УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ МОМЕНТА ЗАТЯЖКИ С ТОЧНЫМ КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ ДЛЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
DEVICE TO DEVELOP PRECISE TIGHTENING TORQUE FOR THREAD JOINTS

Изобретение относится к устройству для создания момента затяжки с точным крутящим моментом для резьбовых соединений согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения и к способу калибровки такого устройства согласно ограничительной части пункта 6 формулы изобретения.
Усилители крутящего момента, в последующем именуемые также усилителями, в общем случае содержат планетарные передачи с высоким передаточным отношением. В отдельных случаях в усилителях крутящего момента используются также цилиндрические зубчатые передачи или эпициклоидные передачи. При этом входной момент устанавливается вручную, а в большинстве случаев с помощью трещотки или с помощью динамометрического ключа. В этом случае входной момент может определяться на основе заранее определенного и, например, прописанного в таблице передаточного отношения. Однако коэффициент полезного действия передачи при этом не учитывается. В порядке альтернативы выходной момент заимствуется из установочной таблицы для крутящих моментов, также составляемой заранее. При этом коэффициент полезного действия учитывается, причем для промежуточных значений производится интерполяция.
В теперешних обстоятельствах в рамках обеспечения качества имеет место пожелание выборочной проверки и фиксации значений крутящего момента, полученных с помощью ручных усилителей крутящего момента, или усилителей.
Для регистрации крутящего момента на этот случай известны различные устройства и способы. Первое решение, известное из уровня техники, предусматривает датчик крутящего момента, встроенный в передачу усилителя. В этом случае датчик снабжается энергией через внешнее устройство обработки данных, именуемое также устройством регистрации данных. В нем данные записываются и сохраняются.
Другое решение, известное из уровня техники, предусматривает датчик крутящего момента, последовательно подключенный к усилителю. При этом на вторичном валу передачи устанавливается соответствующий датчик крутящего момента. Здесь энергоснабжение и запись данных осуществляются посредством внешнего устройства с кабельным соединением.
В обоих решениях, известных из уровня техники, энергоснабжение датчика или обработка и запись данных осуществляются снаружи, или извне. Для этого необходима электропроводка в виде кабелей и внешних устройств, подверженных жестким производственным условиям. При этом чувствительные, открыто проложенные кабели по недосмотру часто обрываются или повреждаются. Предусмотрены также штекерные соединения, которые могут быть повреждены и погнуты при контакте с другими конструктивными элементами. Также могут быть повреждены так называемые интерфейсные втулки, содержащие штекерные соединения для кабелей и выполненные на корпусе коробки передач в виде дополнительного, как правило, прямоугольного корпуса, выступающего за пределы корпуса коробки передач. Недостатком является также то, что необходимыми внешними устройствами оператору в дополнение к другим устройствам приходится или обвешиваться, или носить их на поясе в виде сумок или т.п. При этом обмен данными между датчиками и внешним устройством в большинстве случаев осуществляется посредством «незакрепленных» кабелей, создающих оператору дополнительные неудобства.
Поэтому в основу изобретения положена задача создания устройства, позволяющего оператору использовать его без ограничений со стороны кабелей или внешних устройств, а с другой стороны, обеспечивающего максимальную достоверность при определении выходного крутящего момента.
Задача решается с помощью устройства для создания момента затяжки с точным крутящим моментом вышеописанного типа посредством усилителя крутящего момента и согласованного с ним и откалиброванного вместе с ним электронного динамометрического ключа, индицирующего крутящий момент.
Предпочтительные усовершенствования и варианты выполнения устройства согласно изобретению являются предметом дополнительных пунктов формулы изобретения, взаимосвязанных с пунктом 1 формулы изобретения.
Так, например, один из предпочтительных усовершенствованных вариантов устройства согласно изобретению предусматривает, чтобы электронный динамометрический ключ содержал дисплей для индикации вышеописанного выходного момента, причем входной и выходной моменты относятся к передаче.
Весьма предпочтительно, чтобы динамометрический ключ содержал устройство ввода для ввода предельных значений крутящего момента.
Кроме того, предпочтительно, чтобы динамометрический ключ содержал запоминающее устройство для записи данных, характеризующих момент затяжки винтового соединения. При этом запоминающее устройство содержит оперативную память, так что калибровки при необходимости могут проводиться повторно и заново.
В запоминающем устройстве, наряду с другими данными, предпочтительно записано также передаточное отношение, определенное при калибровке усилителя крутящего момента.
При этом передаточное отношение предпочтительно записано в запоминающем устройстве в виде интерполяционной кривой функциональной связи выходного крутящего момента в зависимости от входного крутящего момента усилителя крутящего момента.
Особенно предпочтительный вариант выполнения предусматривает, чтобы передача содержала радиочастотный идентификационный транспондер (RFID), а динамометрический ключ - радиочастотный идентификационный считыватель (RFID), которые согласованы между собой. В этом случае динамометрический ключ распознает передачу. Хранимые в памяти данные, характеризующие передачу, могут быть использованы для определения момента затяжки резьбовых соединений.
Кроме того, в основу изобретения может быть положена задача создания способа, простым образом обеспечивающего совместную калибровку усилителей крутящего момента и электронных динамометрических ключей, причем при калибровке, в частности, должны учитываться специфические данные усилителя крутящего момента и, в частности, его передачи.
Эта задача решается с помощью способа калибровки устройства для создания момента затяжки с точным крутящим моментом для резьбовых соединений с признаками пункта 6 формулы изобретений. При этом совместная калибровка усилителя крутящего момента вместе с электронным динамометрическим ключом происходит таким образом, чтобы передаточное отношение определялось на основе по меньшей мере одного среднего значения, полученного по всему диапазону крутящего момента. Передаточное отношение, определенное таким образом, записывается в память динамометрического ключа и учитывается при определении момента затяжки резьбового соединения при последующих процессах затяжки.
Предпочтительные варианты выполнения способа являются предметом дополнительных пунктов формулы изобретения, взаимосвязанных с пунктом 6 формулы изобретения. Так, например, согласно одному из предпочтительных вариантов выполнения фактическое передаточное отношение определяется и записывается по всему диапазону крутящего момента при различных угловых положениях выходного вала усилителя крутящего момента, затем выходной вал проворачивается на заданные углы дальше и при этих угловых положениях по всему диапазону крутящего момента каждый раз определяется и записывается передаточное отношение.
При этом выходной вал проворачивается соответственно на 90° дальше до тех пор, пока он, в общем, не провернется на 180°. В основу продолжения этого вращения на определенные углы заложено понимание того, что характеристика выходного крутящего момента в зависимости от входного крутящего момента в основном обнаруживает периодический характер, который может быть описан функцией синуса или косинуса. Продолжение вращения на соответствующие величины, кратные 90°, обеспечивает определение этого периодического синусно/косинусного характера. Если дальнейшие провороты каждый раз производятся на углы, меньшие чем 90°, например на 45°, то дальнейшее проворачивание следует производить до тех пор, пока проворот выходного вала усилителя крутящего момента не достигнет 180°. Затем по полученным таким образом значениям вычисляется и заносится в запоминающее устройство электронного динамометрического ключа среднее передаточное отношение. При этом проводится интерполяционная кривая в первом приближении - интерполяционная кривая между значениями передаточных отношений, определенных таким образом при различных угловых условиях, и на основе этой интерполяционной кривой определяется выходной крутящий момент в зависимости от входного крутящего момента.
Примеры выполнения изобретения изображены на чертежах и более подробно описаны в последующем описании. При этом
фиг.1 изображает схематически устройство, использующее изобретение для создания момента затяжки с точным крутящим моментом для резьбовых соединений;
фиг.2 - усилитель крутящего момента устройства, изображенного на фиг.1;
фиг.3 - вид сверху усилителя крутящего момента, изображенного на фиг.2;
фиг.4 - выходной крутящий момент поверх входного крутящего момента и
фиг.5 - выходной крутящий момент поверх входного крутящего момента для пояснения одного из вариантов способа согласно изобретению.
Изображенное на чертеже устройство для создания момента затяжки с точным крутящим моментом содержит усилитель крутящего момента, в последующем кратко именуемый при обычном общении также усилителем 100, который содержит входной вал 101 и выходной, или вторичный, вал 102. Как входной, так и вторичный вал, заканчиваются, например, соответствующим четырехгранником, на который в случае входного вала действует динамометрический ключ 200 и который в случае вторичного вала 102 входит в зацепление с так называемой «силовой звездочкой» или просто «звездочкой». С помощью звездочки 140 момент затяжки передается на (не показанное) резьбовое соединение. Кроме того, усилитель 100 крутящего момента содержит сам по себе известный действующий рычаг 130, препятствующий прокручиванию усилителя крутящего момента во время процесса завинчивания благодаря упору в неподвижный предмет.
Усилитель 100 крутящего момента приводится в действие вручную с помощью динамометрического ключа 200. Для этого динамометрический ключ 200 имеет рукоятку 210. Сам динамометрический ключ 200 является электронным динамометрическим ключом 200 с дисплеем 205 и устройством 220 ввода. Устройство 220 ввода служит, например, для ввода данных, характеризующих процесс завинчивания. Установка динамометрического ключа 200 осуществляется на основе меню для выбора. После выбора из меню той или иной точки вводится желательный выходной момент, а также желательные предельные значения. Во время создания крутящего момента оператор визуально информируется о продвижении работы, например, посредством светящихся полос. Незадолго до достижения целевого момента оператор может быть дополнительно проинформирован об этом с помощью акустического сигнала. После достижения крутящего момента появляется предпочтительно также оптическая, а при известных условиях и акустическая индикация «Okay» или отсутствие «Okay» и достигнутая величина крутящего момента записывается в память данных, предусмотренную в динамометрическом ключе 200 (не показано). Все значения, записанные в динамометрическом ключе, по завершении всех работ могут быть переданы в персональный компьютер РС или в портативный персональный компьютер Laptop и там подвергнуты дальнейшей обработке.
Основной идеей изобретения является, с одной стороны, получение автаркического устройства, обходящегося без дополнительных кабелей, без внешнего блока питания, без удаленных устройств ввода и индикаторных устройств и т.п. Для этого динамометрический ключ работает от батарей, или аккумуляторов. Кроме того, может быть предусмотрено, чтобы усилитель 100 крутящего момента, или повышающая передача 110 усилителя 100 крутящего момента, содержал радиочастотный идентификационный транспондер RFID 100, взаимодействующий с радиочастотным идентификационным считывателем RFID, установленным в динамометрическом ключе 200. В этом случае динамометрический ключ 200 как бы распознает усилитель 100 крутящего момента, или передачу 110 усилителя 100 крутящего момента, и путем обращения к значениям, хранящимся в памяти динамометрического ключа 200, которые были определены и записаны в ходе предварительной и последующей более подробно описываемой ниже совместной калибровки, могут быть точно установлены крутящие моменты. В памяти для этого хранятся значения передаточных отношений, относящиеся, соответственно, к передаче 110 усилителя 100 крутящего момента. Эти значения используются в счетно-решающем устройстве, предусмотренном в динамометрическом ключе 200. Благодаря комбинации радиочастотного идентификационного транспондера RFID 100 с радиочастотным идентификационным считывателем RFID системные недоразумения полностью исключены.
Е
А
Е
А
Е
А
Калибровка системы из усилителя 100 крутящего момента и динамометрического ключа 200 осуществляется таким образом, что сначала определяется фактическое передаточное отношение по всему диапазону крутящего момента усилителя 100 крутящего момента. Способ этой калибровки ниже поясняется со ссылкой на фиг.2-5. На фиг.2 схематично изображен вид сбоку усилителя 100 крутящего момента. Входной вал 101, заканчивающийся, например, четырехгранником, на который воздействует электронный динамометрический ключ 200, через передачу 110 соединен с выходным валом, также заканчивающимся четырехгранником 102, который входит в зацепление со звездочкой ключа, именуемой также «силовой звездочкой». Силовая звездочка 140 со стороны выхода подогнана под головку винта, или под гайку, резьбового соединения. На входном валу создается входной момент М, а к выходу передачи 110 приложен выходной момент М. Передаточное отношение между входным моментом М и выходным моментом М определяется передачей 110. Сначала определяется это передаточное отношение, причем входной момент М рассчитывается электронным динамометрическим ключом 200, а выходной момент М регистрируется датчиком 400, установленным на выходном валу. Этот датчик 400 предусмотрен лишь при калибровке. Для последующей работы установки такого датчика 400 не требуется.
Е
А
А
Е
А
Е
А
Е
Таким образом, определение передаточного отношения осуществляется за счет того, что выходной вал и тем самым выходной четырехгранник 102 сначала устанавливаются в первое положение, соответствующее углу 0° (фиг.3b1). Затем резьбовое соединение «затягивается», для чего создается входной момент М и определяется выходной момент М. При этом обнаруживается функциональная взаимосвязь между выходным моментом М и входным моментом М, схематично изображенная на фиг.4 штриховой линией. Чисто принципиально такой серии измерений достаточно для определения функциональной взаимосвязи между выходным моментом М и входным моментом М. Тогда в этом случае определяется интерполяционная кривая функции М(М), и эта интерполяционная кривая, в частности интерполяционная прямая, как показано на фиг.4 и 5, записывается как некоторая характеристика.
Для дальнейшего повышения точности особенно предпочтительный вариант способа согласно изобретению предусматривает дополнительную серию измерений.
А
Е
Во второй серии измерений выходной четырехгранник 102, т.е. выходной вал, проворачиваются на 90°, как это схематично показано на фиг.3b2 справа, и снова определяется взаимосвязь между выходным моментом М и входным моментом М, изображенная на фиг.4 сплошной линией.
А
Е
А
Е
Наконец, в третьей серии измерений выходной вал и тем самым выходной четырехгранник 102 проворачивается на дальнейшие 90° (фиг.3b3), и снова определяется зависимость выходного крутящего момента М от входного крутящего момента М. На фиг.4 это изображено пунктирной линией. Затем по этим трем линиям определяется интерполяционная кривая, в первом приближении интерполяционная прямая, записываемая в запоминающее устройство 250 динамометрического ключа 200 и представляющая собой зависимость выходного крутящего момента М от входного крутящего момента М.
Е
А
Е
А
Е
В варианте выполнения, изображенном на фиг.4, интерполяционная кривая (показанная прямая) построена для всего диапазона крутящего момента. Дальнейшее повышение точности достигается в том случае, если для проведения интерполяции кривая, как показано на фиг.5, подразделяется, например, на четыре поддиапазона I, II, III, IV входного крутящего момента М, и интерполяция производится для каждого из этих поддиапазонов. Здесь также получается в основном линейная характеристика. Количество этих дроблений может быть продолжено дальше, так что в предельном случае возможна точная аппроксимация функции М(М). По завершении калибровок датчик 400 удаляется, а зависимость выходного крутящего момента М от входного крутящего момента М, как об этом упоминалось, записывается в память электронного динамометрического ключа 200 и используется в последующих случаях резьбы. Таким образом, момент затяжки резьбовых соединений может быть определен очень точно.
Калибровка необходима для разных угловых диапазонов, поскольку все известные виды передач в зависимости от условий зацепления боковых поверхностей зубьев обнаруживают более или менее синусоидальные колебания характеристики крутящего момента и тем самым характеристики усилия. Это означает, что в общей характеристике крутящего момента усилителя крутящего момента обнаруживаются отклонения от теоретически вычисленного крутящего момента. В результате калибровки эти отклонения могут быть учтены и исключены.