Способ определения нагрузки на витки резьбового соединения

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при исследовании резьбовых соединений. Сущность: производят двухэтапное осевое нагружение гайки. На первом этапе определяют деформацию витков резьбового соединения. На втором этапе исследуемую гайку нагружают осевым усилием и вновь определяют относительные перемещения витков резьбового соединения, которые сравнивают с полученными данными на первом этапе. В качестве датчиков используют датчики перемещений, которые устанавливают в непосредственной близости от витков болта и гайки. На первом этапе нагружают опытную гайку с одним витком и строят тарировочный график зависимости относительного перемещения витков от прилагаемой нагрузки, а на втором этапе определяют перемещения любого из витков исследуемой гайки и по тарировочному графику определяют соответствующую этому перемещению нагрузку на виток резьбового соединения. Технический результат: повышение точности измерения за счет непосредственных измерений относительных перемещений витков под действием осевой нагрузки и сравнения этих перемещений с тарировочными. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при исследовании резьбовых соединений в научно-исследовательских институтах, заводских лабораториях и конструкторских бюро, занимающихся расчетами и конструированием ответственных резьбовых соединений.

Задача о распределении нагрузки по виткам резьбового соединения связана с обеспечением прочности и надежности резьбовых соединений. Общее количество выпускаемых крепежных изделий огромно. Только в автомобильной промышленности при производстве легковых машин ежегодно применяется 6·1010 шт. болтов. В конструкции современного самолета количество резьбовых соединений составляет до 250 тыс. штук. Известно, что причиной аварии на Саяно-Шушенской ГЭС являются резьбовые шпильки крепления крышки гидроагрегата №2 (Акт технического расследования причин аварии, происшедшей 17 августа 2009 года, в филиале ОАО «РусГидро» - «Саяно-Шушенская ГЭС им.П.С.Непорожнего», стр.78). Все это подтверждает актуальность изобретения.

В результате действия осевой нагрузки тело болта на участке длины свинчивания удлиняется, а тело гайки укорачивается. Согласно условию совместности деформаций (по теории сопротивления материалов) разность осевых деформаций тела болта и гайки переходит в разность относительных перемещений витков, что и является причиной неравномерности распределения нагрузки по виткам (Жуковский Н.Е. Распределение давлений на нарезках винта и гайки // Бюллетени политехнического общества при Император. Технич. Училище, №1, 1902 г.; Биргер И.А. Расчет резьбовых соединений. М. - Оборонгиз. - 1951. - С.39-41; Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения. М. - Машиностроение, 1973. С.74-75; Блайер И.Л. Расчетные схемы резьбовых соединений // Вестник машиностроения. - 2007. - №10. - С.3-8).

Распределение нагрузки по виткам резьбы определяется, как правило, теоретически (см. вышеперечисленные работы). Экспериментальные работы по определению нагрузки на витки практически отсутствуют. Это связано с труднодоступностью к виткам резьбы для непосредственных измерений относительных перемещений витков. Без определения изгиба и сдвига витка невозможно определить возникающие напряжения, а следовательно, и нагрузки на витки резьбы.

Известен способ определения распределения нагрузки в резьбовом соединении, который косвенно может оценить нагрузки на витки. По этому способу немецкий ученый Поланд (Poland E.G. Gewindelasfvertailung in der Schraubenverbindugen. // Konstruktion. - 1967. - V.19, №9. - S.345-350 (рис.4) определял нагрузку на витки, используя тензодатчики размером 0,9×1,0 мм и наклеивая их на грани гайки.

Расположение тензодатчика при наклейке контролировалось при помощи микроскопа. По деформации тела гайки Поланд судил о распределении нагрузки на витки в зависимости от прилагаемой осевой нагрузки. Поэтому точность его способа очень низкая.

Наиболее близким способом к заявленному изобретению по технической сущности является способ, который реализован устройством для исследования распределения нагрузки в резьбе по авт. св. на изобретение СССР №648758, опубл. 25.02.79.

Согласно прототипу исследование распределения нагрузки в резьбовом соединении состоит из двух этапов. На первом этапе опытную гайку нагружают осевым статическим усилием с помощью шпильки сплошного сечения. Для этого опытную гайку разрезают по диаметральной плоскости и половинки склеивают на шпильке. При испытаниях относительные деформации на поверхности тела опытной гайки до и после нагружения определяют с помощью тензодатчиков. На втором этапе витки опытной гайки нагружают, начиная с первого, витками телескопического винта поочередно и сравнивают их с деформациями, полученными на первом этапе.

Недостатком описанного способа, выбранного за прототип, является использование для его реализации слишком сложного устройства для исследования распределения нагрузки по резьбе, содержащего более 40 деталей, необходимость разреза опытной гайки, изготовления сплошной шпильки и телескопического винта. Все это усложняет определение величины нагрузки на витки и делает способ трудоемким. Тензодатчики на наружной грани опытной гайки не позволяют с достаточной точностью определить величину нагрузки на виток, т.к. непосредственно не участвуют в измерении перемещений витков. Кроме того, при этом не учитываются радиальные деформации тела гайки, которые влияют на распределение нагрузки по виткам. Следовательно, точность определения нагрузки на витки низкая.

Задача изобретения - упрощение способа и снижение трудоемкости исследования распределения нагрузки по виткам с одновременным повышением точности измерения.

Технический результат изобретения - повышение точности измерения за счет непосредственных измерений относительных перемещений витков под действием осевой нагрузки и сравнения этих перемещений с тарировочными.

Задача решена следующим образом.

Общим с прототипом является то, что вначале опытную гайку нагружают осевым усилием и фиксируют относительные деформации витков, затем резьбовое соединение с опытной гайкой нагружают вновь с фиксацией относительных деформацией витков резьбы и показания датчиков сравнивают.

В отличие от прототипа в качестве датчиков, которые устанавливают в непосредственной близости от витков резьбы, использованы датчики перемещений, при этом на первом этапе осевой нагрузке подвергают гайку с одним витком и строят тарировочный график зависимости относительного перемещения витка резьбы опытной гайки от нагрузки. На втором этапе измеряют относительные перемещения любого из витков исследуемой гайки и по тарировочному графику, записанному на первом этапе, определяют соответствующую найденному перемещению величину нагрузки на виток.

В качестве датчика перемещений в частном случае может быть использован дифференциальный емкостный преобразователь, состоящий из разжимного трубчатого кронштейна и трех электродов, причем кронштейн с крайними электродами закрепляют в отверстии, выполненном в теле гайки в непосредственной близости от витка резьбы, а средний электрод устанавливают на витке болта. Опытная гайка может быть изготовлена путем среза всех витков, кроме одного, расположенного в середине гайки.

Из уровня техники не известны способы, для которых характерна та же совокупность признаков, что и у заявленного способа. Это подтверждает его новизну. Способ явным образом не следует из уровня техники и соответствует условию изобретательского уровня, поскольку не обнаружено способов, согласно которым при определении нагрузок на витки вначале подвергают нагружению в резьбовом соединении опытную гайку с одним витком и по относительным перемещениям витка в дальнейшем определяют нагрузку на витки исследуемой гайки.

На фиг.1 представлено устройство для реализации способа.

На фиг.2 показана установка дифференциального емкостного преобразователя для измерения относительных перемещений витков.

На фиг.3 - установка дифференциальных емкостных преобразователей на исследуемой гайке.

На фиг.4 - тарировочный график опытной гайки М36×3 с одним витком.

На фиг.5 - график зависимостей относительных перемещений витков исследуемой гайки М36×4 у опорного торца, в середине гайки и у свободного торца.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит опорную плиту 1, узел нагружения 2, опытную гайку 3, опытный болт 4, дифференциальный емкостный преобразователь 5 (см. фиг.1).

Способ выполняется следующим образом. Испытуемые гайку 3 и болт 4 устанавливают в узел для нагружения 2. (фиг.1). На гайку 3 устанавливают дифференциальный емкостный преобразователь 5 (см. фиг.2), таким образом, чтобы на гайке, в непосредственной близости от резьбы, был закреплен трубчатый кронштейн 7 с охранными электродами 8 и 9, а средний электрод 6 установлен на витке болта. Относительные перемещения витков резьбы изменяют расстояние между средним и крайними электродами, что фиксируется измерительным прибором. На первом этапе в гайке срезают все витки, кроме одного. Соединение нагружают осевой силой с одновременной записью перемещений витка. Строят тарировочный график в координатах "нагрузка - перемещение". На втором этапе устанавливают дифференциальный емкостный преобразователь и замеряют перемещения витков на исследуемой гайке (см. фиг.3). Теперь, зная относительные перемещения витков, находят по тарировочному графику соответствующую этим виткам нагрузку.

Проведенные испытания с образцами резьбы М36×3 убедительно показали надежность и достоверность предлагаемого способа. На фиг.4 приведен тарировочный график одного витка гайки в координатах «осевая нагрузка - перемещение витка». На фиг.5 - перемещения витков исследуемой гайки у опорного торца (справа), в середине и у свободного, наименее нагруженного торца (слева). По предлагаемому способу на первом этапе у одной из гаек срезают все витки, кроме одного в середине гайки. В гайке у витка устанавливают, например, дифференциальный емкостный преобразователь и записывают тарировочный график витка от осевой нагрузки. Затем в нагружающее устройство помещают исследуемую гайку, в которой устанавливают датчик (или датчики) перемещений, например, как показано на фиг.3. Нагружают исследуемую гайку осевой нагрузкой. Записывают перемещения витков при осевой нагрузке. Зная перемещения каждого из витков определяют соответствующие им нагрузки. Например, при нагружении гайки до 90 кН относительные перемещения составляют у свободного торца 1,6 мкм, в середине гайки 2,9 мкм, у опорного торца 7,2 мкм. Этим перемещениям будут соответствовать нагрузки 45 кН, 52 кН и 73 кН. Таким образом, экспериментальным путем решается задача о распределении нагрузки по виткам для конкретных резьбовых соединений с учетом диаметра, шага, геометрических размеров гайки, шероховатости поверхности и опорного момента.

1. Способ определения нагрузки на витки резьбового соединения, согласно которому производят двухэтапное осевое нагружение гайки и на первом этапе определяют деформацию витков резьбового соединения, на втором этапе исследуемую гайку нагружают осевым усилием и вновь определяют относительные перемещения витков резьбового соединения, которые сравнивают с полученными данными на первом этапе, отличающийся тем, что в качестве датчиков используют датчики перемещений, которые устанавливают в непосредственной близости от витков болта и гайки, при этом на первом этапе нагружают опытную гайку с одним витком и строят тарировочный график зависимости относительного перемещения витков от прилагаемой нагрузки, а на втором этапе определяют перемещения любого из витков исследуемой гайки и по тарировочному графику определяют соответствующую этому перемещению нагрузку на виток резьбового соединения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчика перемещения используют дифференциальный емкостной преобразователь, состоящий из разжимного трубчатого кронштейна и трех электродов, причем кронштейн с крайними электродами закрепляют в отверстии, выполненном в теле гайки в непосредственной близости от витка резьбы, а средний электрод устанавливается на витке болта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что опытную гайку изготавливают путем среза всех витков, кроме одного, расположенного в середине по длине тела гайки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля осевой силы затяжки резьбовых соединений. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в машиностроении, судостроении, авиастроении и др. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при затяжке резьбовых соединений в процессе сборки и эксплуатации машин и оборудования. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля испытаний механизированного инструмента. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при затяжке резьбовых соединений в процессе сборки и эксплуатации машин и оборудования. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля осевой силы при затяжке резьбовых соединений. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля крутящего момента затяжки резьбовых соединений. .

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний механизированного инструмента. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при затяжке резьбовых соединений в процессе сборки и эксплуатации машин или оборудования. .

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний резьбовых соединений и механизированного инструмента для затяжки резьб. .

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использовано в машиностроительной отрасли при сборке узлов и деталей корпусных изделий

Изобретение относится к области измерительной техники, а более конкретно - к области конструкционного демпфирования, и может найти применение в машиностроении, судостроении, авиастроении и др

Изобретение относится к инструментам для эксплуатационной проверки болта, зафиксированного в окружающей болт конструкции, и к способам проверки болта. Инструмент (3), содержащий соединительный элемент (7), соединенный с болтом (2) и выполненный с возможностью отделения и передачи усилия, причем соединительный элемент (7) имеет a) участок резьбы, предназначенный для свинчивания с участком резьбы со стороны болта (2), причем соединительный элемент выполнен с возможностью установки на заданный горизонтальный уровень посредством вращения, b) шарнирный участок, рабочий участок (1a, 1a´), соединенный с соединительным элементом (7) и выполненный с возможностью отделения и передачи усилия на соединительный элемент (7), причем шарнирный участок выполнен с возможностью взаимодействия с рабочим участком (1a, 1a´), качающийся рычаг (1b, 1b´), соединенный с рабочим участком (1a, 1a´) и опирающийся с возможностью поворота в окружающей конструкции (3), элемент (1е) управления, предназначенный для передачи усилия и/или крутящего момента в качающийся рычаг (1b, 1b´) для перемещения рабочего участка (1a, 1a´). Технический результат заключается в возможности осуществления эксплуатационной проверки болта посредством простых технических средств. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения крутящих моментов. Техническим результатом изобретения является повышение стабильности рабочего цикла. Пневматическое устройство содержит основание с двумя прикрепленными к нему стойками, жестко удерживающими пластину-диск, с запрессованным шарикоподшипником, во внутреннем кольце которого с возможностью поворота размещен ступенчатый валик, к верхней ступени которого прикладывается контролируемый крутящий момент. На торце нижней ступени валика установлен Г-образный рычаг, к которому прикреплены правые части основной и дополнительной упругих пластин, левые части последних прикреплены к стойке, жестко установленной на основании. В отверстии стойки устройства закреплено измерительное сопло, установленное перпендикулярно к основной упругой пластине с зазором к ней и через штуцеры и воздуховоды пневматически связанное с внутренней поверхностью сильфона в пневмокамере, расположенной на одной из стоек устройства. Сильфон жестко прикреплен одним своим торцом к опорной пластине, а другим герметично закрытым торцом контактирует с подвижной ножкой индикатора часового типа, на опорной пластине закреплен угольник с регулировочным болтом и контргайкой, между торцом которого и выходным каналом пневмокамеры имеется зазор, пневматически связанный с наружной поверхностью сильфона. 2 ил.

Изобретение относится к динамометрическим ключам для затяжки с тарированным крутящим моментом резьбовых соединений и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Цифровой динамометрический ключ содержит преобразователь деформации упругого элемента, подключенный к входу усилителя, аналого-цифровой преобразователь входом подключенный к выходу усилителя, а выходами - к первым входам первого и второго цифровых компараторов. Выход первого цифрового компаратора подключен к S-входу первого триггера, выходом подключенного к первому входу элемента «И», а R-входом соединен с R-входом второго триггера. Выход второго цифрового компаратора подключен к S-входу второго триггера, инверсным выходом подключенного к второму входу элемента «И», выходом, через первый элемент индикации подключенного к общей шине питания, выход второго триггера через второй элемент индикации также соединен с общей шиной питания. При этом ключ снабжен третьим цифровым компаратором, третьим регистром памяти, счетчиком импульсов, блоком памяти, элементом задержки, элементом «ИЛИ», вторым элементом «И», выходом через третий элемент индикации соединенным с общей шиной питания. Технический результат - получение информации о качестве затяжки резьбовых соединений, выполненных оператором в течение смены. 1 ил.

Группа изобретений относится к способу контроля качества резьбового стержневого компонента, имеющего часть с наружной резьбой, или резьбового отверстия, а также калибру и набору калибров для контроля качества, которые применяются согласно способу. Отличительной особенностью заявленной группы изобретений является то, что контрольная величина вращающего момента, меньшая, чем заданная величина вращающего момента, задана предварительно, и применен кольцеобразный резьбовой калибр (11) для контроля положения свечи, который может свинчиваться со свечой (3). Калибр (11) снабжен опорными линиями (14a, 14b), показывающими верхнее и нижнее предельные положения допуска ориентации заземляющего электрода (33), когда свеча (3) и калибр (11) свинчены друг с другом. Когда свеча (3) и калибр (11) свинчены друг с другом и затянуты с контрольной величиной вращающего момента, оценивается и контролируется пригодность фазового положения в направлении вращения посредством определения того, находится ли заземляющий электрод (33) свечи (3) в диапазоне опорных линий (14a, 14b), показывающих верхнее и нижнее предельные положения допуска. Технический результат − возможность осуществления контроля фазы с учетом характеристик деформации смятия уплотнения с вращающим моментом, который меньше заданного вращающего момента затягивания. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля крутящего момента затяжки резьбовых соединений. Способ заключается в приложении к затянутому резьбовому соединению крутящего момента, перевод резьбового соединения из состояния покоя в состояние движения, поворот на заданный угол, не превышающий 8÷10°, и измерение крутящего момента при достижении углом поворота заданного значения. При этом крутящий момент к резьбовому соединению прикладывается в направлении отвинчивания, измеряется фактический угол, на который произошло отвинчивание резьбового соединения. Затем осуществляется поворот резьбового соединения в направлении завинчивания. При повороте резьбового соединения на угол, измеренный при отвинчивании, производится измерение крутящего момента, а измеренное значение крутящего момента будет соответствовать крутящему моменту затяжки резьбового соединения. Динамометрический ключ содержит датчик момента, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй регистры памяти, датчик угла поворота, первый счетчик импульсов, цифровой индикатор, первый и второй элементы индикации, кнопку управления, шину «Напряжение логической единицы», второй счетчик импульсов, первое и второе сравнивающие устройства, первый и второй триггеры, снабжен первым, вторым, третьим и четвертым элементами И, элементом НЕ, третьим элементом индикации и аналоговым компаратором. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к оборудованию для приемосдаточных испытаний механизированного инструмента. Технический результат изобретения - расширение технологических возможностей путем выявления гайковертов, у которых смещена настройка. Заявленное изобретение представляет собой стенд для контроля крутящего момента пневматических гайковертов. Стенд содержит основание, нагружатель в виде резьбовой пары, головкой болта соединенный со шпинделем испытуемого гайковерта, а гайкой через датчик момента взаимодействующий с основанием. Датчик момента соединен с блоком контроля. Блок контроля содержит аналого-цифровой преобразователь, первый, второй и третий цифровые компараторы, первый, второй и третий регистры памяти, цифровой индикатор, первый логический элемент «И», усилитель, первое вычислительное устройство, счетчик импульсов, блок памяти, аналоговый компаратор, первый элемент «НЕ», триггер, подключенный ко входу транзисторного ключа, который через катушку возбуждения электромагнитного клапана осуществляет подключение гайковерта к пневмосети, блок питания, аналоговый компаратор, источник опорного напряжения, формирователь импульсов, счетчик импульсов, первый световой индикатор, кнопку управления шиной «Напряжение логической единицы». Для достижения технического результата стенд снабжен вторым и третьим вычислительными устройствами, четвертым цифровым компаратором, вторым и третьим элементами И, элементом ИЛИ, вторым элементом НЕ, вторым, третьим и четвертым световыми индикаторами. 1 ил.

Изобретение относится к области соединения или предотвращения относительного смещения деталей машин или элементов конструкций и направлено на возможность осуществления сплошного контроля натяжения болта. Способ заключается в том, что после сборки болтового соединения, перед окончательной затяжкой на болт с использованием специальной смазки для обеспечения акустического контакта устанавливают преобразователь сигналов акустической эмиссии. Затем производят окончательную затяжку, в процессе которой и определенное время после нее регистрируют сигналы акустической эмиссии, и по результатам анализа полученных сигналов акустической эмиссии судят о качестве болтового соединения. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при затяжке резьбовых соединений. Способ затяжки резьбовых соединений, заключающийся в приложении к гайке крутящего момента, измерения текущего значения момента, поворот гайки на заданный угол после достижения гайкой установленного значения крутящего момента, останов процесса завинчивания после поворота гайки на заданный угол, отвинчивание гайки и повторная затяжка до достижения требуемого значения момента, что при повторной затяжке производится измерение угла поворота гайки, после достижения гайкой установленного значения крутящего момента, при этом, если после окончания повторной затяжки угол поворота гайки попадает в поле допуска образованного значениями минимально допустимого и максимально допустимого углов поворота гайки, то соединение считается затянутым качественно, если же угол поворота гайки вышел из поля допуска образованного минимально допустимыми и максимально допустимыми значениями углов поворота гайки, то считается, что соединение затянуто с дефектом. Технический результат изобретения - выявление дефектно затянутых резьбовых соединений. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при исследовании резьбовых соединений

Наверх