Способ контроля уровня затяжки стального болта или шпильки



Способ контроля уровня затяжки стального болта или шпильки
Способ контроля уровня затяжки стального болта или шпильки

 


Владельцы патента RU 2456562:

Загидулин Ринат Васикович (RU)
Загидулин Тимур Ринатович (RU)

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использовано в машиностроительной отрасли при сборке узлов и деталей корпусных изделий. На контролируемой поверхности стержня стального болта или шпильки полюсом намагничивающего устройства стержневого типа создают локальную область с остаточной намагниченностью металла, измеряют нормальную составляющую поля остаточной намагниченности над серединой этой локальной области и по измеренному значению магнитного поля определяют величину механического напряжения стержня стального болта или шпильки. Технический результат заключается в повышении чувствительности измерения уровня затяжки и расширении номенклатуры контролируемых болтов. 3 ил.

 

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

Известен способ контроля уровня затяжки стального болта (шпильки) [авторское свидетельство СССР №463019, G01L 5/24, опубл. 1975 г.], основанного на применении упругого элемента, устанавливаемого между фланцем и гайкой (или головкой болта). Величину возникающего при затяжке осевого усилия в стержне стального болта (шпильки) контролируют по изменению диаметра упругого элемента, который измеряется устройством с ценой деления не менее 0.001 мм.

Для практической реализации этого способа требуется организация массового производства упругих элементов разных типоразмеров со строго выдержанными механическими параметрами. С другой стороны, применение упругого элемента при сборке корпусных изделий приводит к увеличению их себестоимости.

Наиболее близким решением является способ [Бобренко В.М., Рудаков А.С. Исследование усилий в резьбовых соединениях акустическим тензометрированием. - Дефектоскопия, 1986, №7, с.11-14], заключающийся в измерении скорости акустической волны, распространяющейся в стержне стального болта или шпильки и основанный на линейной зависимости изменения скорости акустической волны от величины одноосных механических напряжений в области упругой деформации металла.

Сущность способа заключается в том, что изменение механического напряжения в стержне стального болта или шпильки приводит к изменению времени пробега ультразвуковых волн в металле, при этом в области упругой деформации металла увеличение времени пробега акустической волны прямо пропорционально механическому напряжению [Анисимов В.А., Каторгин Б.И., Куценко А.Н. и др. Акустический контроль усилий затяжки разъемных соединений жидкостных ракетных двигателей нового поколения. - Контроль. Диагностика, 2002, №4, с.13-25].

Однако известное техническое решение имеет следующие недостатки:

1. Способ требует наличия стандартного образца и применим лишь для контроля уровня затяжки нового стального болта или шпильки.

2. Имеются ограничения для линейных размеров стального болта или шпильки (например, отношение диаметра к длине стержня стального болта должно быть не более 0.6) и места контроля (контроль возможен лишь с торцов стального болта или шпильки).

Задачей изобретения является повышение эффективности контроля уровня затяжки стального болта или шпильки за счет повышения чувствительности способа и расширения номенклатуры контролируемых болтов.

Поставленная задача решается способом контроля уровня затяжки стального болта или шпильки, заключающимся в том, что на контролируемой поверхности стержня стального болта или шпильки полюсом намагничивающего устройства стержневого типа создают локальную область с остаточной намагниченностью металла, измеряют нормальную составляющую напряженности поля остаточной намагниченности над серединой этой локальной области и по измеренному параметру магнитного поля определяют по предварительной, экспериментально полученной зависимости величину механического напряжения стержня стального болта или шпильки.

Отличие заявляемого изобретения заключается в том, что на контролируемой поверхности стержня стального болта или шпильки полюсом намагничивающего устройства стержневого типа создают локальную область с остаточной намагниченностью металла, измеряют нормальную составляющую поля остаточной намагниченности над серединой этой локальной области и по измеренному значению магнитного поля определяют величину механического напряжения стержня стального болта или шпильки.

Эти отличительные признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».

При анализе известных технических решений не обнаружено сведений о создании на стержне стального болта или шпильки локальной области с остаточной намагниченностью металла, измерении нормальной составляющей поля остаточной намагниченности над серединой этой локальной области и определении по измеренному значению магнитного поля величины механического напряжения стержня стального болта или шпильки.

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».

Сущность способа контроля уровня затяжки стального болта или шпильки заключается в следующем.

Если стержень стального болта или шпильки предварительно намагнитить постоянным магнитным полем и приложить к нему растягивающее механическое напряжение, то остаточная намагниченность металла будет монотонно уменьшаться (разрушение остаточной намагниченности) примерно по линейному закону в области упругой деформации металла и переходить в пологую часть, стремясь к некоторому минимальному значению в области упругопластической и пластической деформации металла. Начало перехода в пологую часть будет соответствовать максимально возможному уровню затяжки стального болта или шпильки. Соответственно будет уменьшаться напряженность магнитного поля рассеяния над поверхностью стержня стального болта или шпильки (поле остаточной намагниченности).

Измеряя напряженность поля остаточной намагниченности над поверхностью стержня стального болта или шпильки, на основе предварительно полученных зависимостей напряженности магнитного поля от механического напряжения металла, можно косвенно оценить величину механического напряжения стержня стального болта или шпильки при его затяжке.

Представленные чертежи иллюстрируют заявленный способ. На фиг.1 представлен график зависимости напряженности поля остаточной намагниченности металла от величины механического напряжения, на фиг.2 представлена зависимость напряженности поля остаточной намагниченности металла от момента силы в разных частях стержня стального болта.

Предлагаемый способ контроля уровня затяжки стального болта или шпильки осуществляется следующим образом. На любой, доступной для контроля поверхности стержня (торец, боковая поверхность) незатянутого стального болта или шпильки создают область с остаточной намагниченностью металла Jro, для чего на поверхность стержня последовательно устанавливают и плавно удаляют полюс намагничивающего устройства, изготовленного из постоянных магнитов.

Установив над серединой намагниченной области стержня стального болта или шпильки преобразователь магнитного поля, измеряют нормальную составляющую напряженности поля остаточной намагниченности металла Hro, которая прямо пропорциональна остаточной намагниченности металла:

где TF - топографический фактор, зависящий от размеров а, b полюса намагничивающего устройства и координат точки измерения магнитного поля x, y, z.

При затяжке стального болта или шпильки в стержне происходит увеличение продольного растягивающего механического напряжения, которое приводит к монотонному уменьшению величины остаточной намагниченности металла, аналитически описываемой формулой:

где Jr(σ) - остаточная намагниченность металла при механическом напряжении σ≠0, Jro, Hco - остаточная намагниченность и коэрцитивная сила металла в ненапряженном состоянии (σ=0), µo=4π 10-7 Гн/м - магнитная постоянная, λs - магнитострикция насыщения, Bs - магнитная индукция насыщения, Bo - магнитная индукция металла, соответствующая минимуму магнитострикции.

Соответственно монотонно будет уменьшаться и напряженность поля остаточной намагниченности металла (фиг.1), которая описывается аналитической зависимостью, получаемой на основе формул (1), (2):

Величину механического напряжения стержня стального болта или шпильки определяют следующим образом:

способ 1: измеренную величину поля остаточной намагниченности Hr подставляют в уравнение (3), и, решая его, находят соответствующее значение механического напряжения σ;

способ 2: значение механического напряжения стержня стального болта или шпильки определяют по предварительно экспериментально полученной зависимости напряженности поля остаточной намагниченности стержня от механического напряжения растяжения (или момента силы при затяжке) стального болта или шпильки (фиг.1, фиг.2).

Пример конкретного выполнения

Способ контроля уровня затяжки стального болта или шпильки был апробирован на образце стального болта длиной стержня 200 мм и диаметром 16 мм.

Полюс стержневого постоянного магнита подносился и далее плавно удалялся от поверхности металла стального болта. Диаметр полюса постоянного магнита был равен 18 мм, магнитное поле около полюса доводило металл до технического насыщения. Напряженность нормальной составляющей поля остаточной намагниченности этой области измерялась магнитометром, наибольшая погрешность измерения которого не превышала 5%.

Увеличение механического напряжения стержня стального болта (затяжка стального болта) осуществлялось с помощью динамометрического ключа, позволяющего создавать наибольший момент силы 150 Нм, при этом дискретность изменения момента силы была равна 10 Нм.

На фиг.2 показана экспериментально полученная зависимость напряженности поля остаточной намагниченности металла от момента силы при затяжке стального болта в разных частях стержня - на торцевой и на боковой поверхностях (в средней части стержня).

Зависимость напряженности поля остаточной намагниченности металла на торце стального болта от момента силы М при затяжке (фиг.2) описывается уравнением (достоверность аппроксимации R2=0,9889):

Зависимость напряженности поля остаточной намагниченности металла на боковой поверхности стержня стального болта описывается уравнением (достоверность аппроксимации R2=0,9917):

Постоянные коэффициенты при переменной М в формулах (4), (5) отличаются друг от друга не более чем на 4%, что свидетельствует об одинаковом наклоне кривых, полученных для разных точек стержня стального болта.

Это обстоятельство является свидетельством одинакового изменения внутреннего механического напряжения в стержне стального болта в области упругой и упругопластической деформации металла, независимо от места измерения, и является основанием для контроля механического напряжения стального болта или шпильки на любой, практически доступной точке поверхности стержня.

Статистическая обработка экспериментально измеренных данных показала, что наибольшая погрешность косвенной оценки момента силы (механического напряжения) при затяжке стального болта на основе напряженности поля остаточной намагниченности не превышает 3-5% в области упругопластической деформации металла.

Таким образом, использование предлагаемого способа контроля уровня затяжки стального болта или шпильки обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества:

1. Предложенное техническое решение не требует наличия стандартного образца и применимо для контроля уровня затяжки стальных болтов или шпилек практически всех типоразмеров.

2. Контроль механического напряжения стального болта или шпильки возможен на любой, практически доступной точке поверхности стержня.

Способ контроля уровня затяжки стального болта или шпильки, заключающийся в том, что на контролируемой поверхности стержня стального болта или шпильки полюсом намагничивающего устройства стержневого типа создают локальную область с остаточной намагниченностью металла, измеряют нормальную составляющую напряженности поля остаточной намагниченности над серединой этой локальной области и по измеренному параметру магнитного поля определяют по предварительной экспериментально полученной зависимости величину механического напряжения стержня стального болта или шпильки.



 

Похожие патенты:

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

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 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 ручному инструменту, а именно к динамометрическим ключам для затяжки с тарированным крутящим моментом резьбовых соединений, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей ключа путем создания возможностей по затяжке ключом резьбовых соединений в несколько этапов с переустановкой ключа на резьбовом соединении. Цифровой динамометрический ключ содержит датчик момента, выходом, через усилитель, подключенный к информационному входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Информационными выходами АЦП подключены к информационным входам первого регистра памяти, выходами соединенного с входами блока индикации. Устройство содержит датчик угла поворота, блок памяти, выходом подключенный ко входу "Запись" первого регистра памяти и S-входу триггера. R-вход триггера соединен с R-ходом первого регистра памяти и через кнопку управления подключен к шине "Напряжение логической единицы", а выходом через элемент индикации подключен к общей шине питания. Поставленный технический результат достигается тем, что ключ снабжен вторым регистром памяти, счетчиком импульсов, цифровым компаратором и элементом И. При этом информационные выходы второго регистра памяти подключены к первым входам цифрового компаратора, вторыми входами подключенного к информационным выходам аналого-цифрового преобразователя, а выходом к первому входу элемента И, вторым входом подключенного к выходу датчика угла, а выходом к информационному входу счетчика импульсов, установочным R-входом соединенного с R-входом триггера, а информационными выходами со входами блока памяти. 1 ил.
Наверх