Способ затяжки резьбовых соединений

 

Изобретение относится к механизированной сборке ответственных резьбовых соединений с применением редкоударных гайковертов. Цель изобретения - повышение надежности за счет увеличения точности достижения требуемого усилия затяжки Производят обжатие стыка, наносят несколько ударов с замером после каждого из них угла поворота гайки и момента на ней и вычисляют по замеренным параметрам число дополнительных ударов, необходимых для достижения требуемого усилия затяжки, которое определяется углом поворота гайки . При нахождении числа дополнительных ударов используют численный метод определения соответствия между реальным резьбовым соединением и его упрощенной моделью 3 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s В 25 В 23/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4798614/28 (22) 05,03.90 (46) 23.07,92. Бюл, N. 27 (71) Краматорский индустриальный институт (72) В,А,Тарадай (56) Авторское свидетельство СССР

N 254409,,кл. В 25 В 23/14, 1967.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1650424, кл, В 25 В 23/14, 1989. (54) СПОСОБ 3ATR)KKI РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ (57) Изобретение относится к механизированной сборке ответственных резьбовых соединений с применением редкоударных

Изобретение относится к области механизированной сборки ответственных резьбовых соединений с применением редкоударных гайковертов и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Известен способ сборки резьбовых соединений, заключающийся в предварительном навертывании и затяжке гайки до получения в резьбовом соединении начального усилия, обеспечивающего получение нулевой точки отсчета и окончательной дозатяжке соединения определенным числом ударов, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ затяжки резьбовых соединений, заключающийся в обжатии стыка и затяжке ударами, замере текущего угла поворота гайки и момента на ней по завершении обжатия стыка после трех последовательных ударов, определении коэффициента динамичности при„„5U„, 1749013 А1 гайковертов. Цель изобретения — повышение надежности за счет увеличения точности достижения требуемого усилия затяжки.

Производят обжатие стыка, наносят несколько ударов с замером после каждого иэ них угла поворота гайки и момента на ней и вычисляют по замеренным параметрам число дополнительных ударов, необходимых для достижения требуемого усилия затяжки, которое определяется углом поворота гайки, При нахождении числа дополнительных ударов используют численный метод определения соответствия между реальным резьбовым соединением и его упрощенной моделью. 3 ил. ращения угла поворота гайки и приведенной жесткости резьбового соединения, нахождении числа дополнительных ударов и окончании затяжки после их нанесения..

Онако точность известного способа недостаточна для особо ответственных резьбовых соединений ввиду того, что суммарное число ударов определяется исходя из требуемого момента затяжки реэьбового соединения. Известно, что при контроле усилия по моменту затяжки обеспечивается точность не более -25)ь, что объясняется разбросом значений коэффициентов трения на торце гайки и в особенности в резьбе.

Цель изобретения — повышение надежности резьбовых соединений за счет уменьшения погрешности достижения заданного усилия затяжки.

Указанная цель достигается за счет то.го, что согласно способ i затяжки резьбовых соединений, заключающемуся в обжатии

1749013 стыка и затяжке ударами, замере влекущего угла поворота гайки и момента на ней по завершении обжатия стыка после трех последовательных ударов, определения коэффициента динамичности приращения угла поворота гайки. и приведенной жесткости резьбового соединения, нахождении числа дополнительных ударов и окончании затяжки после их нанесения, задают расчетный угол поворота гайки, а число дополнительных ударов определяют из выражения ((р + 3 — 1) + 2 pn + 3) пдоп

4р +эф+з — 1) где Op — расчетный угол поворота гайки;

К вЂ” приведенная жесткость резьбового соединения;

M +з- момент затяжки на гайке после последнего из трех последовательно нанесенных ударов; р + з — коэффициент динамичности приращения угла поворота гайки после последнего из трех последовательно нанесенных ударов;

n — количество нанесенных при обжатии стыка ударов.

На фиг.1 изображена принципиальная блок-схема устройства для реализации способа; на фиг.2 — графики зависимостей усилия и момента затяжки от угла поворота гайки для упрощенной (идеализированной) модели и реального резьбового соединения; на фиг.3 — график зависимости момента затяжки от угла поворота гайки и выполненная после каждого удара работа для упрощенной (идеализированной) модели резьбового соединения, Устройство для реализации способа содержит редкоударный гайковерт 1; датчик 2 угла поворота гайки, датчик 3 момента на гайке, механизм 4 включения - выключения гайковерта 1, микропроцессор 5 и блок 6 интерфейсов (ужройство согласования датчиков 2 и 3 и механизма 4 с микропроцессором 5).

Для обьяснения сущности способа затяжки реэьбовых соединений редкоударными гайковертами рассмотрим кратко его теоретическую основу. Введем понятие упрощенной. (идеализированной) модели резьбового соединения. Это такое реэьбовое соединение, для которого на протяжении всей затяжки соблюдается прямо пропорциональная зависимость момента

35 Ае

О М 6 М2 О1М1 %M3 %М2 ОМ! Π— 1Mi — 1

2 2 2 2

40 или

— Ol tg y Oz tg y Ol tg y

2 2

Cb туy Cb щу

2 2 фрицу 0 — ngy г г где Ol,02,ЯЭ„....Q, иMl,м2,мз, „м— углы поворота гайки и моменты на ней соответственно после 1-го, 2-lo, З-го,..., i-ro ударов.

Отсюда можно получить: 9 = Vi Ol, Таким образом, угол поворота гайки после любого удара равен произведению корна гайке от ее угла поворота. На фиг.2 показаны графики зависимостей момента и усилия затяжки от угла поворота гайки для упрощенной (идеализированной) мо5 дели (М= 1 д О и Q= qr О и для реального резьбового соединения (M=f(B) и Q =

=(p(O)) Графики М = 1 (О) и 0 = р (Я) имеют существенную нелинейность на начальном этапе затяжки до завершения процесса об10 жатия стыка (снятия микронеровностей, выравнивания пакета деталей до полного прилегания и т,п.). Вплоть до достижения предела текучести материала болта наблюдаются прямолинейные участки (на зависи15 мость М= f (6 накладываются "помехи" из-за колебаний в процессе затяжки значений коэффициентов трения в резьбе и по торцу гайки), на которых графики 0 = p(O) и M = f(ej параллельны графикам Q=

päд(О) и M = fää(О) соответственно, но смещены по оси углов поворота гайки на величину Оь. Таким образом, чтобы установить взаимосвязь между реальным резьбовым соединением и упрощенной (идеализированной) моделью его, необходимо знать углы Р и у (фиг,2) и начальный угол 8 .

При затяжке упрощенной (идеализированной) модели резьбового соединения редкоударными гайковертами с постоянной энергией единичного удара (А, = const) имеем (фиг.3) 1749013

he =el — Π— =

Mn+3 Мп +1 (3) 6 +3-0+! вариант 2:

ЛО = Т:!

Я l(2 г

25 Mn+ 3 (5) вариант 2; (6) или

45 (9) Пдоп = In I ня квадратного из номера удара на угол поворота гайки после первого удара.

Приращение угла поворота гайки после каждого удара равно

= 4 C+ — 1Г- t О1 = (4 — vt — ) О

Коэффициент динамичности приращения угла поворота гайки для I-го удара равен

ЛΠ— 1 чà — 1 — чà — 2

Способ затяжки резьбовых соединений реализуется следующей последовательностью операций.

Ввод с пульта управления устройства для реализации способа (точнее, микропроцессора) расчетного угла поворота гайки И (соответствующего требуемому усилию затяжки (Э,р) и числа и.

Установка гайковерта на наживленную гайку и его включение.

Последующие операции выполняются без вмешательства оператора по введенной в микрокроцессор программе.

Счет наносимых ударов до и (если затяжка резьбового соединения производится за 1 0-15 ударов, то 5 ударов достаточно для завершения процесса обжатия стыка, 10-15 ударов — наиболее рациональное число ударов при затяжке резьбовых соединений редкоударными гайковертами, но не обязательно, так как зависит от энергии единичного удара применяемого гайковерта), поэтому и может быть отличным от 5, но обеспечивающим завершение обжатия стыка и оставляющим в запасе до завершения затяжки не менее трех ударов, и измерение угла поворота гайки.

Нанесение трех ударов с запоминанием углов поворота гайки после каждого удара C4+1, C4+2, И) +зи моментов на

ГайКЕ Mn+1 М,+г, М,+3.

Вычисление коэффициента динамичности приращения угла поворота гайки реального затягиваемого резьбового соединения:

P+3 = . (1)

Bi+2 — B +!

91+3 %+2

Вычисление номера соответствующего удара при затяжке упрощенной (идеализированной) модели резьбового соединения с округлением результата до целого: ф + ") (2)

4Р +3(Р +3 — 1) Вычисление приведенной жесткости резьбового соединения по одному из вариантов: вариант 1;

n+3 и +3 he%

3, . 8 М; — : М!

К—

I =и+1 I =и+1 I =п+1

n +3 и+3

15 з cI- (g 8)) . (4)

Вычисление номера последнего удара при затяжке упрощенной (идеализированной) модели резьбового.соединения по одному из вариантов: вариант 1.

30 In — 4 (4 + 3 — ИЬ) где С4 определяется по одной из формул:

С4 =C4+a — М, +g К )(фиг.2) (7) и +3. n+ n+3

3,), Я м; —, ), м; ; И

j =п+1 j =n+1j =и+1 (8)

Вычисление числа дополнительных ударов

Нанесение пдоп ударов, отключение гайковерта..

Формулу (9) можно объединить с формулами (2) и (3), тогда предлагаемый способ будет реализовываться следующей последовательностью операций (сокращенный ал горитм)., Ввод с пульта управления устройства реализации способа расчетного угла поворота гайки И и числа и.

1749013

Установка гайковерта на наживленную гайку и его включение, Счет наносимых ударов до и и измерение угла поворота гайки.

Нанесение трех ударов с запоминанием углов поворота гайки после каждого удара %+1, 9 +г, 64+зи соответствуЮщИХ ИМ МОМЕНТОВ На ГайКЕ Мп+1, Mn+2

Mn+3.

Вычисление коэффициента динамичности приращения угла поворота гайки затягиваемого резьбового соединения для (и+3)-го удара % +2 B) +1

% +3 — % +2 рп+з—

Вычисление приведенной жесткости резьбового соединения (Mn+3 — Mn+1

i(——

O+ç — 0+1

Вычисление числа дополнительных ударов (ф+3 — 1}+2р+3)

4р. +3(р +3 — 1) (10)

Нанесение пд ударов, отключение гайковерта, Пример. Производилась затяжка гайки болта M 24 х 3, Исходя из требуемого усилия затяжки (Ото=326 кН) и суммарной податливости резьбового соединения, определяли расчетный угол поворота гайки Ор =1,216 рад. Гайковерт выбрали такой энергии единичного удара, чтобы затяжку осуществить примерно на 15 ударов.

Ввели с пуль а управления значения

8 =1,2 i6 и п=5 (программа введена заранее}.

Наживили еайку до соприкосновения со стягиваемой деталью, установили гайковерт и включили его, Нанесли 5 ударов.

Нанесли 6-й,7-й, 8-й удары и заполнили

64= i,225, 9у= 1,292, C4 = 1,353 и Mo =- 667 (Нм), M7=627, Мв=684.

Вычислили по формуле (1) коэффициент рв = 1,0983606, Вычислили по формуле (2) номер удара

i=6,3685954, округлили значение до целого числа и приняли i=6, Вычислили приведенную жесткость резьбового соединения по формуле (3):

К =- 914,9625, по формуле (4)

5 К=913,75863.

После округления результатов для дальнейших расчетов приняли К=914. Нэ практике К следует определить один раз по одной из формул (3) или (4}.

10 Вычислили; по формуле (7)

64 = 0,6046; по формуле (8)

C4 = 0,60491754.

После округления результатов для дальнейших расчетов приняли (:4 = 0,605. На практике достаточно определить Ио один раз по одной иэ формул (7) или (8).

Вычислили: по формуле (5}

1п=15,8; по формуле (6)

in-=15,9

Результат вычислений округлили до целото и приняли =16.

Вычислили по формуле (9) пдоп = 10

Нанесли 10 ударов и отключили гайковерт.

По сокращенному алгоритму вместо 6-й, 8-й и 9-й операций выполнялась одна операция определения числа дополнительных ударов (по формуле (10) ):

35 пдоп = 10,446175 = 10.

Остальные операции выполнялись без изменения, В резьбовом соединении было достиг40 нуто усилие в 324 кН, угол поворота гайки составил 1,804 рад. После нанесения предпоследнего удара в резьбовом соединении было зафиксировано усилие в 314 кН. Учитывая, что число ударов округляется до целого, можно сделать вывод, что абсолютная погрешность способа равна половине приращения усилия затяжки после последнего удара, следовательно, с уменьшением числа ударов до завершения затяжки точность обеспечения заданного усилия снижается,. так как после первых ударов приращения усилия в резьбовом соединении больше, чем после последующих. Для нашего примера максимальная погрешность за счет округления числа ударов составляет:

324 — 314 Х 100 =153

2 . 326

Такая высокая точность достижения требуемого усилия затяжки возможна толь1749013

10 ко при использовании высокоточных датчиков и точном определении расчетного угла поворота гайки, По сравнению с известным способом, где достигается высокая точность обеспече- 5 ния требуемого момента, который связан с усилием затяжки через коэффициенты трения в резьбе и по торцу гайки, предлагаемый способ позволяет обеспечить более высокую точность, достижения требуемого 10 усилия затяжки, так как оно выражается через угол поворота гайки, который не зависит от коэффициентов трения.

Формула изобретения

Способ затяжки резьбовых соединений, 15 заключающийся в обжатии стыка и затяжке ударами, замере текущего угла поворота гайки и момента на ней по завершении обжатия стыка после трех последовательных ударов, определении коэффициента дина- 20 мичности приращения угла поворота гайки и приведенной жесткости резьбового соединения, нахождении числа дополнительных ударов и окончании затяжки после их нанесения, отл ича ющи йся тем, что,с 25 целью повышения надежности, задают расчетный угол поворота гайки, а число дополнительных ударов определяют из выражения ((4+з — 1)+2р +зР

4рп+з ф+з — 1) где Bp — расчетный угол поворота гайки;

К вЂ” приведенная жесткость резьбового соединения;

Мп+з — момент затяжки на гайке после последнего из трех последовательно нанесенных ударов;

pn + з — коэффициент динамичности приращения угла поворота гайки после последнего из трех последовательно нанесенных ударов; и — количество нанесенных при обжатии стыка ударов.

1749013

1749013

Редактор Е.Папп

Заказ 2553 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4. 5

Иу

Мр

Составитель В.Тарадай

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Т.Палий

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, у.1.Гагарина, 101