Способ крепления конструктивных элементов с помощью силовых болтов или шпилек и устройство для его осуществления

 

Использование: в механосборочном производстве, в частности, может быть использовано для крепления конструктивных элементов с помощью болтов или шпилек при сборке паровых турбин, ядерных реакторов и т.п. Сущность изобретения: способ крепления конструктивных элементов с помощью силовых резьбовых элементов в виде болтов или шпилек включает операции удлинения элемента за счет температурного воздействия. Резьбовой элемент удлиняют путем приложения к нему осевого растягивающего усилия. Силовой элемент выполнен из материала, обладающего одновременно свойством термомеханической памяти формы и деформации ориентированного мартенситного превращения. Устройство для реализации способа содержит захват с резьбовым отверстием под силовой элемент. Дополнительный упор связан с захватом и силовым элементом. Опорная балка размещена в поперечном окне, ее концы расположены на основном упоре и внутренней поверхностью донной части захвата. Нагревательный элемент связан с силовым элементом. Устройство для реализации способа содержит захват с резьбовым отверстием под силовой элемент, выполненный трубчатой формы. Нагревательный элемент установлен внутри или снаружи силового элемента. Силовой элемент выполнен из материала, обладающего свойством термомеханической памяти формы и деформации ориентированного превращения. 3 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к механосборочному производству и может быть использовано для крепления конструктивных элементов с помощью болтов или шпилек при сборке паровых турбин, ядерных реакторов, насосов высокого давления, металлических строительных конструкций и т.п. Изобретение может быть использовано при проведении профилактических и ремонтных работ.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является "Способ крепления и крепежное приспособление" [1] В этом способе для крепления используют болт и гайку, изготовленные из сплава, запоминающего форму в одном направлении. Предварительно нагревая болт и гайку выше температуры превращения, в фазе аустенита, производят запоминание формы, при этом болт имеет небольшую длину вдоль оси и утолщен в радиальном направлении, а гайка вытянута вдоль оси и имеет узкое резьбовое отверстие. Во время скрепления деталей при температуре ниже температуры превращения в фазе мартенсита деформируют болт, вытягивая вдоль оси и уменьшая в диаметре, и, одновременно деформируют гайку, уменьшая ее длину вдоль оси и увеличивая диаметр резьбового отверстия. После закрепления производят нагрев до температуры выше температуры превращения, благодаря чему длина болта вдоль оси увеличивается, и, наоборот, длина гайки вдоль оси увеличивается, а диаметр отверстия уменьшается, в результате чего увеличивается усилие скрепления деталей и кроме того, создается напряжение в радиальном направлении.

Известное решение [1] принято за прототип способа.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству крепления, является гидравлическое устройство для крепления конструктивных элементов с помощью болтов или шпилек [2] содержащее захват болта и шпильки, опорную станину, гидравлический элемент и штуцер для подачи и слива жидкости. Известно решение [2] принято за прототип устройства.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности крепления и точности определения величины удлинения болта или шпильки, а также снижение весогабаритных показателей и стоимости.

Изобретение поясняется чертежами (фиг. 1, 2).

На фиг. 1 и 2 представлены в разрезе варианты конструкции устройства крепления конструктивных элементов с помощью силовых болтов или шпилек.

Устройство крепления (фиг. 1) содержит захват 1 болта или шпильки, представляющий собой стакан, в дне которого имеется отверстие с резьбовой, силовой элемент 2 с установленным на нем нагревательным элементом 3. Оба элемента 2 и 3 расположены между опорной балкой 4, пропущенной через отверстия в стакане 1 и опирающейся своими концами на нижний упор 5, образуя зазор 7 между внутренней поверхностью дна стакана 1 и верхним упором 6, закрепляемым в верхней части стакана 1 с помощью резьбы.

Устройство крепления (фиг. 2) содержит захват 1 болта или шпильки, силовой элемент 2, с установленным вне или внутри него нагревательным элементом 3. Оба элемента 2 и 3 расположены между захватом 1 болта или шпильки и закрепленными конструктивными элементами.

Предлагаемый способ крепления конструктивных элементов с помощью силовых болтов или шпилек реализуется следующим образом.

Крепление осуществляют путем удлинения болтов или шпилек с заданным натягом без скручивания с помощью силового элемента 2, на основе материала с памятью формы и ДОП. Имеется значительное число металлических материалов, которое после наружного деформирования полностью восстанавливать форму. Свойства материалов с памятью формы изложены в монографии В.А. Лихачева, С.Л. Кузьмина, З. П. Каменецевой. "Эффект памяти формы", Л. издательство ЛГУ, 1987. При теплосменах эти материалы могут многократно обратимо деформироваться и обеспечивать заданное увеличение болтов или шпилек с высокой точностью.

Захват 1 наворачивается на болт или шпильку. Силовой элемент 2 нагревается за счет нагревательного элемента 3 до температуры выше температуры окончания обратного мартенситного превращения в фазе аустенита, в частности до температуры 150^oC для Ni-Ti. При достижении этой температуры, силовой элемент 2, предварительно сжатый прессом до расчетной величины, соответствующей величине усилия на болт или шпильку, восстанавливает форму, воздействуя на верхний упор 6 с последующей передачей усилия на шпильку (фиг. 1). Усилие передается через опорную балку 4 и нижний упор 5. После вытяжки силовым элементом 2 шпильки или болта, гайка устанавливается с помощью какого-либо калиброванного щупа с зазором по отношению к поверхности фланца. Затем силовой элемент 2 охлаждают до температуры ниже температуры окончания прямого мартенситного превращения в фазе мартенсита. После остывания под нагрузкой силовой элемент 2 принимает первоначальные размеры, силовой болт или шпилька укорачиваются и в них создается заданный натяг.

Упругая деформация болта или шпильки в растянутом состоянии должна быть равна величине восстановленной деформации силового элемента 2.

Возвращение в исходное состояние силового элемента 2 после установки гайки осуществляется за счет ДОП и пластичности превращения.

Устройство, представленное на фиг. 2, отличается от устройства, изображенного на фиг. 1 тем, что силовой элемент 2 с памятью формы воздействует на захват 1, который при перемещении вызывает удлинение силового болта или шпильки.

Ограничение напряжения, действующего на болт или шпильку, осуществляется с помощью дозированной зарядки (элемент с памятью формы не может выдать усилие больше того, на которое он заряжен).

Дополнительное ограничение линейного перемещения в устройстве крепления (фиг. 1) осуществляется зазором 7 между опорной балкой 4 и внутренней поверхностью захвата 1.

Формула изобретения

1. Способ крепления конструктивных элементов с помощью силовых резьбовых элементов в виде болтов или шпилек, включающий операции удлинения резьбового элемента на заданную величину, установки на него гайки и укорачивания резьбового элемента за счет температурного воздействия, отличающийся тем, что резьбовой элемент удлиняют путем приложения к последнему осевого растягивающего усилия, создаваемого силовым элементом из материала с эффектом памяти формы при его нагреве выше температуры окончания обратного мартенситного превращения в фазе аустенита до восстановления силовым элементом заданной формы с максимальными габаритами, а укорочение резьбового элемента осуществляют с процессе охлаждения силового элемента до температуры ниже температуры окончания прямого мартенситного превращения в фазе мартенсита до возвращения силового элемента в исходное состояние.

2. Устройство для крепления конструктивных элементов с помощью силовых резьбовых элементов в виде болтов или шпилек, содержащее захват с резьбовым отверстием под силовой резьбовой элемент, упор и силовой элемент, при этом шаг резьбы в отверстии соответствует шагу резьбы болта или шпильки, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным упором, связанным с захватом и силовым элементом, опорной балкой и нагревательным элементом, захват выполнен в виде стакана с поперечным окном в боковой стенке, резьбовое отверстие под силовой резьбовой элемент выполнено снаружи стакана в его донной части, опорная балка размещена в поперечном окне, ее концы расположены на основном упоре с образованием зазора между балкой и внутренней поверхностью донной части захвата, силовой элемент выполнен из материала, обладающего свойством термомеханической памяти формы и деформацией ориентированного превращения, и расположен между дополнительным упором и опорной балкой, а нагревательный элемент связан с силовым элементом.

3. Устройство для крепления конструктивных элементов с помощью силовых резьбовых элементов в виде болтов или шпилек, содержащее захват с резьбовым отверстием под силовой резьбовой элемент, отличающееся тем, что оно снабжено силовым элементом трубчатой формы и установленным снаружи или внутри него нагревательным элементом, при этом силовой элемент выполнен из материала, обладающего свойством термомеханической памяти формы и деформацией ориентированного превращения, и совместно с нагревательным элементом расположен между поверхностью конструктивного элемента и захватом болта или шпильки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2