动车制动盘自动拧紧机设计

摘要

螺纹连接是众多行业在装配过程中广泛采用的连接方式，为提高装配质量，必须对螺栓拧紧过程进行准确控制。动车制动盘作为动车重要组成部分，其上螺栓的现有拧紧方式不能满足拧紧精度要求，因此本文针对动车制动盘装配过程中螺栓拧紧质量与效率问题研究了一套自动拧紧机。
　　本文首先对拧紧技术进行分析并确定总体设计方案。对螺栓拧紧理论进行分析，推导出轴向预紧力计算公式以及与扭矩、转角之间的关系，关系式表明预紧力与扭矩、转角均成正比关系，为拧紧策略的确定提供理论依据;确定螺栓拧紧过程，通过比较各种拧紧控制方法最终确定扭矩控制-转角监测的控制方法;基于自动拧紧机的工作原理，确定动车制动盘自动拧紧机的总体设计方案。
　　其次，对动车制动盘自动拧紧机机械结构进行设计。拧紧轴部分选取直流无刷电机作为动力源，并对其它模块进行了选型，重点设计输出轴内部结构，运用UG进行建模，计算并设计内部传动齿轮，对轴承部分选型，利用ANSYS有限元分析软件对输出轴进行强度校核，判断设计是否满足系统要求;对反力装置进行了结构设计与ANSYS强度校核;将拧紧机各部分连接并制成样机;另外，本文提出双轴拧紧方案，运用UG建模软件设计出一套柔性夹具与平衡器相连，并应用ANSYS分析软件对夹具的强度进行了校核。
　　然后，根据扭矩-转角法的控制方案，设计了自动拧紧机控制系统。重点对控制系统的硬件和软件进行设计，硬件方面包括控制部件的选型以及电机驱动、扭矩角度采集等部分控制电路的设计;软件方面确定了自动拧紧机的控制流程，应用Keil软件对STM32进行程序的编写，实现了扭矩-转角法，运用MATLAB仿真软件对程序中转速PID控制进行仿真分析;另外，针对双轴拧紧方案确定了控制系统的原理与控制流程。
　　最后，针对单轴拧紧机样机搭建实验平台并进行了拧紧实验，通过实验观察以及对实验中扭矩测量值的分析，表明该拧紧机运行平稳，并且拧紧精度可以达到3％，符合设计要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及研究的目的意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题研究的目的和意义

1．2 自动拧紧机国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究觋状

1．3 本文研究的主要内容及创新点

第2章 拧紧技术分析及总体方案设计

2．1 螺栓拧紧理论分析

2．1．1 轴向预紧力的确定

2，1．2 轴向预紧力与扭矩的关系

2．1．3 轴向预紧力与螺母转角的关系

2．2 螺栓拧紧过程及控制方法

2．2．1 螺栓拧紧过程

2．2．2 扭矩控制法

2．2．3 扭矩-转角控制法

2．2．4 屈服点控制法

2．2．5 螺栓伸长量控制法

2．2．6 不同拧紧控制策略比较

2．3 动车制动盘自动拧紧机方案设计

2．4 本章小结

第3章 动车制动盘自动拧紧机机械结构设计

3．1 拧紧轴结构设计

3．1．1 动力源

3．1．2 减速机构

3．1．3 扭矩传感器

3．1．4 输出轴的设计与校核

3．2 反力臂的设计与校核

3．3 拧紧机各部分的连接

3．4 双拧紧轴柔性夹具的设计与校核

3．4．1 柔性夹具的设计

3．4．2 柔性夹具的校核

3．5 本章小结

第4章 自动拧紧机的控制系统设计

4．1 自动拧紧机的控制系统原理

4．2 控制系统硬件设计

4．2．1 主控单元

4．2．2 显示模块

4．2．3 电机控制模块

4．2．4 扭矩采集与处理

4．2．5 角度检测

4．3 控制系统软件设计

4．3．1 系统软件总体方案

4．3．2 系统初始化

4．3．3 拧紧模块

4．3．4 拧松模块

4．3．5 转速反馈测量

4．3．6 转速PID控制仿真分析

4．3．7 转角检测程序设计

4．3．8 程序中扭矩的获得和显示

4．3．9 程序对误差的消除

4．4 双轴控制系统设计

4．4．1 双轴控制系统原理

4．4．2 双轴控制系统的流程

4．5 本章小结

第5章 拧紧实验及结果评定

5．1 调试平台的搭建

5．1．1 电机转速的调试

5．1．2 扭矩采集的调试

5．1．3 转角采集的调试

5．2 实验平台的搭建

5．3 实验数据的统计与分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利

致谢