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1、上海应用技术学院本科毕业设计说明书摘 要 在能源，交通，冶金，化工，矿山及其他行业的设备安装，检修工作中，装拆大规格螺栓比较困难；有些螺栓安装在空间非常窄小的地方无法用加长力臂或用锤击的方法紧固和拆卸螺栓；有些设备长期使用在比较潮湿的地方，螺栓锈蚀严重无法用人工拆卸，因而难以检修；在架空管道和高空设备构架上紧固和拆卸螺栓，工作人员虽然戴着安全带也难以用上力，要安全地完成工作非常困难；据设备管理权威机构统计，在设备运行故障中有50%以上是因为螺栓问题引起的，因螺栓问题而造成设备重大事故的数量也非常惊人，因此新的设备安装和检修规范对螺栓紧固的力矩要求比较严格，而用人工方法难以达到要求。液压扭矩扳手
2、作为一种大直径螺栓的装配工具，已经被广泛应用于冶金、机械、电力、化工、铁路、造船、桥梁、锅炉等行业的重要螺栓联接的安装及拆卸维修，其中最重要的特点就是输出扭矩的较大，工作效率较高。本文主要对大扭矩液压扳手结构进行设计，包括液压缸的设计，棘轮机构的设计及强度校核等。关键词：液压扭矩扳手，油缸，棘轮机构 AbstractIn the energy, transportation, metallurgy, chemical, mining equipment and other sectors of the installation, maintenance, installation more d
3、ifficult dismantling bolt; some bolt is arranged in the space is very narrow place cannot be lengthened arm method or hammering fastening and disassembly bolt; some of the equipment used for a long time in the more humid areas, bolt the severe corrosion can not use manual disassembly, so it is diffi
4、cult to repair; fastening on the overhead pipeline and aerial equipment frame and remove the bolts, staff while wearing the safety belt is also difficult to use force, to safely complete the job very difficult; according to the equipment management authority statistics, in the operation of equipment
5、 failure is more than 50% for bolt the number of major accidents, caused by bolt is also very amazing, so the installation and maintenance of the new code of bolt tightening torque requirements more strict, and using artificial methods to achieve the requirements of.Hydraulic torque wrench as an ass
6、embly tool for large diameter bolts, installation and disassembly repair important bolt connection has been widely used in the industry of metallurgy, machinery, electric power, chemical industry, railways, shipbuilding, bridge, and boilers, one of the most important characteristics of the output to
7、rque is large, high work efficiency. This paper mainly carries on the design of hydraulic wrench structure, including the design of the hydraulic cylinder, a ratchet mechanism design and strength check.Keywords: hydraulic torque wrench, hydraulic cylinder, a ratchet mechanism目录摘 要IAbstractII第一章 绪论-
8、1 -1.1 研究目的和意义- 1 -1.2 课题研究的现状和发展趋势- 1 -1.2.1 国内外液压扳手的发展历程- 1 -1.2.2 液压扳手研究现状及发展趋势- 2 -1.3 液压扭矩扳手工作原理- 3 -1.4 液压扳手执行机构的工作原理分析- 4 -1.4 本课题主要研究的内容- 5 -第二章 液压扳手摆动油缸机构的设计计算- 6 -2.1 机构分析- 6 -2.2 拧紧力矩与工作摆角的设计计算- 6 -2.3 液压缸参数的计算- 9 -第三章 棘轮机构设计- 13 -3.1棘轮机构(ratchet mechanism)的基本型式和工作原理：- 13 -3.2棘轮机构的特点及应用：-
9、 13 -3.3 棘轮机构的分类方式- 13 -3.4 棘轮尺寸的设计计算及强度的校核- 15 -3.4 棘抓尺寸的设计计算及强度的校核- 17 -第四章 弹簧的设计- 18 -4.1主动爪弹簧的设计计算：- 18 -6.2 压缩弹簧稳定性验算：- 20 -4.3压缩弹簧强度验算：- 20 -4. 4共振验算- 21 -4.5普通圆柱形螺旋弹簧的技术要求- 21 -4.6锁块弹簧的设计计算- 21 -4.7压缩弹簧稳定性验算- 22 -4.8缩弹簧强度验算- 22 -第五章 壳体部件的优化设计- 23 -5.1 壳体部件的优化设计的作用- 23 -5.2 壳体部件的优化设计的方法- 23 -第
10、六章 液压扳手的应用研究- 26 -6.1 国内液压扭矩扳手的应用状况- 26 -6.2 反力点的选择- 26 -结论- 28 -致 谢- 30 -IV第一章 绪论1.1 研究目的和意义随着社会的不断进步，在工业生产、基础设施建设等方面，螺纹联接的应用越来越广泛，螺纹联接的质量也日益受到重视。螺纹联接时的预紧目的在于增强螺纹联接的刚性、紧密性、防松及防滑。预紧及预紧力的控制是确保螺纹联接质量的关键。控制预紧力的常见方法有力矩法、螺母转角法、测定螺栓伸长法和螺栓预伸长法。通过液压扳手实施的力矩法、螺母转角法由于具有可靠、方便、快捷的特点而被广泛采用。 大直径螺纹联接拆装及预紧力控制所需扭矩十分巨
11、大，三门峡水电厂水轮机转子法兰盘螺栓装配力矩实测最高达52000 N m。普通人手工通过扳手所能施加的扭矩一般不超过500 N m 。这种情况下一般采用大锤击打来实现作业。这种作业方式不仅劳动强度大，生产效率低下，并且产生剧烈的震动和巨大的冲击力，经常会对紧固件造成致命的伤害，使紧固件报废，影响安装或者维修进度。并且不可避免的损伤到相邻的零部件，甚至直接破坏整个工程结构的力学平衡，带来不可估量的损失。此外，很多大扭矩螺栓的现场工作条件恶劣，空间有限，手工作业根本无法胜任。整体式大扭矩液压扳手具有结构紧凑、扭矩重量比大、操作方便、安全可靠、适用于多种工作对象的优点而被广泛应用于有空间要求的大直径
12、紧固件的拆装作业。1.2 课题研究的现状和发展趋势1.2.1 国内外液压扳手的发展历程 西方发达国家在二十世纪四五十年代就开始了对液压扳手的研制。1946年1 月英国专利GB606391 为最早出现的关于液压扳手的专利。其权利要求为手动的整体式液压扳手以连杆铰接驱动，虽然该扳手整体尺寸较大，输出扭矩较小，但开了现代大扭矩闭式液压扳手专利之先河。闭式液压扳手根据传动形式不同可分为单齿啮合间歇传动、多齿啮合间歇传动和齿式连续传动三种。齿式棘轮机构间歇传动是应用最广、最为典型的单向传动机构形式。美国人 John K.Junkers 先后申请了美国专利US4201099 ，英国专利GB2028204
13、，德国专利DE2916497 ，澳大利亚专利AU4532779 ，其权利要求体现在连杆一端以万向球头形式与活塞联接，另一端与主动臂铰接，主动臂下端即为粗大单齿棘爪驱动棘轮间歇单向转动；并设置铰接于壳体的防逆转棘爪装置和固接于壳体的反作用臂结构。现在国内生产的雷恩牌液压扳手传动形式就是采用这种单齿棘爪结构。为了克服单齿啮合传动容易导致齿面应力集中而失效的不足，更多的设计者采用了多齿啮合间歇传动的结构形式。2001年英国人More Nicholas 的国际专利W00196072 ，该专利的权利要求在于柱塞式活塞杆端设置连杆与主动臂铰接，以主动臂内安装的多齿棘爪块驱动棘轮转动。以上两种齿式间歇传动的
14、优点与缺点一样集中于“间歇”，液压扳手的单向间歇传动限制了其工作效率的进一步提高，研制能够连续高效工作的液压扳手成为研究人员的努力方向。齿式棘轮机构连续传动即为双动式棘轮机构，基本原理为装有两个主动棘爪的主动臂不是绕棘轮的转动中心，而是绕主动臂与两个棘爪联接点之间的某一轴心摆动，从而在其向两个方向往复摆动的过程中分别带动两个主动棘爪，两次驱动棘轮转动，即实现了液压扳手的连续转动。1.2.2 液压扳手研究现状及发展趋势 国外的液压扳手发展时间较长，积累了丰富的设计、加工及使用方面的经验，英国、美国、德国的液压扳手占据了全球百分之九十以上的市场份额。在技术创新方面，专业生产液压扳手的跨国公司有着无
15、可比拟的优势。John K.Junkers 把双动式棘轮首先应用于实践，于2002年推出了HYTORC公司的全球第一款能够连续转动的液压扳手HYTORC XXI，代表着液压扳手的最高技术水平。 我国在八十年代末消化吸收引进的液压扳手基础上研制成功了WJB系列液压扳手，到目前为止就液压扳手与内部结构有许多国内研究学者成功申请了中国专利，但专利的数量及技术方面均处于液压扳手研制的初级阶段。因而我国尚不能拥有先进液压扳手的自主知识产权，占领国内市场的主要为美国、英国的各类型液压扳手。而国内虽然也有几家公司生产液压扳手，但产品大多以测绘、仿制国外知名品牌液压扳手为主。市场需求的不断增长，对液压扳手的质量、可靠性等提出了更高的要求。研制具有结构合理紧凑、扭矩重量比大、高度集成化、液压与控制系统超高压化等优点的液压扳手是众多研究人员的目标。针对中国工业企业实际使用液压扳手人员培训不力、操作不规范、使用随意性大等情况，开发研制能较好的符合中国市场需要，又体现上述优点的产品是未来中国液压扳手的发展趋势。1.3 液压扭矩扳手工作原理 液压扭矩板手工作需要动力机构和执行机构一起协作完成。其中动力机构由电动油泵站提供，液压扳手则是作为执行机构。扳手与泵站之间是靠高压油管连接，而扳手上的油管接头采用了3600x1800旋转接头设计，这种巧妙的设计理念使得扳手可
