Устройство для контроля усилия затяжки резьбового соединения
Владельцы патента RU 2296307:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)
Российская Федерация,от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии (RU)
Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в машиностроении, системах автоматического управления и использоваться для контроля затяжки резьбового соединения при воздействии на него как статических, так и динамических нагрузок. Устройство для контроля усилия затяжки резьбового соединения содержит крепежный элемент с осевым отверстием, в котором с зазором по боковой поверхности размещен стержень, и средство измерений линейных перемещений, отличающееся тем, что один конец стержня закреплен в головке крепежного элемента, на другом конце этого стержня закреплен якорь средства измерений линейных перемещений токовихревого датчика, причем сам датчик установлен на колпачке, закрепленном на ненагружаемой резьбовой части крепежного элемента. Технический результат состоит в возможности автоматического непрерывного контроля усилия затяжки резьбового соединения в течение всего времени воздействия на исследуемый объект как статических, так и динамических (вибрационных и ударных) нагрузок, а также комплекса этих нагрузок. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в машиностроении, системах автоматического управления и использоваться для контроля затяжки резьбового соединения при воздействии на него как статических, так и динамических (вибрационных и ударных) нагрузок, а также при комплексном воздействии этих нагрузок.
Известно устройство для контроля усилия затяжки резьбового соединения, содержащее установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения шток с осевым отверстием и хвостовиком с резьбовым отверстием под стержень резьбового соединения, закрепленную на противоположном хвостовику конце штока и подпружиненную к корпусу крышку и закрепленное в осевом отверстии штока средство измерения линейных перемещений, при этом поперечное сечение хвостовика больше поперечного сечения штока, снабжено втулкой с донным участком, установленной на штоке соосно с образованием осевого и радиального зазора между ней и хвостовиком и сопряженной донным участком с корпусом, при этом поверхности сопряжения выполнены сферическими, шток выполнен со сквозным поперечным окном и имеет палец, размещенный в окне с образованием зазора между его боковой поверхностью и стенкой окна со стороны хвостовика и укрепленный в корпусе, средство измерения линейных перемещений с упором в палец, а величины зазоров между пальцем и стенкой окна и между донной частью втулки и обращенным к ней торцом хвостовика превышают величину удлинения выступающей над гайкой части стержня резьбового соединения при затяжке последнего (см. патент РФ № 2085768, C1 F 16 B 31/02, 1995, опубл. 27.07.97).
Наиболее близким к заявляемому устройству и выбранным в качестве прототипа является устройство для контроля усилия затяжки резьбового соединения, содержащее индикатор, втулку, соединенную с крепежным элементом, в отверстии которого размещена игла, контактирующая с дном отверстия. Игла имеет буртик, снабженный опорной поверхностью, расположенной внутри выступающей за верхний торец крепежного элемента полости втулки. Устройство снабжено кронштейном и качалкой, имеющими общую ось вращения. На концах кронштейна выполнены зажимы, в которых закреплены наружная поверхность выступающей части втулки и индикатор. Измерительный стержень индикатора установлен с возможностью контакта с плоскостью качалки, расположенной перпендикулярно плоскости взаимодействия ее со свободным торцом иглы. Ось измерительного стержня индикатора и ось иглы взаимно перпендикулярны. Качалка снабжена указателем ее положения относительно кронштейна. Расстояния между точками взаимодействия качалки с измерительным стержнем и качалки с иглой от их оси вращения равны. Кронштейн выполнен угловым и снабжен пружиной, взаимодействующей с качалкой. Свободный конец иглы выполнен с упорной поверхностью, имеющей кольцевой выступ, диаметр которого превышает диаметр отверстия втулки (см. патент РФ № 2160436, С2 МПК7 G 01 L 5/24, 1999, опубл. 10.12.2000).
Общим недостатком этих устройств является невозможность использования их для контроля усилия затяжки резьбового соединения при воздействии на исследуемый объект динамических нагрузок (вибрационных и ударных).
Задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в разработке устройства для контроля усилия затяжки резьбового соединения при воздействии на исследуемый объект как статических, так и динамических (вибрационных и ударных) нагрузок, а также комплексного воздействия этих нагрузок.
Технический результат, который может быть получен в результате использования заявляемого устройства, состоит в возможности автоматического непрерывного контроля усилия затяжки резьбового соединения в течение всего времени воздействия на исследуемый объект как статических, так и динамических (вибрационных и ударных) нагрузок, а также комплекса этих нагрузок.
Указанная техническая задача решается с помощью устройства для контроля усилия затяжки резьбового соединения, содержащего стержень, закрепленный с упором в центральном отверстии крепежного элемента с зазором по боковой поверхности, а на свободном конце стержня установлен металлический якорь датчика для измерения зазоров типа токовихревого или ему подобного по функциональным возможностям. Датчик устанавливается в донышке колпачка, жестко закрепленного на ненагружаемой части крепежного элемента.
Для уменьшения трения, которое может возникать при соприкосновении поверхностей центрального отверстия в крепежном элементе и боковой поверхностью стержня при динамическом нагружении исследуемого объекта, в зазоре между ними, в зоне ненагруженной части крепежного элемента, устанавливается втулка из материала с малым коэффициентом трения, например из фторопласта.
В отличие от прототипа заявляемое устройство проще в изготовлении, не содержит вращающиеся детали и может использоваться для контроля затяжки резьбового соединения не только в процессе самой затяжки и при статическом воздействии внешней нагрузки на исследуемый объект, но и для автоматического непрерывного контроля усилия затяжки резьбового соединения в течение всего времени воздействия на исследуемый объект как статических, так и динамических (вибрационных и ударных) нагрузок, а также комплекса этих нагрузок.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен общий вид устройства для контроля усилия затяжки резьбового соединения в разрезе с использованием крепежного элемента типа болта.
На фиг.2 представлена схема закрепления стержня в устройстве для контроля усилия затяжки резьбового соединения с использованием крепежного элемента типа шпильки.
На фиг.3 показано заявляемое устройство с установкой втулки из материала с малым коэффициентом трения между центральным отверстием в крепежном элементе и стержнем.
Предложенное устройство содержит крепежный элемент 1 типа болта, который с помощью гайки 5, а также обычной шайбы 3 и гаечного замка типа пружинной шайбы 4 стягивает соединяемые детали 2. В центральном отверстии крепежного элемента 1 с зазором по боковой поверхности закрепляется стержень 6 с упором в плоскости привалочной поверхности крепежного элемента 1 (головки болта). На свободном конце стержня 6 установлен металлический якорь 7 датчика 8 для измерения зазоров типа токовихревого или ему подобного по функциональным возможностям, а сам датчик 8 закрепляется в донышке колпачка 9, установленного на ненагружаемой части крепежного элемента 1 таким образом, чтобы между ним и якорем 7 имелся зазор S.
Для уменьшения трения, которое может возникать при соприкосновении поверхностей центрального отверстия в крепежном элементе 1 и боковой поверхностью стержня 6 при динамическом нагружении исследуемого объекта, в зазоре между ними, в зоне ненагруженной части крепежного элемента, устанавливается втулка 10 из материала с малым коэффициентом трения, например из фторопласта.
Устройство работает следующим образом.
При изменении внешней нагрузки Р, действующей на соединяемые детали 2, происходит деформация контролируемой части крепежного элемента 1 длиной L на величину ΔL. Поскольку резьбовой конец крепежного элемента 1 за пределами гайки 5 не нагружается, то перемещение колпачка 9 с закрепленным на нем датчиком 8 относительно привалочной поверхности крепежного элемента 1 также происходит на эту величину ΔL. На эту же величину увеличивается зазор S между датчиком 8 и его якорем 7, установленным на недеформируемом при изменении нагрузки Р стержне 6. Изменение зазора S между датчиком 8 и поверхностью якоря 7 регистрируется датчиком 8.
Использование заявляемого устройства позволит контролировать в непрерывном режиме усилие затяжки резьбового соединения при воздействии как статических, так и динамических (вибрационных и ударных) нагрузок, а также при воздействии комплекса этих нагрузок. При этом необходима предварительно полученная с помощью датчика 8 тарировочная зависимость между удлинением ΔL крепежного элемента 1 и усилием Р затяжки резьбового соединения.
1. Устройство для контроля усилия затяжки резьбового соединения, содержащее крепежный элемент с осевым отверстием, в котором с зазором по боковой поверхности размещен стержень, и средство измерений линейных перемещений, отличающееся тем, что один конец стержня закреплен в головке крепежного элемента, на другом конце этого стержня закреплен якорь средства измерений линейных перемещений токовихревого датчика, причем сам датчик установлен на колпачке, закрепленном на ненагружаемой резьбовой части крепежного элемента.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в зазоре между осевым отверстием в крепежном элементе и стержнем в зоне ненагруженной части крепежного элемента установлена втулка из материала с малым коэффициентом трения.
