Резьбовое соединение с заданным усилием затяжки и способ контроля усилия затяжки резьбового соединения

 

Изобретение относится к машиностроению, к способу и средству контроля усилия затяжки резьбового соединения. Цель изобретения - повышение точности контроля усилия затяжки и удобства в эксплуатации. Резьбовое соединение с ограниченным моментом затяжки содержит мерную шайбу 1 и зубчатую шайбу 2, установленные на стержне болта 3 между гайкой 4 и соединяемыми деталями 5 и 6. При затяжке гайки зубья 7 зубчатой шайбы вращаются в мерную шайбу, вытесняя ее материал в выем 8 на опорной поверхности зубчатой шайбы. При достижении заданного усилия затяжки зубья врезаются на глубину, равную их высоте. Возрастает скачкообразно момент затяжки. Затяжку прекращают и производят контроль глубины врезания зубьев по углу поворота гайки. Введение контроля глубины врезания после появления скачка момента затяжки позволяет сделать окончательный вывод, затянуто ли соединение заданным усилием затяжки, что обеспечивает повышение точности контроля и удобства применения. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

С(ж)З СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 9 А1 (51) 4 F 16 В 31 06

dt.,(ÉË4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4235983/25-27 (22) 28.01.87 (46) 23.12.89. Бюл. У 47 (72) А.А. Европейцев, В.Н. Подзоров, А.В. Семенов и В,Я. Захарченко (53) 621.88 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1199604, кл. F 16 В 31/02, 1983.

Иосилевич Г.Б., Строганов Г,Б., Нарловский Ю.В. Затяжка и стопорение резьбовых соединений. — М,: Машиностроение, 1985, с ° 36 и 37, рис. 2б. (54) РЕЗЬБОВОГ СОЕДИНЕНИЕ С ЗАДАНН11М

УСИЛИЕМ ЗАТЯЖКИ И СПОСОБ КОНТРОЛЯ

УСИЛИЯ ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению, к способу и средству контроля усилия затяжки резьбового соединения. Цель изобретения — повышение точности контроля усилия затяжки и удобства в эксплуатации. Резьбо2 все соединение с ограниченным моментом затяжки содержит мерную шайбу 1 и зубчатую шайбу 2, установленные на стержне болта 3 между гайкой 4 и соединенными деталями 5 и 6. При затяжке гайки зубья 7 зубчатой шайбы вращаются в мерную шайбу, вытесняя ее маматериал в выем 8 на опорной поверх" ности зубчатой шайбы. При достижении заданного усилия затяжки зубья врезаются на глубину, равную их высоте.

Возрастает скачкообразно момент затяжки. Затяжку прекращают и производят контроль глубины врезания зубьев по углу поворота гайки. Введение контроля глубины врезания после появления скачка момента затяжки позволяет сделать окончательный вывод, затянуто ли соединение заданным усилием затяжки, что обеспечивает повышение точности контроля и удобства применения. 2 с,.и 6 з.п.A-лы, 4 ил.

1530839

Изобретение относится к машиностроению, к способу и средству контроля усилия затяжки резьбового соединения °

Цель изобретения — повышение точности контроля усилия затяжки и удобства в эксплуатации.

На фиг.1 изображено резьбовое соединение с ограниченным моментом затяж-10 ки; на фиг.2 — то же, с использованием дополнительных калибровочных шайб; на фиг.3 — зубчатая шайба; на фиг.4 вид А на фиг.3.

Резьбовое соединение с заданным усилием затяжки содержит мерную 1 и зубчатую 2 лайбы, которые установлены нл стержень болта 3 между гайкой 4 и соединительными деталями 5 и 6.

На зубчатой шайбе выполнены зубья

7 с клиновой формой поперечного сечения и выемки 8, примыкающие к скошенной поверхности зубьев, а поверхность зубчатой шайбы вокруг зубьев образует опорный поясок 9.

При затяжке резьбового соединения гайкой 4 зубчатая шайба 2 врезается в мерную колбу 1 зубьями 7, вытесняя материал мерной шайбы 1 в выемки 8. При достижении заданного усилия затяжки зубчатая шлйба 2 врезается в мерную шайбу 1 нл глубину, равную высоте зубьев 7, и опорным пояском 9 садится нл мерную шайбу 1, при этом скачкообразно возрастает момент за35 тяжки глйки (момент на ключе), что является сигналом к прекращению затяжки соединения. Затяжку соединения прекращают и производят контроль глубины врезлнин зубчатой шайбы 2 н мерную шлйбу дополнительно по углу поворота гайки 4.

При установке нл опорный поясок зубчатой шайбы 2 набора калибровочных 45 шайб 1О сигналом прекращения затяжки служит скачкообразное возрлстлние момента нл ключе при опирании набора калибровочных шайб 10 нл мерную шайбу 1, Контроль усилия затяжки дополни50 тельно производят по углу поворота гайки 4, который задают, исходя из того, что глубина врезания зубчатой шайбы 2 в мерную шайбу 1 равна рлз— ности высоты зубьев 7 и толщины набора калибровочных шайб 10.

Контроль усилия затяжки превонлчально производят Ilo появлению скачка момента затяжки (момента нл ключе), при этом затяжку соединения прекращают, Однако, для обеспечения высокой точности затяжки необходимо убедиться в том, что врезание зубчатой шайбы в мерную шайбу достигнуто на заданную величину, равную высоте зубьев зубчатой шайбы. В идеальном случае, когда нет дефектных деталей в соединении, т.е. толщина мерной шайбы проконтролирована и соответствует штатной документации, высота зубьев зубчатой шайбы также находится в пределах допуска на изготовление и проконтролирована до затяжки соединения только появление скачка момента на ключе является необходимым и достаточным условием для контроля усилия затяжки и прекращения какого-либо дополнительного контроля, Однако в практике затяжки резьбовых соединений, кроме появления дефектных деталей, в соединении могут появиться трудно контролируемые дефекты в резьбе гайки или болта, например забой резьбы гайки или болта, попадание твердых частиц в резьбу (очень часто), попадание стружки или твердых включений под опорную поверхность пояска зубчатой шайбы, Поэтому в ответственных соединениях, в которых требуется повьпченный контроль усилия затяжки, необходимо дополнительно проконтролировать глуби-, ну врезания зубчатой шайбы в мерную шайбу после появления скачка момента затяжки (скачка момента на ключе).

При наличии например, забоины или твердой частицы в резьбе реэьбовых элементов также появляется скачок момента затяжки, причем преждевременно, т,е. зубчатая шайба при этом врезалась в мерную не на полную глубину.

Введение контроля глубины врезания после появления скачка .момента позволяет сделать окончательный вывод: затянуто ли соединение необходимым усилием затяжки либо оно затянуто, например, меньшим усилием затяжки, как это имеет место при попадании твердой частицы в резьбу, В первом положении производят замер, когда зубья зубчатой шайбы касаются мерной шайбы, а во втором положении, когда появляется скачок момента затяжки. О факте касания или об отсутствии зазора между зубьями зубчатой шайбы и мерной шайбой судят, например, по прекращению свободного на39

5 15308 винчивания гайки на болт либо визуально, либо по прекращению поворота зубчатой шайбы относительно мерной шайбы, или проворота обеих шайб относительно стержня болта. По двум заме5 рам судят о глубине врезания зубчатой шайбы в мерную шайбу.

Наиболее простым является способ контроля глубины врезания зубчатой шайбы в мерную найбу по углу поворота гайки или головки болта. Начальным положением гайки для замера ее угла поворота служит положение, при котором зубчатая шайба касается зубьями мерной шайбы. В этом положении делают метки краской или наносят риски на гайке и стягиваемой детали (риски совмещают, т.е. они находятся в одной плоскости, проходящей через 20 стержень болта). При появлении скачка момента затяжки затяжку прекращают и производят отметку краской или наносят риску на детали у ранее нанесенной метки на поверхности гайки. 25

Затем производят замер угла поворота гайки от первой метки на детали до второй, пользуясь, например, шаблоном.

Таким образом, операцию замера . 30 угла поворота гайки производят после появления скачка момента затяжки, Если угол поворота гайки повышает о

360, то необходимо в процессе затяжки отсчитывать количество полных оборотов гайки относительно метки, 35 нанесенной на поверхности детали в первом положении гайки, т.е. когда зубчатая.шайба касается мерной шайбы, а затем после появления скачка момен- 4О та затяжки сделать метку на детали и добавить к углу поворота, кратному

360, остаток, меньший 360 . Замер угла поворота гайки может быть осуществлен специальным торцовым ключом с встроенным в ручку ключа угломером.

При этом замер угла поворота гайки производят по показанию стрелки на шкале угломера после появления скачка момента на ключе. Начальное положение стрелки угломера фиксируют в положении гайки, при котором зубчатая шайба касается мерной шайбы. В связи с наличием допусков на изготовление реэьб гайки, болта и зубчатой шайбы измеренный угол поворота гайки также может изменяться в диапазоне от от наименьшего допустимого до наибольшего допустимого угла, В случае, если угол поворота гайки не укладывается в этот диапазон, например меньше допустимого, необходимо разобрать соединение, проконтролировать детали на соответствие документации и заменить дефектные детали или убрать механические включения в резьбе, а также заменить мерную шайбу, Таким образом, контроль глубаны врезания зубчатой шайбы в мерную шайбу после появления скачка момента затяжки необходимо проводить и он может быть проведен любым из описанных способов. Однако согласно предлагаемому способу глубина врезания зубчатой шайбы в мерную шайбу может быть создана соизмеримой или превынающей наг резьбового элемента, поэтому удобнее нанести на поверхность гайки реперные точки с равномерны.r угловым лагом, например через 60 . Угловой шаг между реперными точками — это угол между лучами, соединяющими две рядом расположенные (смежные) реперные точки с осью вращения гайки и лежащими в плоскости, nepr ендикулярной оси вращения гайки, Реперные точки — это метки в виде окрашенных краской точек, наносимых дискретно на поверхность гайки или головки болта, Их можно наносить клеймением на поверхности деталей, не окрашивая следы от ударного инструмента, В качестве реперных точек можно принять вершины ребер граней, если гайка выполнена с боковыми гранямии.

При нанесении реперных точек с равным угловым нагом замер угла поворота гайки от начального положения до конечного положения удобно и просто производить беэ применения специального инструмента, расчитывая угол поворота гайки по количеству реперных точек, расположенных на гайке между метками, фиксирующими положение гайки в начале и конце затяжки соединения °

В этом случае допустимый угол поворота гайки задается с точностью до величины углового лага реперных точек или с точностью до половины величины углового vrara реперннх точек.

Так, например, при задании глубины врезания зубчатой лайбы, равной

1,5 мм, и при лаге резьбы резьбового элемента, равном 1 мм, номинальный угол поворота гайки при затяжке сое1530839 динения равен 540, Допуск на изготовление деталей (колебание высоты зубьев зубчатой шайбы и резьб гайки и болта) составляет %5 . В этом случае допустимый угол поворота гайки задают равным 540+30 . Если гайка . шестигранная и если принять вершины ребер граней гайки эа реперные точки,. тогда допустимый угол поворота гайки задают равным девяти угловым шагам реперных точек плюс-минус половина углового шага реперных точек. При таком задании допустимого угла поворота в технической документации фиксируют, что допустимый угол поворота гайки равен 910,5 граней гайки. Таким образом, угловОй шаг реперных точек должен быть соизмерим с допуском на угол поворота гайки или равен ему. В приведенном примере поле допуска угла поворота гайки 60 и угловой шаг реперных точек равен 60

При таком соотношении между полем допуска угла поворота гайки и угловым шагом реперных точек достигается высокая точность замеров угла поворота гайки без применения специального инструмента.

Для замера глубины вреэания зубча3 той лайбы с помощью реперных точек, равномерно расположенных по поверхности гайки, необходимо, чтобы глубина врезания зубчатой гайки была кратной, т ° е, делилась без остатка, величина осевого перемещения гайки

35 при ее повороте в процессе затяжки на угол, равный угловому шагу реперных точек. Если кратности нет, тогда замер угла поворота гайки с помощью реперных точек затрудняется (требуется специальньш инструмент для замера остатка угла поворота).

Пример. Принимают, что глубина врезания зубчатой шайбы в мерную шайбу равна 1,5 мм, лаг резьбовых элементов 1 мм, гайка выполнена шестигранной, контроль глубины врезания зубчатой шайбы производят по углу поворота, При контроле глубины врезания зубчатой шайбы по углу по50 ворота гайки с учетом допуска на изготовление зубчатой шайбы и резьб гайки и болта допустимый угол поворо— та гайки e(находится н пределах

540130 или в гранях гайки d = 9+

10,5 граней гайки. Навинчиванием гайки выбирают зазоры в пакете деталей и убеждаются в том, что зубчатая шайба касается мерной шайбы, Для этого после увеличения усилия навинчивания гайки на болт пытаются повернуть зубчатую шайбу относительно мерной лайбы или вместе детали относительно болта. Если свободного поворота не происходит, значит зазора между зубчатой шайбой и мерной шайбой нет.

В этом положении гайки на вершине любого ребра грани гайки у поверхности зубчатой шайбы наносят краской метку. Рядом на поверхности детали также наносят краской метку так,чтобы метки располагались в одной плоскости, проходящей через ось болта, Эти две метки фиксируют начальное положение гайки относительно детали, в котором зубчатая шайба касается мерной шайбы, Затем производят затяжку реэьбового соединения вращением гайки с помощью ключа относительно болта, который удерживают неподвижным также с помощью ключа. <фиксируя факт поворота гайки на 360 (метка на гайке должна пройти мимо метки на детали), продолжают затяжку соединения до появления скачка момента затяжки. Затяжку прекращают. На поверхности детали наносят краской вторую метку так, чтобы эта метка и метка на гайке располагалась в одной плоскости, проходящей через ось вращения болта. Затем производят замер угла поворота гайки между двумя метками на детали. Этот угол должен равняться 180430 или между метками на детали должно располагаться 3 0,5 грани rайки, В случае, если угол поворота гайки находится в заданных пределах, соединение затянуто необходимым усилием затяжки, Замена замера пластической деформации одноосного сжатия мерной шайбы, возникающей при врезании в нее зубчатой шайбы, позволяет увеличить точность замера усилия затяжки соединения по сравнению с известным способом за счет увеличения эамеряемой величины деформации мерной шайбы при одних и тех же усилиях затяжки и размерах мерной шайбы. Так, например, пластическая деформация сжатия мерной лайбы, составляющая 20 от ее высоты, равной 2 мм, составляет

0,4 мм (глубокая пластическая деформация, близкая к предельной, например, для стали 3). Врезание в такую же шайбу зубчатой шайбы тем же уси1530839 лием затяжки можно осуществить на глубину 1,2-1,5 мм, т.е. замеряемые деформации увеличиваются в 3 раза, Размеры зубьев — площадь их основания, высота, угол при вершине

5 клина — определяются в зависимости от требуемого усилия затяжки соединения. Площадь поперечного сечения и объем выемок должен быть не менее площади поперечного сечения и объе!

О ма зубьев для того, чтобы материал мерной шайбы в процессе вреэания в нее зубчатой шайбы затекал в выемки и зубчатая шайба гарантировано опи15 ралась опорным пояском на мерную шайбу при врезании в нее на глубину, равнуи высоте зубьев зубчатой шайбы. В случае, если, например, только объем выемок будет не менее объема зубьев беэ наложения ограничения на площадь поперечного сечения выемок, вытесненный зубом металл при малой площади поперечного сечения выемки выплескивается из выемки, препятст-, вуя контакту зубчатой шайбы с мерной шайбой по опорному пояску и создавая дополнительные площадки контакта шайб. За счет этого нарушается функциональная эависиомть между глубиной

30 врезания зубчатой шайбы в мерную и усилием затяжки соединения и создаются условия для дальнейшей пластической деформации материала мерной шайбы в зонах выплеснутого металла в процессе эксплуатации, точность затяжки соединения эа счет этого падает. При объеме выемок, меньшем, чем объем зубьев, проявляется тот же нежелательный эффект выплеска материала мерной шайбы иэ выемок и только при объеме канавок и площади их поперечного сечения, не меньших объема и площади поперечного сечения зубьев, т.е. когда длина выемки соизмерима с длиной зубьев у их основания, вытесненный металл мерной шайбы затекает в выемки зубчатой шайбы без выплесков при врезании зубчатой шайбы в мерную на глубину

> равную высоте зубьев зубчатой шайбы.

Площадь опорного пояска определяется из условия упругого деформирования поверхности мерной шайбы, контактирующей с опорным пояском, Наличие опорного пояска, под которым упруго деформируется поверхность мерной лайбы после вреэания в нее зубчатой шайбы на глубину, рав о п усилие предварительной затяжки стержня резьбового элемента; наибольшее дополнительное усилие в стержне резьбового элемента, воспринимаемое пояском зубчатой шайбы. где О

Так как в процессе затяжки соединения под зубьями зубчатой шайбы материал мерной шайбы находится в состоянии текучести, то при врезании зубчатой шайбы в мернуи на глубину, равнуи высоте зубьев зубчатой шайбы, усилие предварительной затяжки равно ч

О т 39 т предел текучести материала мерной шайбы; где нуи высоте зубьев, обеспечивает сохранность усилия затяжки соединения в процессе эксплуатации, а скачкообразное возрастание момента затяжки соединения в момент контакта опорного пояска с поверхностью мерной шайбы служит сигналом к прекращению процесса затяжки и контроля глубины врезания зубчатой шайбы в мерную шайбу.

Площадь опорного пояска зубчатой шайбы определяется исходя из дополнительных усилий, возникающих в предварительно затянутых болтах под действием внешних растягивающих эксплуатационных нагрузок и напряжений сжатия мерной шайбы под опорным пояском, которые не должны превьппать предела пропорциональности материала мерной шайбы. В случае превьппения напряжений сжатия мерной шайбы под опорным пояском предела пропорциональности происходит дальнейшее вреэание зубчатой шайбы в мерную, появляются остаточные деформации мерной шайбы и происходит падение усилия затяжки болта.

Площадь опорного пояска зубчатой шайбы определяется исходя из выражений для наибольшего усилия растяжения болта, допускаемого в затянутом соединении в процессе его эксплуатации.

В предельном случае при раскрытии стыка стягиваемых деталей наибольшее усилие в болте N определяется по формуле! 530839

12 суммарная площадь основания зубьев зубчатой шайбы, Так как предельные напряжения в материале мерной шайбы под опорным пояском зубчатой шайбы не должны превышать предела пропорциональности материала мерной шайбы, то наибольшее дополнительное усилие в стержне резьбового элемента определяется по формуле п р п где - предел пропорциональности материала мерной шайбы;

F — площадь опорного пояска и зубчатой шайбы.

Наибольшее усилие на стержень резьбового элемента определяется по формуле где (g) — допускаемое напряжение растяжения материала стержня резьбового элемента; наименьшая площадь попе"

6 речного сечения стержня реэьбового элемента.

Приравнивая выражение для N, определяемого через Q, d Ч „ (6), F<, получают выражение для площади опорного пояска мерной шайбы

30 6 F т

F 1т

35

Выражение для площади опорного пояска представлено в виде неравенства для того, чтобы и в предельном случае нагружения реэьбового соединения более надежно гарантировать сохранение усилия затяжки резьбового соединения.

Предложенный способ контроля усилия затяжки резьбового соединения позволяет повысить точность контроля и повышает удобство его применения.

1. Резьбовое соединение с заданным усилием затяжки, содержащее болт и гайку и мерную шайбу, установленную под гайкой, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью повышения точ- 55 ности контроля усилия затяжки и удобства эксплуатации, оно снабжено зубчатой шайбой, установленной между

Формула и э о б р е т е н и я

50 гайкой и мерной шайбой и выполненной с клинообразными зубьями и выемками со стороны мерной шайбы, при этом объем выемок не менее объема зубьев, а площадь опорной поверхности зубчатой шайбы выбирается иэ соотношения

F6 L ) - Fç ò з п 6

P где F - наименьшая площадь попеб речного сечения болта; (6) p — допускаемое напряжение растяжения материала болта; суммарная площадь основаз ний зубьев зубчатой шайбы; и 6 — предел текучести и предел пропорциональности материала мерной шайбы соответственно.

2. Соединение по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что площадь поперечного сечения зубьев зубчатой шайбы не менее площади поперечного сечения выемок зубчатой шайбы.

3. Соединение по пп.1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено набором калиброванных шайб, размещенных между мерной и зубчатой шайбами.

4. Соединение по пп.1-3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что гайка или головка болта выполнены с реперными точками, расположенными с равномерным угловым шагом.

5. Способ контроля усилия затяжки реэьбового соединения, включающий регистрацию скачкообразного момента затяжки, отличающийся тем, что регистрацию скачкообразного возрастания момента затяжки осуществляют при соответствии глубины вреэания зубьев зубчатой шайбы в мерную шайбу высоте зубьев зубчатой шайбы.

6. Способ по п.5, о т л и ч а ю— шийся тем, что глубину вреэания зубьев зубчатой шайбы в мерную шайбу дополнительно контролируют по величине угла поворота гайки от момента касания зубьев зубчатой шайбы с мерной шайбой до скачкообразного возрастания момента затяжки.

7. Способ по п.5, о т л и ч а юшийся тем, что глубину вреэания зубьев зубчатой шайбы в мерную шайбу дополнительно контролируют по величине осевого перемещения гайки или

l4

I 530839

Вид A

Фиг. 3

Составитель С, Никулина

Техред Л. Сердюкова Корректор О. ципле

Редактор И. Дербак

Заказ 7924/37 т.ираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 болта от момента касания зубьев зуб-. чатой шайбы с мерной шайбой до момента скачкообразного возрастания момента затяжки.

8. Способ по пп.б и 7, о т л и

5 ч а ю шийся тем, что величина врезания зубьев зубчатой шайбы в мерную шайбу кратна величине осевого перемещения или углу поворота гайки или болта с момента касания зубьев до скачкообразного возрастания момента затяжки.