ДИНАМОМЕТРИЧЕСКИЙ КЛЮЧ

Полезная модель относится к ручному инструменту для тарированной затяжки резьбовых соединений и может быть использована в любой отрасли машиностроения.
Известны устройства для тарированной затяжки резьбовых соединений. Это динамометрические ключи, которые определяют угол поворота или перемещение упругого элемента и предназначены для ручной сборки резьбовых соединений.
Известны торцовые динамометрические ключи для затяжки резьбовых соединений по углу поворота (см. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения. М.: Машиностроение, 1973.- 230 с.).
Недостатками известных устройств являются сложность вычисления податливости стягиваемых деталей, определение начального угла поворота, при котором полностью выбираются зазоры в соединении, делает этот метод мало эффективным. Кроме того, усилия затяжки по углу поворота гайки непригоден для соединений с короткими болтами, так как расчетный угол поворота гайки невелик и погрешности метода сказываются в наибольшей степени.
Известным устройством того же назначения к выявленной полезной модели по совокупности признаков является динамометрический ключ для тарированной затяжки резьбовых соединений, содержащий головку с упругим элементом (податливой рукояткой) и неподвижный стержень. При затяжке гайки упругий элемент испытывает изгибную деформацию пропорционально приложенному усилию. Перемещение упругого элемента относительно неподвижной шкалы, установленной на ненагруженном стержне, определяет приложенный момент. Цену деления шкалы получают расчетным путем или при тарировке ключа мерными грузами. На рукоятке упругого элемента находится стрелка, которая указывает на величину приложенного момента (см. Иосилевич Г.Б. Затяжка и стопорение резьбовых соединений: Справочник / Г.Б.Иосилевич, Г.Б.Строганов, Ю.В.Шарловский - М.: Машиностроение, 1985. - 240 с.).
Недостатками известного динамометрического ключа является ограниченность применения и ненадежность конструкций.
Это объясняется тем, что громоздкая конструкция и ключ предназначен для одного типоразмера гаек, при длительном использовании ключа в результате усталости металла упругого стержня может измениться цена деления шкалы - отсюда неточность измерений. Кроме того, трудно создать в резьбовых соединениях высокую затяжку, т.к. в резьбе, особенно с крупной резьбой, наблюдаются иногда задиры, заедания и схватывания.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной модели по совокупности признаков является динамометрический ключ для тарированной затяжки резьбовых соединений, содержащей головку ключа, упругий элемент (рукоятку), неподвижный стержень, индикатор. Тарированный динамометрический ключ, где индикатор показывает величину приложенного крутящего момента при затяжке резьбового соединения или крутящий момент определяют индикатором часового типа, шкала которого тарируется в Н·м (см. Биргер И.А. Резьбовые соединения. - М.: Оборонгиз, 1959.- 240 с.).
Недостатками известных устройств являются трудоемкость при высокой затяжке (с напряжением в стержне болта до 90-95% от предела текучести материала). С увеличением удельного давления на витки резьбы изменяются коэффициенты трения в резьбе и на торце гайки. Следовательно, для высокой затяжки потребуются большие усилия. При этом возможны задиры и схватывания. Дальнейшие повышения момента затяжки создают высокую концентрацию напряжений во впадине резьбы в районе первого витка от опорной поверхности гаек и заедания болта. Кроме того, динамометрический ключ предназначен для одного типоразмера гаек.
Одним из возможных путей повышения работоспособности динамометрического ключа и сохраняемости резьбовых соединений являются затяжка резьбы с воздействием ультразвуковых колебаний. Под воздействием мощных ультразвуковых колебаний снижаются коэффициенты трения как в резьбе, так и на торце гайки. В связи с чем не требуются большие усилия для затяжки гаек. Исследования показали необходимость высокого момента при развинчивании гаек почти в 2 раза по сравнению с обычной затяжкой без ультразвуковых колебаний, а при крутильных колебаниях - в 5,5 раза, то есть для самоотвинчивания гаек требуются большие усилия. Таким образом, при затяжке
резьбовых соединений с ультразвуковым колебанием самоотвинчивание гаек снижается, следовательно, повышается стабильность или в целом повышается надежность работы резьбовых соединений.
Анализ результатов исследований показал, что одним из факторов, облегчающих затяжку резьбовых соединений, является осевое перемещение в резьбе, достигающих порой амплитуды колебаний, поэтому для обеспечения высокого напряжения в стержне болта, требуются меньшее усилие, меньший момент. Поэтому динамометрический ключ, рассчитанный на затяжку гаек от М6 до М12, затягивает гайки с резьбой до М24.
Сущность предлагаемой полезной модели является динамометрический ключ, внутри упругого элемента размещены пьезопреобразователи, соединенные с генератором, которые сообщают ультразвуковые колебания на резьбовое соединение.
Технический результат - повышение производительности устройства, расширение функциональной его возможности и сохраняемости витков резьбы и, в целом, надежности работы резьбовых соединений.
Указанный технический результат полезной модели достигается тем, что в известном устройстве для затяжки резьбовых соединений, содержащем головку ключа, упругий элемент, индикатор, неподвижный стержень. Особенность заключается в том, что внутри упругого элемента размещены пьезопреобразователи, соединенные с ультразвуковым генератором, сообщающие при затяжке резьбы посредством волновода направленные ультразвуковые колебания на резьбовое соединение, снижающие коэффициенты трения в резьбе и на торце гайки, обеспечивая с меньшим моментом высокую затяжку резьбы без задиров, заеданий и схватываний, причем головка ключа выполнена сменной, ввернута в корпус соосно с упругим элементом и в рабочем положении своим центральным отверстием охватывает волновод без контакта с ним.
На фиг.1 и фиг.2 схематично показан предлагаемый динамометрический ключ для затяжки резьбовых соединений.
Динамометрический ключ содержит головку 1, корпус 2, упругий элемент 3, рукоятку 4, индикатор 5 часового типа, неподвижный стержень 6, винт 7, пьезопреобразователи 8, волновод 9, гайку 10, текстолитовую ступенчатую шайбу 11, пружину 12, центрирующий шарик 13 и электропровод 14.
Момент затяжки, предварительно тарированным динамометрического ключа, определяется индикатором 5 часового типа, установленным на неподвижном стержне 6 и укрепленного винтом 7, а подвижная ножка индикатора 5 часового типа упирается в упругий элемент 3 и перемещается при изгибе упругого элемента 3, фиксируя приложенный момент на рукоятке динамометрического ключа.
В упругом элементе 3 размещены пьезопреобразователи 8 торообразной формы на волноводе 9 и стянуты гайкой 10 посредством текстолитовой ступенчатой шайбы 11. Волновод 9 одним концом упирается на стальную пружину 12 и центрирующий шарик 13. Другим концом волновод 9 в нерабочем положении примыкает к конической поверхности головки 1 и выходит наружу. Головка 1 выполнена с центральным отверстием между зевом ключа и, охватывая волновод 9, ввернута в корпус 2 соосно с упругим элементом 3. Волновод 9 на торце имеет углубление под 120° для лучшего контакта с гранями гаек 15 и изолирован от пружины 12 посредством ступенчатой текстолитовой шайбы 11 и от стенки упругого элемента 3 - изоляционной лентой (скотчем). Пьезопребразователи 8 соединены с ультразвуковым генератором посредством электропроводов 14 через специальное отверстие в стенке упругого элемента 3.
Динамометрический ключ работает следующим образом.
Для затяжки гайки 15 подбираем сменную головку 1 с соответствующим зевом, и вворачиваем в корпус 2 соосно с упругим элементом 3. Захватываем сменной головкой 1 до упора гайку 15 болтового соединения. Волновод 9 благодаря пружине 12 перемещается внутри упругого элемента 3 и, находясь постоянно с натягом, упирается своим углублением в гайку 15, образуя зазор между волноводом 9 и головкой 1. Свободное состояние волновода 9 позволяет ему под действием ультразвуковых колебаний совершать продольные колебательные движения и постоянно бомбардировать гайку 15 и сообщать всему болтовому соединению колебательные импульсы. В результате под действием колебательной системы снижаются коэффициенты трения в резьбе и на торце гайки. И, как следствие, - снижение величины момента завинчивания гайки. Процесс затяжки резьбовых соединений, протекающий в ультразвуковом поле с обеспечением высокой затяжки, осуществляется с меньшим усилением без задиров, заеданий и схватываний.