配圖
?
3.4.1 減速裝置的選擇
在合理采用結(jié)構(gòu)形式的條件下，因?yàn)槔脙?nèi)嚙合和數(shù)個(gè)行星輪來分擔(dān)傳遞載荷，通常行星輪系比定軸輪系結(jié)構(gòu)更緊湊，體積更小，重量更輕，傳動(dòng)比更大，因此在機(jī)床、汽車中得到廣泛的應(yīng)用。由于行星輪系具有以上的優(yōu)點(diǎn)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)螺栓擰緊機(jī)的過程中采用了這種減速系。
行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：行星齒輪傳動(dòng)跟普通的齒輪傳動(dòng)相比具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它的最顯著特點(diǎn)是：在傳遞動(dòng)力時(shí)它還能夠進(jìn)行功率分流；同時(shí)，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，所以現(xiàn)在人們開始用行星齒輪傳動(dòng)來代替普通齒輪傳動(dòng)。尤其是對(duì)于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動(dòng)效率高的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，石油化工和起重運(yùn)輸?shù)鹊凝X輪傳動(dòng)裝置以及需要差速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動(dòng)裝置，行星齒輪傳動(dòng)已得到廣泛的應(yīng)用。
3.4.2 軸的設(shè)計(jì)
（1） 材料：40Cr
這類鋼經(jīng)過調(diào)質(zhì)后用于制造承受中等負(fù)荷以及中等速度工作的機(jī)械零件，如汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)、后半軸以及機(jī)床上的曲軸、蝸桿、齒輪、頂尖套等；經(jīng)過淬火及中溫回火后能夠用于制造承受高負(fù)荷、沖擊及中等速度工作零件，如齒輪、主軸、滑塊等；經(jīng)過淬火及低溫回火后能夠用于制造承受低沖擊、重負(fù)荷及具有耐磨性、截面上實(shí)體厚度在25mm以下的零件，如蝸桿、主軸、套環(huán)等；此外，這種鋼又適用在制造進(jìn)行碳氮共滲處理的各種傳動(dòng)零件，像直徑較大和低溫韌性好的齒輪及軸。
（2） 由于花鍵軸具備了多齒工作，承載能力高，對(duì)中性好，應(yīng)力集中小，導(dǎo)向性好，齒根較淺，軸與轂強(qiáng)度削弱小，能用磨削方法獲得較高的精度等優(yōu)點(diǎn)，我們選擇了花鍵軸作為連接三級(jí)輪架和擰緊頭連接的零件 。
查詢材料的許用應(yīng)力表得
=，=
應(yīng)力校正系數(shù)
當(dāng)量轉(zhuǎn)矩=當(dāng)量彎矩
當(dāng)量彎矩
通過查詢花鍵標(biāo)準(zhǔn)，取小徑為32，大徑為36.花鍵圖如下：
圖3-2花鍵標(biāo)準(zhǔn)圖
3.4.3花鍵軸的校核
（1） 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核
此種方法按照軸所受的扭矩計(jì)算其強(qiáng)度，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
式中：是扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，；
是軸所受的扭矩，；
是軸的抗扭截面系數(shù)，；
是軸的轉(zhuǎn)速，；
是軸的傳遞的功率，；
是軸的截面直徑，；
是扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，。
由上式得到軸的直徑校驗(yàn)：
通過上式得出作為承受扭矩的軸段的最小直徑小于花鍵軸的直徑，所以其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度滿足。
（2） 按剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核
各個(gè)鍵的側(cè)面受力：
故其剪切強(qiáng)度符合要求。
（3） 按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核
這種校核計(jì)算的實(shí)質(zhì)在于確定變應(yīng)力情況下的軸的安全程度，在已知軸的尺寸，外形和載荷的基礎(chǔ)上，可通過分析確定一個(gè)或幾個(gè)的危險(xiǎn)截面，通過如下式子求出安全系數(shù)并讓其大于或至少等于設(shè)計(jì)安全系數(shù)，在僅有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時(shí)，滿足：
滿足要求。
（4） 按軸的扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行校核
軸的扭轉(zhuǎn)變形采用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示，軸扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式為：
式中：是軸所受的扭矩，；
是軸的材料的剪切彈性模量，，對(duì)于鋼材，；
是軸截面的極慣性矩，，對(duì)于圓軸，；
即滿足軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件：
對(duì)于精密傳動(dòng)軸，可取。
3.5 電動(dòng)機(jī)的選擇
已知
；
通過給定的數(shù)據(jù)計(jì)算
根據(jù)求得的功率選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)Y802-2，電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)如下：
額定功率:1.1；同步轉(zhuǎn)速：3000；質(zhì)量17。
圖3-3電動(dòng)機(jī)
4 行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)
4.1 概述
總的傳動(dòng)比通過計(jì)算可以得到，如下：
可以將總的傳動(dòng)比分成三級(jí)，各級(jí)傳動(dòng)比公式已給出。
4.2 設(shè)計(jì)的四個(gè)條件
為了使得安裝的行星輪的齒數(shù)滿足設(shè)計(jì)的條件，必須滿足以下的四個(gè)條件。
4.2.1 滿足給定的傳動(dòng)比
圖4-1行星齒輪系
按選定的行星輪系形式列出傳動(dòng)比與各輪齒數(shù)的關(guān)系式，然后初步選擇各輪齒數(shù)。其傳動(dòng)比為
按給定可求得比值，若先選定值，即可求出值。如不是整數(shù) ，能夠重新選取 。有時(shí)無法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)給定的傳動(dòng)比，則應(yīng)該找出最近似的比值。
4.2.2 同心條件
在行星輪的各輪中心距必須符合一定的關(guān)系，就可以保證系桿和中心論共軸線。即
若均用標(biāo)準(zhǔn)齒輪 ，則必須滿足
所以前面給定傳動(dòng)比選定、后就得按照同心條件選定，算出來的不是正好是整數(shù)，那么就得重新選定，齒數(shù)。
4.2.3 鄰接條件
行星輪系里，通常需要安裝兩個(gè)或者更多的行星輪來分擔(dān)載荷和平均行星輪在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的離心力。相鄰行星輪的中心距＞兩行星輪齒頂圓半徑之和，能夠使得行星輪之間不碰撞。這就是鄰接條件。
設(shè)為行星輪數(shù)，為行星輪齒頂圓半徑。如圖所示，很顯然必須滿足的鄰接條件為
圖4-2鄰接條件示意圖
如果采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪，則：
代入上式整理后得：
4.2.4 安裝條件
選擇行星輪安裝條件，要使所有的行星輪均勻的安裝進(jìn)去。通過查詢可以知道行星輪系的安裝條件表述為：單排負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)中兩中心輪的齒數(shù)之和應(yīng)是行星輪數(shù)的整數(shù)倍。即
4.3 行星輪系的設(shè)計(jì)
通過對(duì)一級(jí)二級(jí)三級(jí)行星輪系的設(shè)計(jì)完成總的輪系的設(shè)計(jì)。
4.3.1 一級(jí)行星輪系的設(shè)計(jì)
已知；行星輪數(shù)
傳動(dòng)比條件：
同心條件：
取，則；
鄰接條件：
安裝條件：
通過以上條件的計(jì)算和驗(yàn)證，一級(jí)行星輪系滿足以上四個(gè)條件。
4.3.2 二級(jí)行星輪系的設(shè)計(jì)
已知；行星輪數(shù)
傳動(dòng)比條件：
同心條件：
取，則；
鄰接條件：
安裝條件：
通過以上條件的計(jì)算和驗(yàn)證，二級(jí)行星輪系滿足以上四個(gè)條件。
4.3.3 三級(jí)行星輪系的設(shè)計(jì)
已知；行星輪數(shù)
傳動(dòng)比條件：
同心條件：
取，則；
鄰接條件：
安裝條件：
通過以上條件的計(jì)算和驗(yàn)證，三級(jí)行星輪系滿足以上四個(gè)條件。
4.4嚙合效率的計(jì)算
一級(jí)行星輪系：
二級(jí)行星輪系：
三級(jí)行星輪系：
4.5 總的傳動(dòng)效率計(jì)算
查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-7得知：；
選擇的軸承有2個(gè)深溝球軸承6006，則 ；
選擇的軸承有3個(gè)深溝球軸承6007，則 ；
則總效率為:
電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)：
電動(dòng)機(jī)符合要求。
三級(jí)行星輪系的輸出功率：
三級(jí)行星輪系的輸入功率：
二級(jí)行星輪系的輸出功率：
二級(jí)行星輪系的輸入功率：
一級(jí)行星輪系的輸出功率：
一級(jí)行星輪系的輸入功率：
4.6 齒輪強(qiáng)度的校核
選擇齒輪的材料為，考慮到減速器越小就越容易安裝到螺栓擰緊機(jī)中，選取齒輪的模數(shù)為1。
計(jì)算各級(jí)輪系中心輪的最大轉(zhuǎn)速：
計(jì)算各級(jí)輪系中心輪的扭矩：
通過查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得知的許用接觸應(yīng)力，選擇每一級(jí)行星輪系的中心輪和行星輪進(jìn)行校核。
在a-c傳動(dòng)中，轉(zhuǎn)矩，在c-b傳動(dòng)中，。上述兩式中，a表示中心輪，c表示行星輪，b表示內(nèi)齒圈，k為行星輪的個(gè)數(shù)，指載荷不均勻的系數(shù)，取值為1.2.
4.6.1 對(duì)一級(jí)行星輪系校核
對(duì)于a-c傳動(dòng)，通過查《齒輪手冊(cè)》7-1得知：
使用系數(shù)
動(dòng)載系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù)
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù)
總工作時(shí)間
接觸壽命
許用接觸應(yīng)力
驗(yàn)算：
符合強(qiáng)度要求。
對(duì)于c-b傳動(dòng)，通過查詢《齒輪手冊(cè)》得知：
使用系數(shù)
動(dòng)載系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù)
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù)
總工作時(shí)間
接觸壽命
許用接觸應(yīng)力
驗(yàn)算：
符合強(qiáng)度要求。
4.6.2對(duì)二級(jí)行星輪系校核
對(duì)于a-c傳動(dòng)，通過查《齒輪手冊(cè)》得知：
使用系數(shù)
動(dòng)載系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù)
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù)
總工作時(shí)間
接觸壽命
許用接觸應(yīng)力
驗(yàn)算：
符合強(qiáng)度要求。
對(duì)于c-b傳動(dòng)，通過查《齒輪手冊(cè)》得知：
使用系數(shù)
動(dòng)載系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù)
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù)
總工作時(shí)間
接觸壽命
許用接觸應(yīng)力
驗(yàn)算：
符合強(qiáng)度要求。
4.6.3 對(duì)三級(jí)行星輪系校核
對(duì)于a-c傳動(dòng)，通過查《齒輪手冊(cè)》得知：
使用系數(shù)
動(dòng)載系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù)
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù)
總工作時(shí)間
接觸壽命
許用接觸應(yīng)力
驗(yàn)算：
符合強(qiáng)度要求。
對(duì)于c-b傳動(dòng)，通過查詢《齒輪手冊(cè)》7-1得知：
使用系數(shù)
動(dòng)載系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)
彈性系數(shù)
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
接觸最小安全系數(shù)
總工作時(shí)間
接觸壽命
許用接觸應(yīng)力
驗(yàn)算：
符合強(qiáng)度要求。
5 螺栓擰緊機(jī)的控制方法
5.1 扭矩傳感器
扭矩傳感器是對(duì)所有的旋轉(zhuǎn)與非旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件上對(duì)扭轉(zhuǎn)力矩感知的檢測。扭矩傳感器將扭矩的物理變化轉(zhuǎn)換成了精確電信號(hào)。扭矩傳感器可以應(yīng)用在制造粘度計(jì)，電動(dòng)扭力扳手，它具有頻響快，精度高，可靠性好，壽命長的特點(diǎn)。
5.2 擰緊過程中的控制方法
5.2.1 扭矩法
擰緊中扭矩法師最常用的一種方法。它是在彈性區(qū)利用扭矩與預(yù)緊力的線性關(guān)系進(jìn)行緊固控制。應(yīng)用扭矩法進(jìn)行擰緊的時(shí)侯，只對(duì)一個(gè)確定緊固扭矩進(jìn)行控制，使得扭矩法操作極其簡便。但是，緊固扭矩消耗在螺栓摩擦和支承面摩擦的在90%左右，真正作用在軸向預(yù)緊力方面的僅有大約l0％，扭矩法初始預(yù)緊力的離散度是隨著擰緊過程中摩擦等因素的控制程度而變化的，因此扭矩法離散度較大，適合一般零件的緊固，不太適合關(guān)鍵的，重要的零件的聯(lián)接。
5.2.2 扭矩轉(zhuǎn)角法
扭矩一轉(zhuǎn)角法是在擰緊時(shí)達(dá)到規(guī)定的貼合扭矩力，這種方法是通過轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓零件來達(dá)到規(guī)定的角度。盡管螺栓件摩擦系數(shù)對(duì)達(dá)到貼合扭矩?cái)Q緊出現(xiàn)的“階段預(yù)緊力”有影響，但是影響不大，同時(shí)螺栓摩擦系數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)角擰緊所產(chǎn)生的預(yù)緊力不會(huì)產(chǎn)生影響。
5.2.3 屈服點(diǎn)法
什么是屈服點(diǎn)法呢？屈服點(diǎn)法是利用扭矩轉(zhuǎn)角增量比，將緊固件擰緊到螺栓的屈服點(diǎn)。螺栓擰緊工具采用計(jì)算機(jī)電路將轉(zhuǎn)角和輸入扭矩進(jìn)行微分，生成扭矩一轉(zhuǎn)角曲線，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)停機(jī)的控制。屈服點(diǎn)控制法的擰緊質(zhì)量只跟螺栓的屈服強(qiáng)度有關(guān)。
5.3 擰緊過程的檢測
此擰緊機(jī)控制系統(tǒng)采用智能的閉環(huán)擰緊控制系統(tǒng)，因?yàn)閷?duì)由一個(gè)給定連接點(diǎn)產(chǎn)生夾具負(fù)荷的精確監(jiān)測的需要，系統(tǒng)需要扭矩角度的反饋。在直流電驅(qū)動(dòng)的時(shí)侯，施加的扭矩與輸入驅(qū)動(dòng)器電流成正比：
是電樞控制馬達(dá)中的電樞電流，或是勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)中的勵(lì)磁電流。所以，扭矩能夠通過電流計(jì)檢測計(jì)算出來。但在小扭矩應(yīng)用中，工件對(duì)驅(qū)動(dòng)軸施加的反向扭矩不能被忽視。這些傳感器根據(jù)扭矩的變動(dòng)范圍可以有不同的大小規(guī)格。電動(dòng)機(jī)安裝有一個(gè)編碼器，可以提供傳動(dòng)軸的角度方向和相應(yīng)的角速度。
6 結(jié) 論
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)生學(xué)習(xí)階段的一次彌足珍貴的將理論知識(shí)同實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次對(duì)螺栓擰緊機(jī)的設(shè)計(jì)，首先，我被這種在學(xué)習(xí)領(lǐng)域的探索所深深地吸引，讓我把以前知識(shí)再次拾起，把一些精髓的知識(shí)應(yīng)用到設(shè)計(jì)中來。其次，對(duì)于螺栓擰緊機(jī)，我從設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來看，它是一個(gè)將理論力學(xué)，機(jī)械設(shè)計(jì)等多學(xué)科的知識(shí)穿通道一起，并取舍一些重要的參數(shù)來完成這次設(shè)計(jì)的過程。在設(shè)計(jì)過程中，我對(duì)螺栓擰緊機(jī)的總體裝配圖進(jìn)行了細(xì)致的繪制，并且將一些重要的零件（動(dòng)力，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)）進(jìn)行了詳細(xì)的講解。通過對(duì)傳動(dòng)部分齒輪強(qiáng)度的校核，合理的選取齒輪的輪數(shù)，完成其設(shè)計(jì)。最后，對(duì)扭矩傳感器和角度和編碼器進(jìn)行簡單的講解，完成總的設(shè)計(jì)。
雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容多點(diǎn)，過程繁瑣，但是我得到了很好的收獲。對(duì)各種材料的使用條件，對(duì)各種零件的適用機(jī)構(gòu)，都認(rèn)真透徹的進(jìn)行了參考及選擇。針對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，將以前學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行了一定的串聯(lián)，把設(shè)計(jì)中應(yīng)用的理論知識(shí)進(jìn)行了深入細(xì)致的學(xué)習(xí)，完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)我的專業(yè)知識(shí)以及應(yīng)用，是一種莫大的鼓勵(lì)。
參 考 文 獻(xiàn)
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致 謝
本文在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，通過老師提供的資料，自己查詢的資料以及應(yīng)用課堂上學(xué)過的知識(shí)完成的。這些都將成為我受益終生的寶貴財(cái)富，學(xué)生在此向?qū)煴硎居芍缘母兄x！湯老師多次向我詢問我的設(shè)計(jì)進(jìn)程，有什么難點(diǎn)幫我細(xì)心地解答，幫助我開拓思路，他一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度 ，給了我極大的鼓舞。
同時(shí)還要感謝關(guān)心和幫助過我的同學(xué)，四年的生活讓我們結(jié)下了深厚的友誼，大四畢業(yè)在即，回想起機(jī)械學(xué)院的老師和同學(xué)那一份兢兢業(yè)業(yè)的精神，他們腳踏實(shí)地的學(xué)習(xí)的態(tài)度著實(shí)讓我受益匪淺。宿舍的舍友在我設(shè)計(jì)最瓶頸的時(shí)候給予了我最大的支持，是他們讓我懂得緊張之余的放松不失為一種好的學(xué)習(xí)方法。感謝他們給我的建議，四年的同窗生活走過了，但是我們的友誼卻是永遠(yuǎn)的留在我們的心窗，每當(dāng)生活和工作中遇到困難的時(shí)候，你們永遠(yuǎn)是我最大、最堅(jiān)強(qiáng)的后盾。
為期大半個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲了，我四年的大學(xué)生涯也將圈上一個(gè)句號(hào)。此刻我的心中卻有些悵然若失，那些同窗四年的舍友，那些傳授了我們最神圣的知識(shí)的老師即將和我們?cè)僖?，我的心中始終帶著那么一絲酸楚。四年間，每次走進(jìn)學(xué)習(xí)的教室都會(huì)讓我感受到一種親切熱情的氛圍。無論是學(xué)習(xí)、工作生活上的問題，同學(xué)們之間互相學(xué)習(xí)互相進(jìn)步，一一在目。也就是在這里，我學(xué)到了專業(yè)知識(shí)，學(xué)到了如何做人，學(xué)到了情意的所在。
最后，在此對(duì)所有幫助過我的同學(xué)和老師說一聲“謝謝”！
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