同步紧固装置的制作方法

本发明涉及一种传动设备设计制造领域，特别是涉及一种用于能够同时对多个螺钉进行紧固的自动化装置。

背景技术：

随着科技日益进步，各种行业由人为操作，不断转向机械化、自动化的生产方式转变。

通过调研发现，目前拧紧螺钉的方式和顺序，基本上是采用人工方式，逐个拧入，然后每个螺钉再循环渐进拧紧，但是这种人工紧定螺钉的方式会造成每个螺钉的有效紧固力不同，且人工紧定螺钉时，其对紧固力的大小的控制依靠经验和感觉，当紧固力过大时，容易造成被紧固件变形与失效，特别是在压力罐体及用多个螺钉来紧固薄壁结构的场合中。

现有技术中存在的同步拧紧螺钉的装置和设备，主要基于电机、液压及气动的传动，并配套有相应的控制系统。现有上述装置与装备其结构组成比较复杂，运动关系繁琐，可靠性不高，对环境指标的要求较高，且价格昂贵。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、调试方便的、可靠性高的螺钉同步紧固装置。

本发明同步紧固装置，包括单一动力源、基座、固定安装在基座一侧的固定轴、套装在所述固定轴上且能够相对所述固定轴转动的主动齿轮、若干个均能够与所述主动齿轮外啮合的从动齿轮、若干个能够与所述从动齿轮同步转动的传动轴以及与所述传动轴的一端部相连接且能够随所述传动轴同步运动的紧固件，所述紧固件用于连接被紧固件以实现对被紧固件的紧固，所述单一动力源用于向主动齿轮提供动力，

还包括保护结构，当施加在所述主动齿轮上的转矩小于或等于被紧固件的标准转矩时，通过所述保护结构，所述主动齿轮在所述单一动力源的作用下转动以实现对被紧固件的紧固作用，当施加在主动齿轮上的转矩大于被紧固件所需的标准转矩时，通过所述保护结构，所述主动齿轮能够脱离所述单一动力源的作用而停止转动，不再对被紧固件件施加紧固作用。

本发明同步紧固装置，其中所述保护结构包括套装在所述固定轴上的转矩盘以及固定设置在所述转矩盘上的第二弹性柱塞，所述主动齿轮上开设有与所述第二弹性柱塞相对应的凹坑，当施加在所述转矩盘上的转矩小于或等于被紧固件的标准转矩时，所述第二弹性柱塞能够嵌入到所述凹坑内以实现所述主动齿轮随所述转矩盘的同步转动，当施加在所述转矩盘上的转矩大于被紧固件所需的标准转矩时，所述第二弹性柱塞能够脱离所述凹坑，所述主动齿轮不再随所述转矩盘的转动而转动。

本发明同步紧固装置，其中所述第二弹性柱塞的一端固定在所述转矩盘的外周面上，其另一端为与所述凹坑形状相适配的自由端。

本发明同步紧固装置，其中所述转矩盘与所述主动齿轮在轴向方向上为刚性约束。

本发明同步紧固装置，其中所述主动齿轮以及所述转矩盘均能够相对所述固定轴在轴向方向上移动，以使所述主动齿轮进入或者脱离啮合。

本发明同步紧固装置，其中所述主动齿轮与所述固定轴之间以及所述转矩盘与所述固定轴之间均通过凸起与键槽的配合实现所述主动齿轮以及所述转矩盘相对所述固定轴在轴向方向上的移动。

本发明同步紧固装置，其中所述凸起沿轴向方向设置在所述主动齿轮以及所述转矩盘的内周面上，所述键槽开设在所述固定轴的外周面上且与所述凸起形状相适配；

或所述凸起沿轴向方向设置在所述固定轴的外周面上，所述键槽开设在所述主动齿轮以及所述转矩盘的内周面上且与所述凸起形状相适配，

且沿轴向方向上所述键槽的开设长度大于所述凸起的设置长度以实现所述凸起与所述键槽在轴向方向上的相对移动。

本发明同步紧固装置，其中所述转矩盘与所述固定轴之间设置有定位结构。

本发明同步紧固装置，其中所述定位结构为第一弹性柱塞，所述第一弹性柱塞的一端固定安装在所述转矩盘的一外侧面上，所述固定轴上与所述第一弹性柱塞相对应的位置上开设有沟槽，当所述转矩盘沿轴向向上移动至所述主动齿轮脱离啮合时，所述第一弹性柱塞的另一端能够嵌入到所述沟槽中以实现所述转矩盘在某一位置的固定。

本发明同步紧固装置，其中所述紧固件可拆卸地连接到所述传动轴上。

本发明同步紧固装置与现有技术不同之处在于本发明同步紧固装置使用单一动力源，主动齿轮带动多个从动齿轮运动，通过齿轮之间的啮合传动，以及从动齿轮与传动轴之间的同步转动，紧固件与传动轴的同步转动，实现对多个被紧固件的同步紧固，设置保护结构避免施加的转矩过大使得被紧固件产生变形。整个装置的结构简单，运动关系传递也非常简单，便于调试和装配，适用于批量生产，同时在使用时其对环境的要求也比较低，可以适用于各种场合作业；应用范围广，可以实现对不同种类的紧固件的紧固；紧固效率高，提高作业效率。

本发明同步紧固装置中保护结构为转矩盘与弹性柱塞，弹性柱塞能够嵌入和脱离主动齿轮上的凹坑，当施加在所述转矩盘上的转矩大于被紧固件所需的标准转矩时，所述第二弹性柱塞能够脱离所述凹坑，所述主动齿轮不再随所述转矩盘的转动而转动，紧固件不再对被紧固件施加紧固作用，实现对被紧固件的保护作用，避免被紧固件受力过大而变形；所述转矩盘与所述主动齿轮在轴向方向上形成刚性约束，提高两者之间同步转动的性能，保证运动传递的准确性；所述主动齿轮以及所述转矩盘能够在轴向方向上移动，使得所述主动齿轮进入或者脱离啮合，避免了在进行紧固之前，紧固件与被紧固件进行定位操作时，主动齿轮对上述定位操作产生干涉；通过凸起与键槽的配合实现所述主动齿轮以及所述转矩盘在轴向方向上的移动，设计简单，便于主动齿轮以及转矩盘的轴向运动；所述定位机构用于当主动齿轮脱离啮合时转矩盘以及主动齿轮在某一位置的固定，避免主动齿轮的轴向移动影响紧固件与被紧固件的定位操作；定位结构为一端固定在转矩盘外侧面上的第一弹性柱塞，其另一端为与固定轴上的沟槽相配合，其便于加工制作；所述紧固件可拆卸地连接到所述传动轴上，以实现对不同种类的被紧固件的紧固，扩大本装置的使用范围，同时也变于紧固件的维修与更换。

下面结合附图对本发明的同步紧固装置作进一步说明。

附图说明

图1为本发明同步紧固装置未设置保护结构时主动齿轮与从动齿轮处于啮合状态时的主视图；

图2为本发明同步紧固装置未设置保护结构时主动齿轮与从动齿轮脱离啮合状态时的主视图；

图3为本发明同步紧固装置中设置保护结构时的主视图；

图4为本发明同步紧固装置中保护结构的第二弹性柱塞嵌入凹坑内的剖视图；

图5为本发明同步紧固装置中在转矩盘与固定轴之间设置定位结构以及增加过渡齿轮时的主视图；

图6为本发明同步紧固装置中主动齿轮的立体图；

图7为本发明同步紧固装置中在其中一个实施例中凸起与键槽相配合/弹性凸块与凹槽相配合的剖视图；

图8为本发明同步紧固装置中在另外一个实施例中凸起与键槽相配合/弹性凸块与凹槽相配合的剖视图。

基座-1，从动齿轮-2，传动轴-3，延伸端-31，主动齿轮-4，导向面-41，承载面-42，固定轴-5，转矩盘-6，第二弹性柱塞-7，自由端-71，过渡齿轮-8，第一层齿轮-81，第二层齿轮-82，齿轮轴-83，第一弹性柱塞-9，紧固件-10，固定架-11，凹坑-12，凸起-13，键槽-14，弹性凸块-15，凹槽-16。

具体实施方式

本发明中，在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

本申请中，“上”为沿轴向方向向上的方位，“下”为沿轴向方向向下的方位；承载面：齿轮轮齿中间部分的齿形为标准齿形，标准齿形上用来承受负载的一面称作承载面；导向面：齿轮轮齿的两侧是刃口，分别由刃口逐渐过渡到标准齿形的两侧面称作导向面。

目前拧紧螺钉的方式和顺序，基本上是采用人工方式，逐个拧入，然后每个螺钉再循环渐进拧紧，但是这种人工紧定螺钉的方式其工作效率非常慢，并且会造成每个螺钉的有效紧固力不同，且人工紧定螺钉时，其对紧固力的大小的控制依靠经验和感觉，当紧固力过大时，容易造成被紧固件变形与失效，特别是在压力罐体及用多个螺钉来紧固薄壁结构的场合中，为解决上述问题，本发明提供了一种同步紧固装置，如如图1、图2所示，包括单一动力源、基座1、固定安装在基座1的一侧的固定轴5、套装在固定轴5上且能够相对固定轴5转动的主动齿轮4、若干个均能够与主动齿轮4外啮合的从动齿轮2、若干个能够与从动齿轮2同步转动的传动轴3以及与传动轴3的一端部相连接且能够随传动轴3同步运动的紧固件10，紧固件10用于连接被紧固件以实现对被紧固件的紧固，紧固件10的形状与紧固件10的形状相适配，单一动力源用于向主动齿轮4提供动力，结合图3所示，还包括用于保护被紧固件的保护结构，当施加在主动齿轮4上的转矩小于或等于被紧固件的标准转矩时，通过保护结构，主动齿轮4在单一动力源的作用下转动以实现对被紧固件的紧固作用，当施加在主动齿轮4上的转矩大于被紧固件所需的标准转矩时，通过保护结构，主动齿轮4脱离单一动力源的作用而停止转动，不再对被紧固件施加紧固作用。

优选地，单一动力源即只需要一个动力源即可实现，例如可以是比如一个人或一只手出力、一个电机而不是多个电机驱动，不需要加入电控或者加入的电控特别简单、成本很低。

优选地，固定轴5、主动齿轮4、从动齿轮2都安装在基座1的上侧，传动轴3的一端从上向下贯穿基座1后，向下延伸一段长度且形成一延伸端31，延伸端31在周向方向上刚性连接紧固件10。

优选地，为了实现对不同结构或者种类的紧固件10的固定，扩大本发明的应用范围，便于紧固件10的更换与维修，将紧固件10可拆卸地连接在固定轴5的延伸端31，例如螺纹连接。在本发明中，被紧固件优选为螺钉。

优选地，如如图1、图2和图3所示，基座1上与传动轴3相对应的固定设置有若干个固定架11，固定架11与基座1将从动齿轮2夹持在中间以限制从动齿轮2在轴向方向上的移动。具体地，传动轴3上与延伸端31相对应的另一端从下往上贯穿固定架11，固定架11的下表面抵在从动齿轮2的轮毂上，实现固定架11与基座1对从动齿轮2的夹持。

优选地，如图3结合图4所示，为了更好的实现对被紧固件的保护作用，保护结构包括套装在固定轴5上的转矩盘6以及设置在转矩盘6的外周面上的第二弹性柱塞7，主动齿轮4上开设有与第二弹性柱塞7相对应的凹坑12，当施加在转矩盘6上的转矩小于或等于被紧固件的标准转矩时，第二弹性柱塞7能够嵌入到凹坑12内以实现主动齿轮4随转矩盘6的同步转动，当施加在转矩盘6上的转矩大于被紧固件所需的标准转矩时，第二弹性柱塞7能够脱离凹坑12，主动齿轮4不再随转矩盘6的转动而转动。第二弹性柱塞7自由端71与凹坑12的配合，通过修改凹坑12的深和坡度、自由端71的预压力、凹坑12距离轴心的距离，可调节出被紧固件所需的标准转矩值。

进一步优选地，如图4所示，为了更好的实现转矩盘6与主动齿轮4的同步转动，第二弹性柱塞7的一端固定在转矩盘6的外周面上，其另一端为与凹坑12形状相适配的自由端71，自由端71优选地为球头。

优选地，为了更好的保证转矩盘6与主动齿轮4的同步转动性能，以保证两者之间运动传动的准确性，转矩盘6与主动齿轮4在轴向方向上设计成为刚性约束，使得两者的相对位置保持不变。

由于在紧固件对被紧固件进行紧固之前通常先进行两者之间的定位操作，在定位时，有时需要适度对紧固件10进行微调转动，以保证定位的准确，在对紧固件10进行微调转动时，从动齿轮2也会随之转动，如果主动齿轮4与从动齿轮2仍处于啮合状态，那么主动齿轮4就会对上述定位操作产生干涉，因此为避免上述干涉的发生，优选地，主动齿轮4要能够相对固定轴5在轴向方向上移动，同时转矩盘6也要能够相对固定轴5在轴向方向上上下移动，以使主动齿轮4进入或者脱离啮合。

进一步优选地，如图7和图8所示，为了实现主动齿轮4以及转矩盘6在轴向方向上的移动，在主动齿轮4与固定轴5之间以及转矩盘6与固定轴5之间均设置有凸起13与键槽14相配合的结构，其结构简单，可靠性高。

进一步优选地，在其中一个实施例中，如图7所示，凸起13与键槽14的结构形式可以为：凸起13沿轴向方向设置在主动齿轮4的内周面上，以及设置在转矩盘6的的内周面上(图中未示出结构)，键槽14开设在固定轴5的外周面上且与凸起13形状相适配；

在另外一个实施例中，如图8所示，凸起13与键槽14的结构形式为：凸起13沿轴向方向设置在固定轴5的外周面上，键槽14开设在主动齿轮4的内周面上以及设置在转矩盘6的内周面上(图中未示出结构)且与凸起13形状相适配，

且在两个实施例当中，沿轴向方向上键槽14的开设长度均大于凸起13的设置长度以实现凸起13与键槽14在轴向方向上的相对移动。

进一步优选地，凸起13与键槽14的组合结构设置两组，且两组呈相对设置的形式。

进一步优选地，凸起13可以是一体成型的设置在固定轴5或主动齿轮4以及转矩盘6上，也可以使分体设置，再固定安装。

进一步优选地，如图3结合图5所示，为了实现当主动齿轮4脱离啮合时主动齿轮4以及转矩盘6在某一位置的固定，避免主动齿轮4的轴向移动影响紧固件10与被紧固件的定位操作，转矩盘6与固定轴5之间设置有定位结构。

进一步优选地，如图5所示，为了制造的方便，定位结构为第一弹性柱塞9，第一弹性柱塞9的一端固定安装在转矩盘6的一外侧面上，固定轴5上与弹性柱塞相对应的位置上开设有沟槽，当转矩盘6沿轴向向上移动至主动齿轮4脱离啮合时，第一弹性柱塞9的另一端能够嵌入到沟槽中以实现转矩盘6在某一位置的固定，进而实现主动齿轮4在某一位置的固定。

进一步优选地，如图7结合图8所示，在主动齿轮4与固定轴5之间也可以设置定位结构，实现主动齿轮4与固定轴5、转矩盘6与固定轴5之间的双重定位，提高可靠性。

进一步优选地，如图7和图8所示，为了设计的方便，同时简化结构，定位结构为弹性凸块15与凹槽16的组合结构。

进一步优选地，在其中一个实施例中，如图7所示，弹性凸块15与凹槽16的布置形式为：弹性凸块15设置在主动齿轮4的内周面上，凹槽16开设在固定轴5外周面上且与弹性凸块15的形状相适配；

在另外一个实施例中，如图8所示，弹性凸块15与凹槽16的布置形式为：弹性凸块15设置在固定轴5的外周面上，凹槽16开设在主动齿轮4的内周面上且与弹性凸块15的形状相适配。

进一步优选地，为了提高定位的可靠性，弹性凸块15与凹槽16的组合结构设置两组，且两组呈相对设置的形式。

进一步优选地，弹性凸块15可以是一体成型的设置在固定轴5或主动齿轮4上，也可以使分体设置，再固定安装。

本发明同步紧固装置的工作过程如下：在对被紧固件例如螺钉进行紧固之前，首先在紧固件10与螺钉之间进行定位操作，将主动齿轮4和转矩盘6沿轴向向上移动至主动齿轮4与从动齿轮2脱离啮合，将紧固件10对准螺钉，然后将主动齿轮4与转矩盘6沿轴向向下移动，直至主动齿轮4以及从动齿轮2之间进入正确的啮合状态，然后给转矩盘6施加转矩，转矩盘6通过球头弹簧的球头与主动齿轮4的凹坑12配合实现主动齿轮4的同步转动，主动齿轮4转动带动从动齿轮2转动，从动齿轮2带动传动轴3转动，传动轴3转动将转矩传递到紧固件10上，紧固件10对被紧固件输出转矩，实现对螺钉的紧固，

当施加在转矩盘6上的转矩大于设定的转矩值时，第二弹性柱塞7的球头往柱塞里缩进，并脱离主动齿轮4上的凹坑12，转矩盘6不再给主动齿轮4传递设定的转矩，转矩盘6接着转过一定角度，第二弹性柱塞7上的球头又进入到主动齿轮4的凹坑12，为下一次使用做好准备。

实施例2

本实施例与实施例1在结构上区别在于：主动齿轮4与从动齿轮2的轴线相互平行而在轴向上相互错开，当主动齿轮4向着从动齿轮2运动时，其中一种情况是主动齿轮4的齿间间隙正好与从动齿轮2的轮齿重合，主动齿轮4与从动齿轮2均不用发生任何转动即可进入正常啮合；另有一种情况，主动齿轮4与从动齿轮2的轮齿中心线在数学意义上发生重合时，主动齿轮4与从动齿轮2无法进入啮合；还有一种情况，主动齿轮4与从动齿轮2的啮合时的相对位置介于上述两钟情况之间，即主动齿轮4的齿间间隙与从动齿轮2的轮齿相互错开且两齿轮的轮齿中心线不发生重合，主动齿轮4与从动齿轮2也无法进入正常啮合。鉴于上述三种情况，为了保证从动齿轮2与主动齿轮4的正常啮合，实现主动齿轮4与各个从动齿轮2形成稳定、可靠的啮合关系，需对轮齿的齿形作适当处理，在本实施例中，如图3结合图6所示，主动齿轮4与从动齿轮2的轮齿的两侧均为导向面41，导向面41为带刃口的倾斜面，中间为承载面42，这样当主动齿轮4与从动齿轮2开始啮合时，当主动齿轮4与从动齿轮2的轮齿中心线在数学意义上重合时，两个刃口为不稳定的线接触，刃口会通过变形而相互错开，从而变成两个斜面接触，在斜面的导向下顺利啮入，主动齿轮4对从动齿轮2产生出一个转矩，使各个从动齿轮2正转或者反转半个轮齿的角度；或者当主动齿轮4的齿间间隙与从动齿轮2的轮齿相互错开且两齿轮的轮齿中心线不发生重合时，主动齿轮4与从动齿轮2啮合时直接为两个导向倾斜面相接触，使得各个从动齿轮2正转或者反转小于半个轮齿的角度。即当主动齿轮4与从动齿轮2的轮齿的两侧为带刃口的导向倾斜面时，主动齿轮4与从动齿轮2啮合，使各个从动齿轮2作最多半个齿夹角的自由转动，保证主动齿轮4与各个从动齿轮2的稳定的啮合传动，并由承载面42来承受负载传递。

优选地，由于受齿宽的影响，斜面的夹角小于90度。

实施例3

本实施例与实施例1、实施例2在结构上的区别在于：如图5所示，为了使在输出转矩相同时减小输入转矩，从而达到省力效果，减少动力的输入，且可以改变输出转矩的转动方向，使其与输入转矩的转动方向相同，本发明还设置有若干个过渡齿轮8。具体地，基座1上固定安装有齿轮轴83，过渡齿轮8套装在齿轮轴83上且能够相对齿轮轴83转动，过渡齿轮8分别于主动齿轮4以及从动齿轮2外啮合。

进一步优选地，过渡齿轮8包括第一层齿轮81和与第一层齿轮81一体的第二层齿轮82，第一层齿轮81与第二层齿轮82呈垂直上下布置，第一层齿轮81用于与主动齿轮4啮合，第二层齿轮82用于与从动齿轮2啮合。此时主动齿轮4不再是安装在基座1的上表面上，而是距离基座1有段距离，并通过定位结构，比如弹性凸块15与凹槽16的组合结构(具体结构如前所述)，来实现主动齿轮4在某一位置的固定。当主动齿轮4与过渡齿轮8由脱离状态变成啮合状态时可减小从动齿轮2的自由转动角度，使被紧固件的旋转距离误差更小、被紧固件受力更均匀。

进一步优选地，为了保证过渡齿轮8与主动齿轮4、过渡齿轮8与从动齿轮2的稳定的啮合传动关系，对过渡齿轮8的轮齿也作如上述的处理，即过渡齿轮8的轮齿的两侧也为带刃口的导向面41，导向面41为倾斜斜面，中间为承载面42，这样当主动齿轮4与过渡齿轮8啮合时、过渡齿轮8与从动齿轮2啮合时，且主动齿轮4与过渡齿轮8的轮齿中心线、过渡齿轮8与从动齿轮2的轮齿中心线均在数学意义上相重合时，两个刃口为不稳定的线接触，刃口会通过变形而相互错开，从而变成两个斜面接触，在斜面的导向下顺利啮入，主动齿轮4对过渡齿轮8、过渡齿轮8对从动齿轮2产生出一个转矩，使各个从动齿轮2正转或者反转半个轮齿的角度；或者当主动齿轮4的齿间间隙与过渡齿轮8的轮齿、过渡齿轮8的齿间间隙与从动齿轮2的轮齿相互错开且两齿轮的轮齿中心线不发生重合时，主动齿轮4与过渡齿轮8、过渡齿轮8与从动齿轮2啮合时均直接为两个导向倾斜面相接触，使得各个从动齿轮2正转或者反转小于半个轮齿的角度。即当主动齿轮4、过渡齿轮8与从动齿轮2的轮齿的两侧为带刃口的导向倾斜面时，主动齿轮4、过渡齿轮8以及从动齿轮2啮合，使各个从动齿轮2作最多半个齿夹角的自由转动，保证各个齿轮稳定的啮合传动，并由承载面42来承受负载传递。

本实施例与实施例1、实施例2在使用过程中的区别在于：主动齿轮4在进行运动传递时，首先将运动传递给过渡齿轮8的第一层齿轮81，再由过渡齿轮8的第二层齿轮82将运动传递到从动齿轮2上。

本发明同步紧固装置可以对不同种类的被紧固件进行紧固，同时改变传动轴的延伸端的延伸长度或者紧固件的结构，可以实现不同平面内的被紧固件的同步紧固。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。