一种力矩扳手疲劳试验装置

一种力矩扳手疲劳试验装置

杨翔麟①侯天祥②王峰③田兴宇④张良 ⑤

科德数控股份有限公司  辽宁 大连 166000

摘要：针对人工检测力矩扳手使用寿命时，试验力度不精准，采集的数据不稳定、不可靠等问题，通过solidworks等软件设计了一种力矩扳手疲劳试验装置，可对其进行安全有效的寿命试验，保证扳手满足国家标准规定的技术要求，研究结果对力矩扳手试验装置的设计与研究有着重要意义。

关键词：力矩扳手；疲劳检测；使用寿命

力矩扳手广泛应用于造船、冶金、化工、桥梁、机械等行业，特别是在一些高压管道、压力容器和法兰的螺栓联接中，为了增强可靠性和紧密性，绝大多数螺纹在联接时都要用力矩扳手来施加预紧力。力矩扳手的生产企业必须定期对所生产的力矩扳手进行各项性能试验，其中寿命试验是至关重要的一项，而靠人力进行疲劳试验，无法对数据进行稳定的采集，影响检验质量。因此，为了提高数据稳定性，提高检验质量，必须要研制自动化设备。

本文基于实际的应用环境，为了对力矩扳手疲劳试验的数据进行稳定的采集，避免人工模拟检测的误差，设计了一种力矩扳手疲劳试验装置，为力矩扳手性能试验装置的设计与研究提供了依据。

1 试验装置分析

使用solidworks的草图绘制、拉伸、旋转、扫描等实体建模功能构建疲劳试验装置各零件三维模型【1】，如图1。包括了测试台架，数控控制系统，力矩技术分析系统，输出端模拟使用方式固定，尾端与伺服电机凸轮头连接。通过上述技术方案，解决了现有技术中分析力矩扳手真实使用寿命与使用过程中力矩扳手的数据稳定性采集困难的问题，同时此设备还能够测试不同规格的力矩扳手，提高了装置的通用性。

图1 疲劳试验装置整体外观图

2 零部件的设计

2.1 工作台

工作台是整个试验装置的基础，工作台包括水平的台面、4个支腿及4对拉筋，4个支腿采用Q235碳素钢方管，固设于台面的下表面。4对拉筋同样采用Q235方管，用于提高整体刚性。

其中数控控制系统安装于工作台上表面边缘处。试验台面上等间隔分布各螺纹孔用于联接固定定位柱、垫块、弹簧推杆固定座等部件。工作台与驱动件的重合处需要开设至少两个腰型孔，腰型孔内穿设有连接螺栓，连接螺栓和驱动件螺纹连接。腰型孔位于多个长条孔围成的空间中心处，其长度方向和自然状态下力矩扳手的轴线垂直【2】。

2.2 安装座

安装座用于固定力矩扳手，是整个试验装置的固定端。其材质采用45号钢，整体热处理要求HRC40-50防止磨损，表面发蓝处理。

安装座底部开设有螺栓孔，螺栓孔和试验台面上等间隔的安装孔连通，调节安装座和不同位置的安装孔相连，能够实现对不同长度力矩扳手的固定。安装座右端开设有供力矩扳手套筒插入的插孔，插孔的横截面为六方型，使得力矩扳手和插座不易相对转动，同时力矩扳手能够快速插入插孔，该快插形式操作简单，提高工作效率。

2.3 驱动机构

驱动机构是驱动力矩扳手自由端以力矩扳手固定端为中心往复偏转的机构，包括凸轮、驱动凸轮转动的驱动件以及回位机构。

2.3.1 驱动件

驱动件用于驱动凸轮转动，优选为伺服电机。伺服电机竖向固设于工作台面的下方。伺服电机于工作台上的位置可调节，伺服电机上设置有电机连接件，伺服电机通过电机连接件和台面连接。台面上开设有多个长条孔，电机连接件上设有六角螺钉，六角螺钉贯穿长条孔后和六角螺母连接，实现对伺服电机的固定安装【3】。通过沿长条孔的长度方向移动六角螺钉，可以调节伺服电机的安装位置，进而能够实现对不同规格凸轮的驱动。

2.3.2 回位机构

回位机构包括复位弹簧和导向杆以及连接座，主要作用是使力矩扳手始终和凸轮接触。其中导向杆和复位弹簧与凸轮相对设置，分别设置与力矩扳手的两侧，并且导向杆轴线要和初始状态下力矩扳手的轴线垂直；复位弹簧的一端和连接座固定，另一端和导向杆连接且导向杆靠紧力矩扳手的一端设有垫块，防止力矩扳手往复碰撞损坏导向杆【4】；连接座底部要开设条形孔，通过螺栓使连接座和工作台连接，可沿条形孔的长度方向移动连接座，便于随伺服电机的位置调整连接座的位置，进而能够实现对不同扭力下力矩扳手的回正复位。

3 测试方法

现测量一种力矩扳手A的疲劳度，根据力矩扳手A的长度将安装座和工作台上对应位置处的安装孔进行对准，将安装座固定在工作台上，随后将力矩扳手A的固定块和安装座采用快插的方式连接在一起，实现对力矩扳手A固定端的固定；

根据力矩扳手A的外径调整凸轮和伺服电机的位置，将凸轮的圆心点和力矩扳手接触，通过伺服电机带动凸轮同步移动实现对力矩扳手A的推动，随着力矩扳手A的转动，力矩扳手上显示出不同的扭力值，当力矩扳手A上显示的扭力值和需要测试的扭力值相等时，固定伺服电机和回转机构的位置，使得复位弹簧自然状态下，导向杆的端部和力矩扳手A接触；

将数控控制系统和伺服电机以及力矩扳手A电连接，设定伺服电机的输出数据，并在数控控制系统中设定扭力扳手每次扭力输出数据采集及数据信息分析。多次试验，可分析出力矩扳手的真实使用寿命。

4 结尾

本装置为力矩扳手的疲劳试验装置，通过驱动机构带动力矩扳手做往复运动，同时用数控控制系统采集稳定可靠的扭力输出数据，能准确的分析出不同偏转角度下力矩扳手的真实使用寿命。解决了人工试验力度不精准，数据不稳定等问题，是力矩扳手疲劳试验的合理选择。

在solidworks设计环境中，模拟了力矩扳手疲劳试验装置的设计过程，介绍了关键零部件的材料选择，性能要求和技术要求。对力矩扳手性能试验装置的设计研究具有重要的参考意义。

参考文献

[1] 陈涉．SolidWorks2005中文版基础与应用教程[M]．北京：电子工业出版社，2006:160~220．

[2] 徐灏．机械设计手册[M]．北京：机械工业出版社，2007:28~29．

[3] 乔立新．车工工艺学[M]．长沙：湖北大学出版社，2010.20~40.

[4] 周光万．机械制造工艺学[M]．成都：西南交通大学出版社，2010.16~53.

第一作者简介：杨翔麟，1996年生，男，助理工程师，研究方向为机械制造及工艺装备。