膨脹螺栓裝配機螺母工位裝配裝置的設計與仿真

李秋生 孟君 畢文悅 楊睿哲

摘 要：膨脹螺栓裝配機中的螺母工位裝配裝置由螺母裝配裝置與擰緊裝置組成。基于Creo軟件，對兩種裝置的機構進行三維建模，并采用ADAMS軟件對螺母套入螺桿過程進行仿真分析，從而能夠較為清晰地顯示螺母裝配過程中角度是否合理，機構設計方案是否具有可行性。

關鍵詞：機構設計；螺母裝配；Creo；ADAMS

引言

膨脹螺栓是主要用于建筑行業的一種特殊螺紋連接件，能夠將設備的支架或底座固定在混凝土基礎、梁或板上[1]。膨脹螺栓一般由螺桿、脹管、平墊、彈墊、螺母組成，膨脹螺栓生產企業一般把五種零件裝配為成品整體出售。膨脹螺栓裝配機是通過機械、電器、氣動相結合，將螺桿、脹管、平墊、彈墊、螺母組裝在一起的一種設備，主要由送料裝置，螺桿、脹管、平墊、彈墊工位裝配裝置，螺母工位裝配裝置，裝配輸送帶構成。

螺母工位裝配裝置由螺母裝配裝置、螺母擰緊裝置兩部分組成，由于螺母的特殊結構，需要將螺母套入螺桿后，進行二次擰緊。因此，螺母裝配在整個裝配工作中既是重點，又是難點。經過研究比較，設計采用了鏈式輸送連續裝配方式，連續式裝配方式使螺母的預擰緊、擰緊過程都是在行進中完成，大大提高了工作效率[2]。

1 螺母裝配裝置的組成及工作原理

1.1 螺母裝配裝置總體結構設計

螺母裝配裝置主要由螺母導槽、螺母推塊、螺母活嘴、螺母活嘴卡、給料傳感器、氣缸組成。圖1為螺母裝配裝置三維模型圖，其中螺母工位安裝平臺通過支撐桿固定在裝配機機架上。

1-螺母導槽；2-螺母推塊；3-螺母活嘴調節架；4-螺母工位安裝平臺；5-螺母活嘴安裝塊；6-螺母活嘴；7-銷軸；8-開口銷；9-扭轉彈簧；10-螺母活嘴卡；11-給料傳感器；12-氣缸

1.2 關鍵零件結構設計

如圖2所示，螺母導槽傾斜放置，右上方與膨脹螺栓裝配機送料裝置相接，以實現螺母的順利給料，中間部分作為螺母的滑道。

如圖3所示，螺母推塊中U型凹槽的作用是安裝氣缸推桿，工作時，氣缸推桿推動右側正方形板左右往復運動，使其將螺母推入螺母活嘴。

如圖4所示，螺母活嘴中間貫通，作為螺母滑道，螺母經中間滑道落入活嘴下端U型凹槽處。凹槽右側伸出兩臂，其作用是裝配過程中支撐螺母。

5 螺母活嘴卡

如圖5所示，螺母活嘴卡通過扭轉彈簧安裝在螺母活嘴頂端，旋轉角度可調。其作用是螺母裝配時，在螺母上方壓住螺母，防止螺母套入螺桿時飛出裝配輸送帶。

1.3 螺母裝配裝置工作原理

螺母經裝配機給料裝置進入螺母導槽，經滑道落入螺母導槽末端。螺母導槽中部裝有給料傳感器，作用是檢測螺母是否通過滑道。本設備采用連續式給料，前方螺母進入螺母導槽末端后，給料傳感器檢測到后方螺母進入滑道，傳遞信號給裝配機電控系統，系統經過信號處理驅動固定在導槽末端的氣缸，氣缸推動螺母推塊使前方螺母進入螺母活嘴，前方螺母經活嘴中滑道進入U型凹槽處，進行裝配。同時后方螺母經滑道進入導槽末端，等候下一輪裝配。

根據圖4可知，螺母活嘴一側耳中設有長條孔，通過螺栓與螺母將螺母活嘴與螺母活嘴調節架連接在一起，兩側耳中均設有通孔利用銷軸與開口銷連接于螺母活嘴安裝塊，使螺母活嘴旋轉角度可調，以調節螺母即將套入螺桿時的傾斜角度。螺母在U型凹槽處呈傾斜狀態，與水平面有一定夾角。因此，螺母套入螺桿過程如圖6所示。

1.4 基于Creo和ADAMS的螺母裝配過程的建模和運動仿真分析

1.4.1 螺桿與螺母的建模

在完成螺母裝配裝置零部件的設計和裝配設計工作后，要進行仿真工作。螺桿與螺母主要由Creo軟件建立三維模型，如圖7所示。將裝配體模型在Creo中另存為X_T格式，然后啟動ADAMS軟件，在對話框中導入X_T文件，給每一個零件添加運動副，如表1。然后給螺桿添加一個驅動力，運用ADAMS進行仿真[3]。

1.4.2 螺母裝配過程仿真結果

當螺母傾斜角度為45°時，仿真后得到如圖8所示結果。

通過仿真可以看到當螺母傾斜角度為45°時，在不同時刻螺母的不同位置，即可了解螺母的裝配情況。實際工作中，不同型號螺母裝配可根據仿真結果適當調節螺母活嘴的旋轉角度，以實現順利裝配。

2 螺母擰緊裝置設計

螺母擰緊裝置包括搓母連接板支架、搓母連接板、拉伸彈簧、挫母板，其結構如圖9所示。其中，支撐桿固定在裝配機機架上。

由圖9可知，搓母板固定在搓母連接板上，搓母板為輪齒形結構，工作時，輪齒與螺母菱形結構相嚙合，隨著螺母向前運動，螺母在輪齒作用下轉動，達到與螺桿擰緊的目的，其擰緊過程如圖10所示。搓母連接板支架與支撐桿相連，固定在裝配輸送帶。拉伸彈簧兩側分別連接搓母連接板與搓母連接支架，其作用是擰緊螺母時提供張緊力，保證裝配結束后，螺母連接板能夠回到原來的位置。

3 結束語

文章以鏈式膨脹螺栓裝配機的螺母裝配裝置、螺母擰緊裝置為研究對象，對裝置各部分機械結構進行了詳細設計，具體論述了各機械部分組成和需要實現的功能，并運用Creo軟件進行三維實體建模。同時利用ADAMS仿真軟件對螺母裝配過程進行仿真分析，清楚地展示了螺母套入螺桿過程中，不同時刻螺母的位置變化，為工作中螺母裝配裝置的調節提供了參考。

參考文獻

[1]邱德余.膨脹螺栓在工程上的應用[J].建筑電氣，1984（3）：34-36.

[2]范越光.膨脹螺栓裝配機：中國，201410230241.5[P].2014-08-13.

[3]程亞民.基于Creo和ADAMS的聯合收割機清選裝置連桿機構的設計及仿真[J].2015（9）：42-44.