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自动轴头螺母拧紧机原理分析及设计

【摘要】为了提高车轴的制造质量，在装配车轴时，一直采用

气动定扭扳手工锁紧轴头螺母，轴头螺母的扭矩无法精确控制，以

及无法实现边拧紧轴头螺母，边通过转动车轴轮毂，通过轮毂带动

大小圆锥滚子轴承外圈进行旋转，从而保证轴承的装配质量。保证

车轴的正常使用寿命，延长维护时间。基于此，本文主要设计一种

非标自动轴头螺母拧紧机。

【关键词】自动；轴头螺母；拧紧机；原理

在汽车车轴轴头部分的总成装配过程中，轴承预紧力是通过旋

转专用的轴头锁紧螺母，选择一定厚度的垫片，在轴向上加一定的

推力来实现的。预紧力大小的控制是由锁紧螺母拧紧产生的轴向力

来实现的，给圆锥滚子轴承提供定值预紧力，以保证轴承正常运转。

预紧力过大，则传动效率低且加速轴承磨损发热，轴承的使用寿命

大大缩短；预紧力过小则影响轴承的装配精度，同样会影响轴承的

使用寿命。因此装配时需在保证施加在锁紧螺母的扭矩值在规定的

范围内以保证其汽车车轴轴头与轴承的装配预紧力也在规定范围

之内，同时为了保证在旋转轴头锁紧螺母时，在到达规定扭矩时，

边推动圆锥滚子轴承轴向移动的同时，边旋转圆锥滚子轴承外圈，

才可以保证轴承的装配质量，确保车轴关键零部件轴承的使用寿

命。可见锁紧螺母的装配方法对车轴整体的性能有着非常重要的影

响。

1拧紧机工作原理

设备在实际拧紧过程中扭矩信号由扭矩传感器采集，通过放大

器放大为标准电信号，由a/d模块转换为数字信号，通过一系列先

进的算法进行分析、比较、运算后由主控单元发出控制指令控制伺

服驱动系统，再由伺服驱动系统驱动伺服电机动作，拧紧过程得以

实施。整个系统构成一个完整的闭环控制系统，保证了拧紧的精度

可以控制在4-3%以内。

2电动机轴电动拧紧机设计方案

2.1拧紧机具体技术指标

2.1.1在达到密接扭矩前轴头螺母的拧紧紧速度以较高的转速

旋进（120转/分以上）；达到密接扭矩后以较低的转速旋进。轮毂

反向旋转速度20～30转/分。轴头螺母的目标拧紧力矩即主拧紧轴

的扭矩120～160n.m。轮毂的反向拧紧力距即副拧紧轴扭矩100n.m。

2.1.2扭矩控制精度≤±3%，角度精度±2%

2.1.3系统正常拧紧螺栓时间不大于20秒钟；满足生产节拍≤1

分钟/件。

2.1.4具有正向拧紧、反向拆卸功能，反向拆卸轴头螺母时不旋

转轮毂。

2.1.5具有轴头螺母扭矩上限、下限，密接扭矩和目标扭矩的设

定功能。

2.1.6反向旋转轮毂的轴具有变位功能，要求手动变位，变距范

围285mm，335mm两种。

2.2拧紧机整体结构及组成部件

本拧紧机整体为悬挂式轴头螺母拧紧机，结构自上而下分别包

括横向和纵向导轨、纵轨滑车、横向滑车、刚性吊挂和平衡器、导

柱和导套、操纵箱总成、电控柜。

2.2.1拧紧机吊挂部分根据用户现场及要求设计，保证现场工位

使用的要求。总体由横向和纵向导轨、纵轨滑车、横向滑车、刚性

吊挂和平衡器、导柱和导套，整体结构：由横向和纵向导轨、纵轨

滑车和横向滑车、平衡器、刚性吊挂、导柱和导套组成，整个升降

过程手动控制、操纵箱升降行程500ram（可选）。操纵箱前后左右

位置移动灵活，不同型号产品位置通过工装调整。

2.2.2操纵箱总成采用六轴立式结构，由外到里由箱门及操作面

板、壳体、拧紧轴、操纵手柄等组成。

3自动轴头螺母拧紧机的配置与设计

3.1硬件部分

所有的驱动电机、驱动器为日本原装松下产品、扭矩传感器为

德国试达默、信号放大器美国进口芯片、控制模块采用日本原装三

菱plc、低压电气采用siemens和abb产品、监控单元采用凌华15

寸液晶一体化工作站。所有硬件的选择满足工艺加工的要求，并留

有充分的余量。操作面板上设有正在拧紧指示灯、合格指示灯、超

限报警指示灯、伺服报警指示灯、手动正/反转开关、复位按钮、

急停开关。分别说明如下：

3.1.1正在拧紧指示灯：显示正在拧紧工作状态。

3.1.2合格指示灯：拧紧合格后指示灯亮。

3.1.3超限报警指示灯：拧紧扭矩不合格时指示灯亮。

3.1.4伺服报警指示灯：伺服部件出现过流、过压、过载等现象

时指示灯亮。

3.1.5手动正/反转开关：