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1、数字力矩扳手的设计与实现 本科毕业设计 论文 题目：院 （系）： 专 业： 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2010年6月目 录中文摘要I英文摘要II主要符号表I1 绪论11.1前言11.2力矩扳手的研究现状11.3课题背景41.4本课题主要的研究工作42 数字力矩扳手设计方案及工作原理63 数字力矩扳手机械结构设计73.1 主要零件结构设计73.2 装配结构设计94 数字力矩扳手强度的计算及校核104.1 扳手头部弯曲应力及弯曲变形量的计算与校核104.2 套管弯曲应力的计算机校核135 数字力矩扳手力矩测量系统的设计145.1 电源电路的设计14选择14设计155.2 电阻应变片
2、测量电路的设计15变片的工作原理15变片的选择17变片的贴法18量195.3 信号放大电路的设计21大器的选择21设计225.4 峰值保持电路的设计23选择23设计245.5 A/D转换模块和液晶显示模块的选择255.6数字力矩扳手总体电路的设计27原理图的设计27的设计28路接线图的设计296 电动力矩扳手的设计316.1技术背景316.2设计特点316.3工作原理327结论33参考文献34致谢36毕业设计（论文）知识产权声明37毕业设计（论文）独创性声明38附录39 数字力矩扳手的设计与实现摘 要电阻应变效应/D转换、液晶显示等模块进行了设计及选择，最后对电动力矩扳手的机械结构及工作原理进
3、行了简单介绍，并对数字力矩扳手的发展前景作出了展望。通过上述方法，完成了一种数字力矩扳手的设计，并实现了力矩值实时显示的功能。关键词：Design and Implementation of numerical torque spannerAbstractDigital-indicate torque wrench is a kind of bolt tightener with function of torque measure and comparatively precise control of the magnitude of torque. Although it has bee
4、n applied widely in installation disassembly and servicing of many important bolts joins in many industries, such as machine，construction，electric power, etc, there are still a lot to be improved with digital-indicate torque wrenches. The most important is magnitude of torque cannot be shown in real
5、-time. So this thesis devised a digital-indicate torque wrench with real-time displaying function.First of all, the mechanical construction and sensors measuring system of a digital-indicate torque wrench were designed. Then the size design and strength check of major parts were completed. The torqu
6、e measurement was implemented by applying the principle strain Through design and implement of signal process、A/D conversion、LCD display，etc，indicating value tracing function can be fulfilled. In the end, this thesis described the structure of electric torque wrench and principle and made a developm
7、ent foreground forecast of digital-indicate torque wrenchThrough above method, a digital-indicate torque wrench was designed, which has real-time displaying function.Key Words: numerical；Torque spanner; Strain Gauges; Torque; Signal processing主 要 符 号 表 电阻DC-DC 直流电源变换器 电压 力 弯矩 距离 极矩、电阻率 截面积 直径 半径 半径、
8、电阻 极惯性矩 应力 抗扭截面系数 许用应力 弹性模量 弯曲变形量 长度 截面积 应变 应变灵敏系数1 绪论手的研究现状力矩扳手按驱动方式开分为两类：手动扳手，机动扳手。文献1将手动扳手分为三大类：定值式力矩扳手、指示表式力矩扳手和电子数显力矩扳手。定值式扭矩扳手的功能简单,精度较低,精度一般为士4% ,但价格较便宜。这类扭矩扳手是装配作业中较早使的产品 ,因为生产技术容易掌握,制造生产的厂商也很多。指示表式扭矩扳手精度一般在士3% ,它主要解决了定值式扭矩扳手没有的扭矩测量功能,并提高了测量精度。电子数显扭矩扳手国际上出现于20世纪90年代初,它很好地解决了以上两类扭矩扳手功能简单、使用精度
9、低的明显不足。由于电子数显扭矩扳手的高精度、多功能和具有与计算机传输数据的功能,使得电子数显扭矩扳手充分满足了现代工业发展的需求,很好地解决了机械式扭矩扳手在紧固件拧紧控制中不能解决的问题。现在的国内外厂商是采用应变测量原理生产的电子数显扭矩扳手都存在耗电量大和力臂长度改变严重影响测量精度的两大问题,这样就给使用中带来了很多的不便2-10。文献11、12分别介绍了力矩放大扳手的工作原理及应用场合。力矩放大扳手又称加力扳手或增力扳手，是一种用于紧固或拆卸螺母的专用工具。使用这种扳手，操作人员只需施加很小的力，即可得到2-70倍的输出扭矩，从而便捷的完成螺栓螺母的紧固和拆卸工作。它广泛应用在造船、
10、冶金、化工、桥梁、机械等行业。在这些行业中，有些螺栓安装在空间非常窄小的地方，无法用加长力臂或锤击的方法紧固和拆卸;有些设备长期在潮湿的地方使用，螺栓锈蚀严重，无法用人工拆卸，因而难以检修。力矩放大扳手作为重要的力矩控制工具，发展却相对缓慢。力矩放大扳手第一次出现是在二十世纪七十年代。一九七五年，日本在北京举办的工业展览会上首次展出了“特尼扳手”，即一种大扭矩的变扭扳手，引起国内外的注意。七十年代末日本、美国、德国等工业发达国家已有定型的大扭矩变扭扳手产品供应市场。其中能力最大的20一180P0型特尼扳手，最大输出扭矩达到1800.NnI。西德是生产大扭矩扳手最多的国家，形成了系列，畅销全世界
11、。仅购买西德一家公司生产的大扭矩扳手的厂家，全世界就有7000多个，其产品最大输出扭矩高达5000.Nm。七十年代末国内也有些单位开始研制、生产和应用力矩放大扳手。广州文冲造船厂、北京重型电机厂等一些单位首先开始研制，并取得了初步成果。一九七九年装甲兵战时技术保障经验交流会上，有四个单位送展了七种大扭矩变扭扳手，其中88352部队研制的一、二、三级力矩放大扳手结构较先进，体积较小，工作也较可靠。一九八O年装甲兵正式批准该种扳手的设计定型。一九八二年底在7450工厂投产SO0kg力矩放大扳手400个，配备到拆装工程车上。上海人民工具三厂于一九七九年开始仿制、生产Z一300力矩放大扳手，其最大输出
12、扭矩为300.Nm，重量7.6kg，效率85士%5，减速比i 12.4。现在市场上能买到的力矩放大扳手产品，国内的主要有:扬子工具XVR系列扳手 放大比4一70，输出扭矩1500一20000.NnI ，扬子工具EDS系列电动定扭矩扳手、EDwS系列电动弯头定扭矩扳手 ，输出扭矩1500一20000.Nm ，宜昌市赛洋机械制造有限公司YSBZ系列扳手 放大比4一95，输出扭矩150020000.Nm 等。国外的有:意大利“BETA”公司系列力矩放大扳手，德国艾马集团K牌K Too1S 扳手 手动输入型输出扭矩最高可达9700.Nm最大放大比40 ，美国CentralToolS等。美国加利福尼亚州
13、圣何塞市Mountz公司生产的电动力矩放大扳手有预置扭矩功能，既可精确控制所需扭矩大小，也可同时控制旋转角度。另外，美国海泰斯公司 Hydartightsweneey 也在螺栓紧固及相关设备方面有相当强的研发能力，提供的力矩倍增器、液压力矩扳手等产品己占有很大的市场。目前，国外的力矩放大扳手产品已向自动化、轻型化方向发展，而智能化已是其发展趋势。国内在仿制的基础上，也已开始向自动化方向发展。力矩放大扳手的基本原理是利用一个行星轮系来放大力矩，达到省力的目的。之所以采用行星轮系结构，是因为行星轮系可以采用齿轮内啮合，而内啮合能提高空间利用率，可在较小的空间里实现较大的传动比，单位功率重量也轻。它
14、最经济，不需要任何能源，不对环境产生污染，无噪音，完全可以代替大锤和大撬杠，可以减少工作人员，减轻体力劳动强度，从这个意义上讲可成倍地提高劳动生产率。随着工业技术的发展，各种规格、型号的机动扳手如液压扳手、气动扳手、电动扳手在产品装配生产线上得到广泛应用，这些机动扳手可以显著地提高工作效率，大大减轻工作强度13。文献14简单介绍了气动扳手的工作原理及现状。气动扳手是以压缩空气为工作介质，用来拧紧和拆卸螺纹紧固件.气动扳手由于使用方便、成本低、无污染等优点，在汽车、船舶等各行业的装配中得到广泛应用. 目前，国外的一些风动工具生产厂商己经生产了具有扭矩控制的气动扳手且扭矩控制精度一般较高。如美国的Aimc。公司的uxT系列气动液压扳手是一种输出扭矩可以控制的扳手，扭矩控制精度高;美国的DePrag公司的 SensomatUita系列气螺刀也是扭矩控制的气动扳手。国内也
