СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ДИНАМОМЕТРИЧЕСКИЙ КЛЮЧ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF MEASURING TORQUE THREADED JOINT TIGHTENING AND DYNAMOMETRIC KEY FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля крутящего момента затяжки резьбовых соединений.
Известен способ измерения крутящего момента затяжки резьбовых соединений, заключающийся в приложении к затянутому резьбовому соединению крутящего момента, перевод резьбового соединения из состояния покоя в состояние движения, поворот на заданный угол, не превышающий 2÷4°, и измерение крутящего момента при достижении углом поворота заданного значения, дополнительный поворот на заданный угол с измерением крутящего момента при достижении углом поворота заданного значения и определение крутящего момента затяжки (см. патент RU №2367917, опубл. 20.09.2009 г.).
Однако этот способ не обладает достаточно широкими технологическими возможностями, так как при контроле дополнительный угол поворота устанавливается равным предварительному углу поворота, что может привести к значительной перетяжке контролируемого резьбового соединения и, как следствие, к дефектам в собранном узле.
Технический результат изобретения - расширение технологических возможностей способа за счет того, что дополнительный угол поворота при контроле крутящего момента затяжки не связан с первоначальным углом поворота, а задается исходя из угловой жесткости контролируемого резьбового соединения.
Поставленный технический результат достигается тем, что согласно способу измерения крутящего момента затяжки, заключающегося в приложении к затянутому резьбовому соединению крутящего момента, перевод резьбового соединения из состояния покоя в состояние движения, поворот на заданный угол, не превышающий 2÷4°, и измерение крутящего момента при достижении углом поворота заданного значения, дополнительный поворот на заданный угол с измерением крутящего момента при достижении углом поворота заданного значения и определения крутящего момента затяжки, дополнительный угол поворота может отличаться от первоначального угла поворота, а крутящий момент затяжки определяют как
где М - крутящий момент затяжки,
1
M - момент при повороте на первоначальный угол,
2
М - момент при повороте на дополнительный угол,
1
W - значение первоначального угла поворота,
2
W - значение дополнительного угла поворота.
Известен динамометрический ключ, содержащий датчик момента, подключенный ко входу усилителя, выходом соединенного со входом аналого-цифрового преобразователя, первый и второй регистры памяти, датчик угла поворота, счетчик импульсов, блок вычисления, цифровой индикатор, выход датчика угла подключен к счетному входу счетчика импульсов, информационные выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с соответствующими информационными входами первого и второго регистров памяти, информационными выходами подключенные к соответствующим информационным входам блока вычислений, информационными выходами подключенного ко входам цифрового индикатора, элемент ИЛИ выходом через первый элемент индикации, подключенный к общей шине питания, а установочные входы первого и второго регистра памяти и счетчика импульсов через кнопку управления подключены к шине «Напряжение логической единицы» (см. патент RU №2367917, опубл 20.09.2009 г.).
Недостатком указанного ключа является недостаточно высокая точность измерения крутящего момента затяжки резьбовых соединений, обусловленная тем, что дополнительный угол поворота равен предварительному углу поворота и не связан с угловой жесткостью резьбового соединения.
Технический результат изобретения - повышение точности измерения крутящего момента затяжки резьбовых соединений, достигаемой тем, что дополнительный угол поворота устанавливается иcходя из угловой жесткости резьбового соединения.
Поставленный технический результат достигается тем, что динамометрический ключ, содержащий датчик момента, подключенный ко входу усилителя, выходом соединенного со входом аналого-цифрового преобразователя, первый и второй регистры памяти, датчик угла поворота, счетчик импульсов, блок вычисления, цифровой индикатор, выход датчика угла подключен к счетному входу счетчика импульсов, информационные выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с соответствующими информационными входами первого и второго регистров памяти, информационными выходами подключенные к соответствующим информационным входам блока вычислений, информационными выходами подключенного ко входам цифрового индикатора, элемент ИЛИ выходом через первый элемент индикации подключенный к общей шине питания, а установочные входы первого и второго регистра памяти и счетчика импульсов через кнопку управления подключены к шине «Напряжение логической единицы», снабжен первым и вторым цифровыми компараторами, третьим и четвертым регистрами памяти и двумя элементами НЕ, информационные выходы счетчика импульсов подключены к первым входам первого и второго цифровых компараторов, вторыми входами соответственно подключенных к информационным выходам третьего и четвертого регистров памяти, выход первого цифрового компаратора подключен ко входу "Запись" первого регистра памяти и через второй элемент НЕ к второму входу элемента ИЛИ, выход второго цифрового компаратора подключен ко входу "Запись" второго регистра памяти, входу "Вычисление" блока вычисления, входу первого элемента НЕ и через второй элемент индикации- к общей шине питания, выход первого элемента НЕ подключен к первому входу элемента ИЛИ, а информационные выходы третьего и четвертого регистров памяти подключены к соответствующим входам блока вычисления.
На фиг. 1 приведен график зависимости крутящего момента от угла поворота гайки при затяжке резьбового соединения; на фиг. 2  - общий вид динамического ключа; на фиг. 3 – блок-схема динамометрического ключа.
Динамометрический ключ содержит датчик 1 момента, подключенный ко входу усилителя 2, выходом соединенного со входом аналого-цифрового преобразователя 3, первый и второй регистры памяти 4 и 5, датчик 6 угла поворота, счетчик 7 импульсов, блок 8 вычисления, цифровой индикатор 9, выход датчика 6 угла подключен к счетному входу счетчика 7 импульсов, информационные выходы аналого-цифрового преобразователя 3 соединены с соответствующими информационными входами первого и второго регистров 4 и 5 памяти, информационными выходами подключенные к соответствующим информационным входам блока 8 вычисления, информационными выходами подключенного ко входам цифрового индикатора 9, а установочные входы первого и второго регистра 4 и 5 памяти и счетчика 7 импульсов через кнопку 10 управления подключены к шине И «Напряжение логической единицы», первый и второй цифровые компараторы 12 и 13, третий и четвертый регистры 14 и 15 памяти, первый и второй элементы 16 и 17 НЕ и элемент 18 ИЛИ, первым входом соединенного с выходом первого элемента 16 НЕ, а выходом через первый элемент 19 индикации, подключенный к шине 21 питания, информационные выходы счетчика 7 импульсов подключены к первым входам первого и второго цифровых компараторов 12 и 13, вторыми входами соответственно подключенных к информационным выходам третьего и четвертого регистров 14 и 15 памяти, выход первого цифрового компаратора 12 подключен ко входу "Запись" первого регистра 4 памяти и через второй элемент НЕ 17 к второму входу второму входу элемента 18 ИЛИ, выход второго цифрового компаратора 13 подключен ко входу "Запись" второго регистра памяти 5, входу "Вычисление" блока 8 вычисления, входу первого элемента 16 НЕ и через второй элемент 20 индикации - к общей шине 21 питания, а информационные выходы третьего и четвертого регистров 14 и 15 памяти подключены к соответствующим входам блока 8 вычисления.
Способ измерения крутящего момента затяжки осуществляется следующим образом. На резьбовое соединение одевают ключевую головку динамометрического ключа (не указана) и производят поворот резьбового соединения. При достижении углом поворота установленного значения 2÷4° производится измерение крутящего момента. Затем производят дополнительный поворот на угол, величина которого устанавливается в зависимости от жесткости резьбового соединения и устанавливается в пределах 1÷10°. При достижении углом установленного значения производят повторное измерение крутящего момента.
Так как затяжка резьбовых соединений осуществляется в пределах упругих деформаций, то зависимость момента на ключе от угла поворота имеет линейную зависимость, поэтому зная значения момента в двух точках, можно рассчитать значение крутящего момента затяжки, как
где М - крутящий момент затяжки,
1
М - момент при повороте на первоначальный угол,
2
М - момент при повороте на дополнительный угол,
1
W - значение первоначального угла поворота,
2
W - значение дополнительного угла поворота.
Динамометрический ключ работает следующим образом.
Предварительно в регистры 14 и 15 памяти записывают значения предварительного и дополнительного углов поворота при контроле крутящего момента затяжки. Затем ключ ключевой головкой (не указана) устанавливают на резьбовое соединение (не указано) и нажимают кнопку 14 управления. При этом осуществляются сброс содержимого регистров 4 и 5 памяти и установка счетчика 7 в нулевое состояние.
При этом на выходах цифровых компараторов 12 и 13 появляется напряжение логического нуля, так счетчик 7 находится в нулевом состоянии. Это приводит к появлению напряжения логической единицы на выходах элементов 16 и 17 НЕ. Поэтому на выходе элемента 18 ИЛИ появляется напряжение логической единицы и элемент 19 индикации "Измерение" загорается, чем осуществляется индикация о том, что ключ готов к проведению измерения крутящего момента.
Затем к резьбовому соединению прикладывают крутящий момент и переводят резьбовое соединение из состояния покоя в состояние движения и осуществляют его поворот.
При этом на выходе датчика 1 момента появляется напряжение, величина которого пропорциональна величине приложенного крутящего момента. Это напряжение через усилитель 2 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 3, который осуществляет преобразования напряжения пропорционального моменту в цифровой код. Цифровой код с выходов аналого-цифрового преобразователя 3 поступает на входы регистров 4 и 5 памяти.
При повороте резьбового соединения на выходе датчика 6 угла появляются импульсы, которые поступают на счетный вход счетчика 7 импульсов. При этом на выходах счетчика 7 импульсов начинает формироваться двоичный код, соответствующий углу поворота. Код с выходов счетчика поступает на первые входы цифровых компараторов 12 и 13. При достижении углом поворота установленного значения на выходе первого цифрового компаратора 12 появляется напряжение логической единицы, передним фронтом которого осуществляется запись значения момента, соответствующее первоначальному углу поворота, в регистр 4 памяти. При дальнейшем повороте ключа код с выходов счетчика 7 импульсов превысит код на вторых входах второго компаратора 13, который поступает с выходов регистра 15 памяти, соответствующий дополнительному углу поворота. При этом на выходе компаратора 13 появляется напряжение логической единицы, передним фронтом которого осуществляется запись в регистр 5 значения крутящего момента, соответствующее дополнительному углу поворота.
Цифровой код с выходов регистров 4 и 5, 14 и 15 памяти поступает на соответствующие входы блока 8 вычислений.
При появлении на выходе цифрового компаратора 13 напряжения логической единицы блок 8 осуществляет вычисление крутящего момента
где М - крутящий момент затяжки,
1
M - момент при повороте на первоначальный угол,
2
М - момент при повороте на дополнительный угол,
1
W - значение первоначального угла поворота,
2
W - значение дополнительного угла поворота.
Код с выходов блока 8 вычислений поступает на входы цифрового индикатора 9, которым осуществляется индикация вычисленной величины крутящего момента.
Так как на выходах цифровых компараторов 12 и 13 напряжение логической единицы, а на выходах элементов 16 и 17 НЕ напряжение логического нуля, то индикатор 18 "Измерение" гаснет и загорается индикатор 20 "Результат", чем осуществляется индикация о том, что измерение крутящего момента закончено и можно считывать результат измерения.
Измерение крутящего момента затяжки закончено, и ключ снимают с проверенного резьбового соединения.
Введение в динамометрический ключ, содержащий датчик момента, подключенный ко входу усилителя, выходом соединенного со входом аналого-цифрового преобразователя, первый и второй регистры памяти, датчик угла поворота, счетчик импульсов, блок вычисления, цифровой индикатор, выход датчика угла подключен к счетному входу счетчика импульсов, информационные выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с соответствующими информационными входами первого и второго регистров памяти, информационными выходами подключенные к соответствующим информационным входам блока вычислений, информационными выходами подключенного ко входам цифрового индикатора, элемент ИЛИ выходом через первый элемент индикации подключенный к общей шине питания, а установочные входы первого и второго регистра памяти и счетчика импульсов через кнопку управления подключены к шине «Напряжение логической единицы», первого и второго цифровых компараторов, третьего и четвертого регистров памяти и двух элементов НЕ, информационные выходы счетчика импульсов подключены к первым входам первого и второго цифровых компараторов, вторыми входами соответственно подключенных к информационным выходам третьего и четвертого регистров памяти, выход первого цифрового компаратора подключен ко входу "Запись" первого регистра памяти и через второй элемент НЕ к второму входу элемента ИЛИ, выход второго цифрового компаратора подключен ко входу "Запись" второго регистра памяти, входу "Вычисление" блока вычисления, входу первого элемента НЕ и через второй элемент индикации - к общей шине питания, выход первого элемента НЕ подключен к первому входу элемента ИЛИ, а информационные выходы третьего и четвертого регистров памяти подключены к соответствующим входам блока вычисления, позволило повысить точность измерения крутящего момента затяжки резьбовых соединений, так как величину крутящего момента затяжки вычисляют по результатам измерения крутящего момента в двух точках, а дополнительный угол поворота, при измерении крутящего момента во второй точке, задается исходя из угловой жесткости резьбового соединения.