Индикаторное устройство крепежного болта

Изобретение относится к машиностроению, к резьбовым крепежным элементам, снабженным средствами индикации состояния затяжки резьбового соединения. Индикаторное устройство крепежного болта содержит стержень, размещенный в отверстии внутри крепежного болта. Стержень состоит из двух частей - верхней и нижней, по крайней мере одна из которых выполнена из материала с малым коэффициентом удлинения. Части стержня плотно состыкованы между собой на длину Δl с возможностью расстыковки при достижении заданного удлинения крепежного болта при его затяжке. Верхняя часть стержня взаимодействует со сжатой винтовой пружиной. В результате повышается точность задания начальных параметров усилия затяжки и повышается надежность контроля заданного момента усилия затяжки. 8 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к резьбовым крепежным элементам, снабженным средствами индикации состояния затяжки резьбового соединения.

Известен стальной болт с высоким пределом упругости, содержащий минимум две зоны с разными коэффициентами удлинения [1]. Недостатком данной конструкции является сложность задания начальных параметров усилия затяжки и отсутствие возможности контроля усилия затяжки.

Также известно крепежное устройство, содержащее стержень, размещенный внутри крепежной шпильки [2]. Недостатком данной конструкции является низкая точность контроля заданного момента усилия затяжки.

Также известен соединительный элемент, содержащий палец, распорный конус и распорную втулку, выполненную разъемной [3]. Недостатком данной конструкции является невозможность контроля заданного момента усилия затяжки.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является индикаторное устройство крепежного болта, содержащее стержень, размещенный в отверстии внутри крепежного болта и закрепленный на торце последнего [4]. При затяжке крепежного болта происходит его удлинение и растяжение стержня до его разрыва, что служит сигналом достижения определенного усилия затяжки резьбового соединения.

Недостатком данной инструкции является сложность обеспечения точности задания начальных параметров усилия затяжки и ненадежность контроля заданного момента усилия затяжки, т.е. низкие технологические возможности.

Задача, решаемая изобретением, - расширение технологических возможностей, а именно, повышение точности задания начальных параметров усилия затяжки и повышение надежности контроля заданного момента усилия затяжки.

Указанная задача решается за счет того, что в известном индикаторном устройстве крепежного болта, содержащем стержень, размещенный в отверстии внутри крепежного болта, стержень состоит из двух частей - верхней и нижней, по крайней мере одна из которых выполнена из материала с малым коэффициентом удлинения, части стержня плотно состыкованы между собой на длину Δl с возможностью расстыковки при достижении заданного удлинения крепежного болта при его затяжке, при этом верхняя часть стержня взаимодействует со сжатой винтовой пружиной.

Приведенные выше признаки являются существенными и в своей совокупности позволяют решить задачу изобретения.

Выполнение стержня из двух частей обеспечивает:

- возможность установки сжатой винтовой пружины;

- технологическую возможность выполнения стыкуемых частей стержней (выступа и углубления) с размерами по длине Δl.

Выполнение части стержня или обеих частей (в зависимости от варианта изготовления) из материала с малой величиной относительной деформации при растяжении обеспечивает сохранение линейных размеров стержня (стержней) и их расстыковку при достижении заданного удлинения болта при его затягивании.

Плотная связь концов стержней между собой, например, внатяг, на прессовую или плотную насадку, обеспечивает возможность как сжатия пружины, так и ее удержания в сжатом состоянии до момента расстыковки.

Выполнение верхней и нижней частей стержня с возможностью расстыковки и взаимодействие верхней части стержня со сжатой винтовой пружиной обеспечивает при достижении заданного удлинения болта выталкивание верхней части стержня, что является сигналом к прекращению затяжки.

Изготовление индикаторного устройства крепежного болта из небольшого количества составных частей и использование широко известных технологических операций, таких как токарная обработка, шлифование и запрессовка, обеспечивает высокую технологичность изготовления при любых видах производства.

При широко известных в сопромате методах расчета крутящего момента и допустимых величин удлинения, при которых болт работает в режиме упругости, с достаточно высокой точностью определяется размерная величина Δl, на которую выполняются посадки (например, , или и т.д. по СТСЭВ 144-75) жесткой связи между стержнями. При достижении заданного удлинения болта стержни расстыковываются, пружина воздействует на верхнюю часть стержня, и последняя сигнализирует о прекращении операции затяжки. Δl зависит от размеров собираемых деталей, линейных размеров болтов, материала болтов и других конструктивно-технологических параметров.

Предложенное техническое решение обеспечивает расширение технологических возможностей, а именно, повышение точности задания начальных параметров усилия затяжки, которые задаются или методом расчетов, или путем проведения контрольных испытаний и измерений каждого типа болтов или, при необходимости, каждой партии, перед запуском в производство. Кроме того, за счет задания точного размера Δl и срабатывания пружины, обеспечивается мгновенная сигнализация достижения заданного усилия, что повышает надежность контроля.

Таким образом, совокупность признаков, характеризующих заявленный объект, обуславливает появление такого технического результата, который обеспечивает решение задачи изобретения.

Анализ уровня техники показывает, что не известно индикаторное устройство крепежного болта, которому присущи признаки, идентичные всем существенным признакам данного изобретения, что свидетельствует о его неизвестности и, следовательно, новизне.

Что касается признаков, отличающих предложенный объект от ближайших аналогов, то хотя некоторые признаки и обнаружены в других известных решениях, однако не известно влияние этих признаков на указанный выше технический результат, что позволяет заключить о соответствии предложенного решения изобретательскому уровню. При осуществлении изобретения действительно реализуется наличие предложенного объекта, что свидетельствует о промышленной применимости изобретения.

На фиг.1 показан общий вид индикаторного устройства крепежного болта (один из вариантов); на фиг.2 - то же, что на фиг.1 с пружиной внизу; на фиг.3 - вариант выполнения отверстия для стержня с уступом; на фиг.4 - то же, что на фиг.3 с другим исполнением хвостовиков, связывающих стержни; на фиг.5 - вариант с одинарным стержнем, связанным со шляпкой; на фиг.6 - вариант с одинарным стержнем, связанным с колпачком: на фиг 7 - вариант со сжатой винтовой пружиной внутри верхней части стержня; на фиг.8 - сжатая винтовая пружина внутри нижней части стержня.

Индикаторное устройство крепежного болта в общем случае состоит из верхней 1 и нижней 2 частей стержня, установленного в отверстии крепежного болта 3 (фиг.1, 2). Обе части стержня выполняются из материала с очень малым коэффициентом удлинения, например, из керамики, вольфрама и т.п. и плотно связаны между собой с натягом, на прессовую или другую посадку. Длина состыковки Δl определяется расчетным путем или экспериментально. Верхняя 1 часть стержня может быть выполнена со шляпкой 4 (фиг.1, 3, 4). Между шляпкой 4 и верхним торцом 5 нижней 2 части стержня установлена сжатая винтовая пружина 6 (фиг.1). В варианте, показанном на фиг.2, сжатая винтовая пружина 6 установлена между нижним торцом 7 верхней 1 части стержня и шляпкой 8 нижней 2 части стержня, заглубленной в торце 9 крепежного болта 3. Шляпка 8 может быть установлена на прессовую посадку, внатяг, может быть приварена. Кроме того, когда конструктивно известно, что крепежный болт 3 вворачивается почти до упора (это часто бывает в массовом производстве ввиду экономии материала, объема и т.д.), шляпка 8 нижней 2 части стержня может устанавливаться на свободную посадку (фиг.2-4, 6). В вариантах, показанных на фиг.3, 4, отверстие в крепежном болте 3 выполнено с уступом 10 и сжатая винтовая пружина 6 своим нижним концом упирается в него. Нижний торец 11 нижней 2 части стержня также может быть связан с торцом 9 крепежного болта 3 с помощью сварки (фиг.1, 5, 7, 8). На фиг.5, 6 показаны варианты, при которых нижняя 2 часть стержня проходит через всю длину крепежного болта 3, а верхняя 1 часть выполнена либо в виде шляпки 12 (фиг.5), либо в виде колпачка 13 (фиг.6), которые удерживают сжатую винтовую пружину 6 и могут быть выполнены из любого материала. В вариантах, показанных на фиг.7, 8, сжатая винтовая пружина 14 установлена в углублении, выполненном или внутри верхней 15 (фиг.7), или внутри нижней 16 (фиг.8) частей стержня. Во всех вариантах исполнения стержень устанавливается в отверстие болта на посадку, обеспечивающую его скольжение в отверстии (скользящая, ходовая и т.п.).

Сборка устройства производится следующим образом. В вариантах, показанных на фиг.1-4, нижняя 2 часть стержня устанавливается в отверстие крепежного болта 3 и ее нижний торец 11 или шляпка 8 закрепляются. Затем в отверстие устанавливается винтовая пружина 6, сжимается шляпкой 4 верхней 1 части стержня (фиг.1, 3, 4) или нижним торцом 7 верхней 1 части стержня (фиг.2), и, например, ударом молотка верхняя 1 часть стержня состыковывается с нижней 2 до упора. В варианте на фиг.5 нижняя 2 часть стержня сначала состыковывается со шляпкой 12, затем на стержень надевается пружина 6, стержень устанавливается в отверстие крепежного болта 3 и нижний торец 11 нижней части 2 стержня после сжатия пружины 6 приваривается к торцу 9 крепежного болта 3. В вариантах на фиг.7, 8 пружина 14 устанавливается в углубление в одной из частей стержня, обе части стержня состыковываются и после установки в отверстие крепежного болта 3 нижние торцы 11 привариваются к торцам 9 крепежного болта 3. Устройство готово к работе.

При затяжке крепежного болта 3 происходит его удлинение до определенного момента, заданного размером Δl. При достижении заданного удлинения части 1 и 2 стержня расстыковываются, т.к. выходят из зацепления, и пружина 6 выталкивает верхнюю часть 1 стержня, которая сигнализирует о достижении требуемого усилия затяжки. Затяжка прекращается.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки на изобретение

1. Заявка №2311214, Франция, F 16 В 31/00, "Стальной болт с высоким пределом упругости".

2. Заявка №0049537, ЕПВ, F 16 В 31/02, "Крепежное устройство".

3. Св. на полезную модель №8754, РФ, F 16 В 35/00 "Соединительный элемент".

4. Патент №2747454, США, кл. 85-62, 09.10.62 (прототип).

Индикаторное устройство крепежного болта, содержащее стержень, размещенный в отверстии внутри крепежного болта, отличающееся тем, что стержень состоит из двух частей - верхней и нижней, по крайней мере одна из которых выполнена из материала с малым коэффициентом удлинения, части стержня плотно состыкованы между собой на длину Δl с возможностью расстыковки при достижении заданного удлинения крепежного болта при его затяжке, при этом верхняя часть стержня взаимодействует со сжатой винтовой пружиной.