专利名称：拧紧防转工装及其设计方法
技术领域：
本发明属于机械行业，特别涉及到拧紧螺栓等部件时所用的工装及其设计方法。
技术背景汽车装配生产线上普遍应用单轴大力矩(80Nm以上)的自动拧紧扳手(气动或电 动)对汽车发动机凸轮轴的正时齿轮螺栓进行拧紧作业，此扳手在使用过程中通常会 遇到以下问题1、因为扳手的扭力较大，所以扳手的反作用力也会很大，工人在高 生产节拍下难以用手握紧，产生安全隐患；2、正时齿轮螺栓是固定在能自由转动的 凸轮轴上的，在扳手扭转过程中凸轮轴会随之转动，很难将螺栓拧紧。为解决上述问 题，传统的做法是将发动机的凸轮轴利用卡紧工装固定，同时利用一个竖直吊架将扳 手固定以防止扳手反转，该吊架通过一滑轨吊挂在生产线侧上方，可以自由水平移动， 方便工人操作。但是上述吊架必须做的很粗大才能承受住扳手的反力，拧紧时由于扳 手反转力的作用，吊架仍有较大幅度的摆动，影响拧紧角度的数据采集以及安全；同 时因为凸轮轴不能承受过大的拧紧力矩，也不允许产生大的形变，上述传统做法容易 因固定位置不当而对凸轮轴造成很大的应力形变，可能造成工件损伤及发动机相位角 的偏移，而针对此类情况目前尚无好的解决方法。 发明内容本发明的第一个目的是提出一种结构简单、易于工人安全操作，同时能避免损坏 轴类工件的拧紧防转工装。本发明的拧紧防转工装包括刚性固定连接的扳手固定部和工件固定部，所述工件 固定部设置有可伸入至工件内部空隙处的卡爪或可将工件外侧包住以固定工件的卡 钉，工件固定部的中部设置有供扳手套筒伸出的通孔；所述扳手固定部固定在工件固 定部的后端，扳手固定部设置有用于限位和固定扳手的限位及固定结构。本发明的拧紧防转工装与电动或气动拧紧扳手配合使用。在使用本发明的拧紧防 转工装时，工件固定部的卡爪或卡钉将工件与工装固定，扳手与扳手固定部固定，扳 手套筒从工件固定部中部设置的通孔处伸出，并与工件上的螺栓或螺母固定。这样就 可以同时对待拧紧工件和扳手进行固定，将螺栓或螺母对扳手的反作用力重新传递到 工件上，使工件、扳手、工装三者组成的系统外力为零，避免了因为拧紧所需力矩较 大而造成的工件转动、扳手不易握紧的弊端，保证拧紧的质量和工人的安全；同时因为工件固定部是针对工件特别设计的，其受力点是根据工件的材料、形状来选取的， 所以不会对工件造成损伤；工件固定部的通孔设置在中部，可以保证扳手与工件之间 施力均衡，工人容易操作。所述工件固定部可以为盘状结构，工件固定部的中部设置有供扳手套筒伸出的通 孔，工件固定部的前端设置有凸出的卡爪。此种工件固定部适用于内部有孔的工件， 卡爪可伸入到工件内部对工件进行限位固定。所述工件固定部还可以为一侧开口的桶状结构，工件固定部的底部中央设置有供 扳手套筒伸出的通 L，工件固定部的内侧面上设置有向内突出于内侧面的卡钉。此种 工件固定部适用于外侧有齿轮等结构的工件，卡钉可以与齿轮啮合，对工件进行限位 固定。所述卡爪或卡钉至少为三个，并在圆周上均匀分布，以保证扳手在拧紧作业时对 工件施力均匀。所述扳手固定部的前部为一个中空的套筒，套筒的后部设置有带有半圆形缺口的 限位台，所述限位台与一半圆形限位环利用螺栓固定连接，限位台半圆形缺口的中心 轴线垂直于所述套筒的轴线。套筒、限位台和限位环相互配合，可以在套筒的轴向、 切向及径向三个互相垂直的方向上对扳手进行限位、固定，利用简单的结构就可以保 证扳手与工件之间的配合精密度，保证拧紧的准确性，特别适用于凸轮轴正时齿轮的 螺栓等精度要求高的场合。所述扳手固定部和工件固定部可以是一体结构的，加工方便；所述扳手固定部和 工件固定部还可以通过螺栓固定连接，这样可以根据工件或扳手的不同随时进行调 整，适用于试产等变动较多的工作场合。本发明的第二个目的是提出上述拧紧防转工装的设计方法。本发明的拧紧防转工装的设计方法关键在于包括如下步骤A、选取工件受力点a、 根据装配的设计要求来确定拧紧工件所需要的扭矩大小；b、 根据待拧紧工件的具体形状来选取待拧紧工件上的受力点；c、 根据所选的受力点与工件轴心的距离、a步骤中所确定的扭矩和受力点的个 数，来确定该受力点在拧紧时所承受的最小力，受力点所承受的最小力=该受力点 在拧紧时所需承担的扭矩/该受力点与工件轴心的距离；5d、 根据工件受力点处的材料的强度特性来判断该受力点是否能承受C步骤中 所计算出来的最小力；e、 若c步骤中所选取的受力点不能承受在拧紧时所需的最小力，则选择其他 的受力点进行C、 d步骤的计算；f、 重复b e步骤，直到找到合适多个受力点；B、 根据工件的形状及所选取的受力点的位置来设计拧紧防转工装的工件固定部；C、 根据所使用的扳手的形状来设计拧紧防转工装的扳手固定部。 上述A步骤中至少在工件上选取三个受力点，以保证工件受力均衡，防止因受力不均对工件造成损伤。上述设计方法通过对受力点的受力分析，确保所选取的受力点能够承受拧紧工件 所需的最小力，避免在拧紧过程中对工件造成损坏。本发明的拧紧防转工装及其设计方法，解决了传统拧紧工具及做法的不足，使工 人可以方便、省力地进行作业，减少了安全隐患，提高了工作效率和精度，同时不会 对工件造成损伤，可以广泛应用于汽车生产线等场合。
图1是实施例1的拧紧防转工装的工件固定部的结构示意图； 图2是实施例1的拧紧防转工装的扳手固定部的前部结构示意图； 图3是实施例1的拧紧防转工装的扳手固定部的后部结构示意图； 图4是实施例1的拧紧防转工装的侧视图； 图5是实施例2的拧紧防转工装的工件固定部的正面视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图来详细说明本发明。 实施例h -如图1 4所示，本实施例的拧紧防转工装包括扳手固定部和工件固定部，所述 工件固定部为盘状结构，工件固定部的中部设置有供扳手套筒伸出的通孔l，前端设 置有凸出的卡爪2，卡爪2共有三个，为长条形结构，并在圆周上呈均匀分布；所述 扳手固定部的前部为一个中空的套筒4，套筒4的后部设置有带有半圆形缺口的限位 台8，限位台8半圆形缺口的中心轴线垂直于所述套筒4的轴线，所述限位台8与一 半圆形限位环6利用螺栓7固定连接，形成一个圆形限位结构，以限制扳手与工装轴向、切向及周向相对运动；扳手固定部和工件固定部通过安装在螺栓孔3和5处的螺 栓进行固定连接。在使用本实施例的拧紧防转工装时，工件固定部的卡爪2伸入到工件的内部(例 如正时齿轮的减重孔处)，将工件与工装固定，扳手臂通过限位环6与扳手固定部固 定，扳手套筒依次从扳手固定部的套筒4、工件固定部中部设置的通孔l处伸出，并 与工件上的螺栓或螺母固定。这样工件施加给扳手的反作用力会依次经由扳手臂、限 位环6和限位台8、套筒4、工件限定部加到工件上，使工件、扳手、工装三者组成 的系统外力为零，避免了因为拧紧所需力矩较大而造成的工件转动、扳手不易握紧的 弊端，保证拧紧的质量和工人的安全；同时因为工件固定部是针对工件特别设计的， 所以不会对工件造成损伤；工件固定部的通孔设置在中部，可以保证扳手与工件之间 施力均衡，工人容易操作。实施例2:如图5所示，与上述实施例不同的是，本实施例的工件固定部为一侧开口的桶状 结构，工件固定部的底部中央设置有供扳手套筒伸出的通孔1和用于固定的螺栓孔3， 工件固定部的内侧面上设置有向内突出于内侧面的卡钉9,所述卡钉9为长条形结构， 在使用时该工件固定部的卡钉9与工件外周的齿轮啮合，对工件进行限位固定。实施例3:本实施例公开了上述实施例的拧紧防转工装的设计方法，并以凸轮轴正时齿轮作为具体的工件来举例说明，其设计过程包括如下步骤 A、选取工件受力点a、 根据装配的设计要求来确定拧紧工件所需要的扭矩大小一一此扭矩设计为 l躍m;b、 根据待拧紧工件的具体形状来选取待拧紧工件上的受力点----正时齿轮的受力点可以选在减重孔的边缘处，以正时齿轮的中心为对称点对称选取三个受力点；c、 根据所选的受力点与工件轴心的距离、a步骤中所确定的扭矩和受力点的个 数，来确定该受力点在拧紧时所承受的最小力，受力点所承受的最小力=该受力点在拧紧时所需承担的扭矩/该受力点与工件轴心的距离------根据测量得知，所选取的受力点离中心距离约为50mm，通过计算，受力点处所受最小力为(110/3)/0.05=730N;d、 根据工件受力点处的材料的强度特性来判断该受力点是否能承受c步骤中所计算出来的最小力——该正时齿轮的材料为粉末冶金，根据其材料特性可知该受力点可以承受730N大小的力；e、 若c步骤中所选取的受力点不能承受在拧紧时所需的最小力，则选择其他 的受力点进行c、 d步骤的计算--一因为d步骤中的受力点可承受计算出来的最小 力，所以该步骤省略；f、 重复b e步骤，直到找到合适多个受力点；B、 根据工件的形状及所选取的受力点的位置来设计拧紧防转工装的工件固定部 一一根据减重孔的形状，决定采用实施例l所述的工件固定部，其卡爪的形状根据正 时齿轮的减重坑位置和形状来设计；C、 根据所使用的扳手的形状来设计拧紧防转工装的扳手固定部------采用实施例1所述的扳手固定部，其具体形状根据扳手形状来设计。至此，设计工作完成。
权利要求
1、一种拧紧防转工装，其特征在于该工装包括刚性固定连接的扳手固定部和工件固定部，所述工件固定部设置有可伸入至工件内部空隙处的卡爪或可将工件外侧包住以固定工件的卡钉，工件固定部的中部设置有供扳手套筒伸出的通孔；所述扳手固定部固定在工件固定部的后端，扳手固定部设置有用于限位和固定扳手的限位及固定结构。
2、 根据权利要求l所述的拧紧防转工装，其特征在于所述工件固定部为盘状结构，工 件固定部的中部设置有供扳手套筒伸出的通孔，工件固定部的前端设置有凸出的 卡爪。
3、 根据权利要求2所述的拧紧防转工装，其特征在于所述卡爪至少为三个，并在圆周上均匀分布。
4、 根据权利要求l所述的拧紧防转工装，其特征在于所述工件固定部为一侧开口的桶状结构，工件固定部的底部中央设置有供扳手套筒伸出的通孔，工件固定部的内 侧面上设置有向内突出于内侧面的卡钉。
5、 根据权利要求4所述的拧紧防转工装，其特征在于所述卡钉至少为三个，并在圆周 上均匀分布。
6、 根据权利要求1或2或3或4或5所述的拧紧防转工装，其特征在于所述扳手固定部的 前部为一个中空的套筒，套筒的后部设置有带有半圆形缺口的限位台，所述限位 台与一半圆形限位环利用螺栓固定连接，限位台半圆形缺口的中心轴线垂直于所 述套筒的轴线。
7、 根据权利要求6所述的拧紧防转工装，其特征在于所述扳手固定部和工件固定部是 一体结构的。
8、 根据权利要求6所述的拧紧防转工装，其特征在于所述扳手固定部和工件固定部通 过螺栓固定连接。
9、 一种拧紧防转工装的设计方法，其特征在于该方法包括如下步骤A、 选取工件受力点a、 根据装配的设计要求来确定拧紧工件所需要的扭矩大小；b、 根据待拧紧工件的具体形状来选取待拧紧工件上的受力点；c、 根据所选的受力点与工件轴心的距离、a步骤中所确定的扭矩和受力点的 个数，来确定该受力点在拧紧时所承受的晕小力，受力点所承受的最小力=该受 力点在拧紧时所需承担的扭矩/该受力点与工件轴心的距离；d、 根据工件受力点处的材料的强度特性来判断该受力点是否能承受c步骤中 所计算出来的最小力；e、 若c步骤中所选取的受力点不能承受在拧紧时所需的最小力，则选择其他 的受力点进行c、 d步骤的计算；f、 重复b e步骤，直到找到合适多个受力点；B、 根据工件的形状及所选取的受力点的位置来设计拧紧防转工装的工件固定 部；C、 根据所使用的扳手的形状来设计拧紧防转工装的扳手固定部。
10、 根据权利要求9所述的拧紧防转工装的设计方法，其特征在于A步骤中至少在 工件上选取三个受力点。
全文摘要
本发明的目的是提出一种结构简单、易于工人安全操作，同时能避免损坏轴类工件的拧紧防转工装及其设计方法，该工装包括刚性固定连接的扳手固定部和工件固定部，所述工件固定部设置有可伸入至工件内部空隙处的卡爪或可将工件外侧包住以固定工件的卡钉，工件固定部的中部设置有供扳手套筒伸出的通孔；所述扳手固定部固定在工件固定部的后端，扳手固定部设置有用于限位和固定扳手的限位及固定结构。该工装的设计方法中最关键的步骤是通过强度计算来选取工件受力点，以保证不会对工件造成损坏。本发明的拧紧防转工装使工人可以方便、省力地进行作业，减少了安全隐患，提高了工作效率和精度，同时不会对工件造成损伤，可以广泛应用于汽车生产线等场合。
文档编号B23P19/00GK101530960SQ20091003847
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者曾庆华, 朱学更, 力 李, 韩可飞 申请人:奇瑞汽车股份有限公司