Способ затяжки газового стыка
Владельцы патента RU 2244176:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научное конструкторско-технологическое бюро "Парсек" (НКТБ "Парсек") (RU)
Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено в автомобилестроении, например в двигателестроительной промышленности. В заявленном способе затяжки газового стыка контроль затяжки производят с помощью электронного устройства. В заявленном способе затяжки газового стыка контроль затяжки производят с помощью электронного устройства. Затяжку завершают при усилии, которое соответствует точке, расположенной в диапазоне нелинейного участка диаграммы растяжения материала стягивающего болта или шпильки. Затяжка производится до усилия, ограниченного диапазоном, соответствующем диапазону, расположенному между точкой предела пропорциональности и точкой предела упругости. Этим обеспечивается сохранение упругих свойств материала стягивающих болтов или шпилек. В результате повышается надежность и долговечность газового стыка. 1 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено в автомобилестроении, например в двигателестроительной промышленности.
Известен способ затяжки и контроля по крутящему моменту [1]. Недостатком данного способа является то, что разброс осевого усилия стягивающих болтов (шпилек) достигает ±25%, что снижает надежность и долговечность газового стыка.
Известно устройство [2, 3, с.347-350], работа которого основана на способе затяжки газового стыка по пределу текучести материала болта или шпильки, с контролем затяжки при помощи электронного устройства. Данный способ принят за прототип. Сущность его заключается в том, что в процессе затяжки электронное устройство производит сравнение сигналов приращения крутящего момента от угла поворота болта (гайки). При выходе на участок текучести материала равенство сравниваемых сигналов нарушается и затяжка прекращается.
Недостатком данного способа является следующее. При работе двигателя, в случае большой разности температурных коэффициентов линейных расширений материалов болтов и головки цилиндра (в 2 и более раз), напряжения растяжения в болтах увеличивается на 30...40%, а внутри цилиндров, кроме того, всегда действует пульсирующая газовая нагрузка, дополнительно нагружающая болты. Эти факторы приводят к тому, что напряжения растяжения болтов могут превысить не только предел текучести, но и зону упрочнения материала, хотя в стадии упрочнения на образце уже намечается место будущего разрыва (при плавной динамической нагрузке) [4, с.53, 54]. Совокупность вышеперечисленных факторов на практике часто приводит к релаксации структуры материала, которая со временем вызывает остаточные деформации в теле болта (шпильки), приводящие к ослаблению газового стыка.
Задача, решаемая изобретением, - повышение надежности и долговечности работы газового стыка.
Указанная задача выполняется за счет того, что контроль затяжки производится с помощью электронного устройства, а затяжка газового стыка завершается на нелинейном участке диаграммы растяжения материала стягивающего болта (шпильки), причем усилие затяжки ограничено точкой предела пропорциональности, с одной стороны, и точкой предела упругости, с другой стороны.
Такая совокупность известных и новых признаков позволяет повысить надежность и долговечность газового стыка.
Сущность предложенного технического решения можно объяснить по диаграмме растяжения материалов [4, с.61], где σn - предел пропорциональности, а σy - предел упругости, до которого материал не получает остаточных деформаций. Точки σn и σу отличаются между собой по параметру относительной деформации (ε) всего на 0,001...0,005, % и их нахождение возможно только при применении высокоточного (прецизионного) лабораторного оборудования, специальных методик измерения и обработки результатов. Практика затяжки газовых стыков двигателей внутреннего сгорания требует более доступных и простых способов регистрации точек σn и σy. Предлагаемый способ основан на определении точек перегиба σn’ и σy’ (первой производной от точек σn и σy) с помощью известного в математике приема “исследование функций” [5, с.520 и 6, с.371, 372] и их регистрации с помощью, например, магнитострикционных датчиков сил или крутящих моментов [7, с.156, 157 и 196].
Предлагаемый способ иллюстрируется чертежом:
а) диаграмма зависимости σ (ε) [4, с.61], где:
σ - напряжение, развиваемое в материале болта (шпильки);
ε - относительная деформация болта (шпильки);
σn - предел пропорциональности;
σy - предел упругости;
б) диаграмма зависимости σ′(ε) - первая производная от функции σ(ε), где:
σn’ - точка перегиба, соответствующая пределу пропорциональности;
σy’ - точка перегиба, соответствующая пределу упругости.
Способ осуществляется следующим образом.
Во время затяжки газового стыка с помощью электронного устройства, в качестве которого могут быть использованы магнитострикционные датчики сил, крутящих моментов, работа которых основана на регистрации первой производной σ′(ε) [7, с.156, 157 и 196], определяется скорость изменения функции σ′(ε). При достижении точки σn (фиг.1а), соответствующей пределу пропорциональности, датчик фиксирует резкое изменение функции σ′(ε) (фиг.1б), что является сигналом для окончания процесса затяжки. Тем самым фиксируется величина относительной деформации (ε) на уровне 0,001%. Настройкой магнитострикционного датчика на значение относительной деформации (ε) в пределах 0,001...0,005% обеспечивается регистрация усилия затяжки в диапазоне между точками σn и σy. Учитывая, что упругие свойства материала сохраняются до напряжения, называемого пределом упругости [4, с.61], данный способ обеспечивает технический эффект, а также может быть осуществлен с помощью известных технике средств.
Источники информации
1. Гордеев В.Н., Бурьянов В.А. Повышение надежности газового стыка дизеля ВАЗ-341, Автомобилестроение: Информационный сборник. Тольятти, 1989 г.
2. А.с. РФ №1550341. Устройство для контроля затяжки резьбовых соединений, автор Гордеев В.Н., БИ №10, 1990 г.
3. Автоматизация затяжки газового стыка ДВС и повышение его надежности. Материалы всероссийской научно-технической конференции “Технический ВУЗ-наука, образование и производство в регионе”, ч.2, Тольятти, 2001 г.
4. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - М., Наука, изд. 6, Гл. редакция физико-математической литературы, 1972 г.
5. Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М., 1874 г.
6. И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. - М., 1980 г.
7. Е.С. Левшина, П.В. Новицкий. Электрические измерения физических величин (измерительные преобразование), Учебное пособие для вузов. - Л., Энергоатомиздат, Ленинградский отд., 1983 г.
Способ затяжки газового стыка, при котором контроль затяжки производят с помощью электронного устройства, а затяжку завершают при усилии, которое соответствует точке, расположенной в диапазоне нелинейного участка диаграммы растяжения материала стягивающего болта или шпильки, отличающийся тем, что усилие затяжки ограничивают диапазоном, соответствующим диапазону, расположенному между точкой предела пропорциональности и точкой предела упругости.
