设计-机原设计大作业

螺钉自动拧紧装置

一一电动可调力矩扳手

学院：机电学院

专业：机械设计制造及其自动化

辅导老师：

班级：

组长：

组员：

西北工业大学

2013年5月

、八、▲

刖S

人们在长期的生产实践和社会生活中，为了节省劳动提高效率，不

断改进所使用的工具从而创造和发明了机械和机械科学。然而在当今

社会使用机器进行生产的水平已成为衡量一个国家生产技术水平和

现代化程度的标志之一。其中机械设计扮演着很重要的角色。

总过程设计本着以下原则：

1.满足功能性要求机械设计的目的就是要实现预定的目标。

2.满足可靠性要求为不使机械在于预期时间内发生破坏、零件过度磨

损、变形而导致失效强烈的震动和冲击而损坏机器的工作性能为保

证人身和财产安全对机械的整体设计及零部件的强度设计都做了

严格的要求。

3.满足经济要求:机械产品的经济体现在设计、制造、销售和使用的全

过程产品的成本很大程度上取决于设计阶段。本设计在保证机器质量

的前提下,降低了原材料的消耗，在满足要求的前提下,采用了价格低

廉的原材料,采用标准零部件并充分考虑其工艺性以减少加工成本。

此次课程本组主要设计电动可调力矩扳手通过本组成员的努力，我们

设计出了比较理想的方案并对其进行了理论分析和数据计算理论数

据和分析详见说明书。

编者2013-5-10

目录

一.设计任务及设计要求................................4

二.机构运动简图及基本原理............................5

三.机构分析..........................................6

（一）原动部分.....................................6

（二）执行部分.....................................6

换向器..........................................9

自动禺合器.....................................10

四.总结及概括.......................................12

--设计任务及设计要求

1.设计任务：设计一种可实现力矩在一定范围内可调的电

动定力矩扳手。画机构简图、编写说明书、进行局部机构仿

真。

2.功能特点：①便携式手持工具②力矩可调③使用效率高

④可换向⑤使用范围广

3.约束条件：①重20kgi②体积（可手执）③l」5N.m范

围内可调④使用电机较小（手执工具）较便宜（＜二500元）

⑤自动对正⑥预准较准确（偏差＜5%）

电动力矩扳手设计过程

设计过程流程图

二.机构运动简图及基本原理

经过计算及改进设计，我们最终方案（在后文中与其他

设计方案作对比说明）的机构简图如下。直流电机由电池供

电经二级减速器降速升扭，经主轴传动至换向器（实现正反

转切换松开工作），换向后传到扭转头。转动，即可拧紧或

松开螺钉。

电动机经过行星轮系减速升扭，增大扭矩。通过调节换

向器可以改变扳手的拧动方向。通过调节离合器中的弹簧压

缩量来控制力矩扳手的力矩大小，当拧动螺丝到所调力矩

时，离合器中的钢珠从小坑中滚出来，沿轨迹打滑，实现自

动离合。

执行部分传动部分原动部分

二级减速一级减速II

Z4=40

「

电动机

Tzo

—z

—。邛

Z0nrI

离

合

换向器

—

IzoxZ0

I上1

I，Z2E0LJ|

JLZ3=601I

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

三.机构分析

（-）原动部分

原动部分我们从以下方面考虑：1,转速大（有减速

升扭空间）2.初始扭矩不能太小，扭矩太小的话，无法升到

理想扭矩值。3.经济实惠，能考虑用直流电动机最好

所以我们经过扭矩的换算，使用DM」2sp型电机，额

定电压为24V,额定电流12A,转速3600r/mim,输出功率

P=200W,扭矩11.7NM.

（-）执行部分

执行部分为一可拆换式扭转头，前端四方或六角槽连接所需

加紧的螺母。标注直径后端可插入力矩扳手主体前端，与传动主

轴相连，从而在主轴带动下做旋转运动从而加紧螺母。同理，若

是前端换位螺丝刀头可以对应的进行螺栓的加紧。

四方转头3d图示

设计要点

■扭转头可换——对于标准的方头/六角螺母或者是螺栓，常

用尺寸均配备一个可换扭转头或螺丝刀头，工作时对应装

卸。

■转头内四方边倒角——内四方孔卡于螺母之上，带动螺母

转动实现拧紧动作。内边缘应对应设计较大倒角便于操作

工拧紧时，工具与待拧螺母的对正，节约工时，生产效率

高。

（三）传动部分（减速器、换向器、自动离合器）

减速器部分我们采用两级变速

减速器仿真图

所有齿轮全都均使用标准齿轮;

二款底速一级减速

24=40

齿轮ZOZ4:模数m=l

（Z0=20：Zl=60：Z2=40:Z3=60;

Z4=40）;）;

一级减速器和二级减速器一样，

减速比都为4,所以总传动比为16.

根据行星轮传动关系得"皿=-马

例一①HZ]

_+Z｛（L）3

4+Z3

根据扭矩和功率的转换关系式，得电机输出扭矩

Me=9549&.

n'

一级变速后的扭矩为丁1=M•i一级•〃

（〃为行星轮系的传递效率，取0.98.）

一■级减速以后二15r/s=94.25rad/s.

扭矩升到2.059N.m;

二级减速器减速比为4,13

是由两对减速比为2的

3

齿合齿轮组成的。传动比为:

77

_乙2-4

I一~

Zo

二级变速后扭矩为：七二十•'二级•K

（K为二级变速的传动效率系数，取0.97）

经过二级减速后，扭矩升到8.23N.m,转速降到

3.75r/s=23.56rad/s.

较高的转速保证了，使用中的高效，以及8.23nm的转矩

使得其在家庭使用及轻工业中能够应对一部分的螺丝加紧

问题。

换向器

换向器由三个相同小齿轮的齿数为15，大齿轮的齿数为

20,模数均为1O图中固连Z1齿轮的轴1与电机相连传递

动力，固连Z4齿轮的轴2与工作转头相连驱动执行部件旋

转。在换向的时候扳动手柄，连接在下面三个齿轮上的三角

板切换正反转。

自动离合器

原理：圆球在弹簧的压迫下紧密贴合在下端盖孔中，上下端

盖可相对转动。通过调节弹簧压缩量Ax。调节加载在小钢

球上的预加力F。,工作时在Fo作用下小球带动下端面转动,

当达到所调力矩T1时，钢球从下端面槽中脱离，在圆球轨

道内打滑，不再夹紧。

通过实验确定弹簧压缩量Ax与扭转头传出扭力T之间

的关系即可连接表盘进行调节，实现定力矩夹紧。

自动离合器平面示意图：

具体使用时通过手扭动扳手外壳上的调节转盘，带动丝杠前

后移动，丝杠前端与弹簧相连。从而通过丝杠的移动调节弹簧的

压缩量。弹簧压缩量转换为离合器上的正压力，反应在小球上，

从而限制了小球运动时所能传递到离合器下半部分的最大扭矩。

当实际扭矩超过最大扭矩时，离合器自动脱离。

通过实验建立压缩量与离合器最大传递扭矩建立关系，并标

注在于扳手外表和调节表盘上。用户只需扭动调节转盘调至所需

加紧值时便可直接使用。

转动调节转盘带动丝杠

前后移动以调节弹簧压

共3个立

四.总结及概括

电动力矩扳手有使用便携，效率高，可换向，工作效率

高等优点。在市场上有很多这类的电动扳手电动扳手主要应

用于钢结构安装行业，专门安装钢结构高强螺栓，高强度螺

栓是用来连接钢结构接点的，通常是用螺栓群的方式出现。

使用时操作方便、省时省力、扭矩可调，有很大的市场前景。

由于知识水平的限制以及时间的紧迫，我们所设计的产

品还有一些不完善的地方，但是我们的设计理念却是值得肯

定的。我们自己设计出来的东西不论怎样都有成就感，以后

我们会继续努力改进完善。

通过这段时间的设计，我受益匪浅，不仅在学问方面有

所提高，而且在为人处事方面有了更多的认识。当我们遇

到一个问题时，首先不能畏惧，而是要对自己有信心，相信

通过自己的努力一定能解决的。就象人们常说的在战略上藐

视它。但是在战术上的重视它。通过慎重的考虑认真的分析,

脚踏实地去完成它，克服重重困难，当你成功实现目标时，

那种成就感一定会成为你成长的动力。这次设计的题目是

电动扳手。主要是确定机械传动系统的方案，通过减速器机

构到换向机构，再传到离合器，带动工作头旋转，从而实现

螺栓的定力矩自动加紧。

这次设计课程不仅让我加深了对机械原理理论课程的

理解和认识，更培养了我用理论知识去解决实际问题的能

力