СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА РЕЗЬБОВЫХ И ГРЕБЕНЧАТЫХ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ПОЛУМУФТ
METHOD AND DEVICE TO CONTROL QUALITY OF THREADED AND COMB-SHAPED CONNECTION HALF-COUPLINGS

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для выборочного достоверного контроля качества резьбовых и гребенчатых полумуфт, используемых в механизмах различного назначения для торцевого соединения стержневых или трубных элементов, передающих осевую силовую нагрузку.
Известны способ и устройство для оценки качества резьбы гаек путем испытания ее на срез пробной нагрузкой [ГОСТ Р52628-2006], включающие сборку с оправкой испытуемых образцов и увеличение до проверочных показателей нагрузки, приложенной к оправке с упором образцов в опору, реально оценивающий прочностные характеристики резьбового соединения.
Недостатки способа и устройства в том, что они неприемлемы для определения предельной несущей нагрузки соединительных резьбовых и гребенчатых полумуфт.
Большая номенклатура применяемых резьбовых и гребенчатых полумуфт, передающих осевую силовую нагрузку, нуждается в достоверных методах контроля качества, поскольку известные методы контроля геометрических размеров внутренней резьбы или гребенки, содержащей систему кольцевых выступов и канавок, не позволяют с требуемой точностью оценить предельные силовые нагрузки, способные передаваться соединительными полумуфтами, тем более, что они в значительной степени зависят от силы радиального сжатия этих полумуфт на этапе монтажа соединительного узла.
Задачей настоящего изобретения является расширение технологических возможностей контроля качества изготовления внутренней резьбы и гребенки на соединительных полумуфтах путем разработки устройства, позволяющего экспериментально оценить величину предельной силы среза резьбы или гребенки, и разработки алгоритма проведения соответствующего контроля.
Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в конструктивном обеспечении возможности проведения контроля качества внутренней резьбы или гребенки, изготовленной на соединительных полумуфтах.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что осуществляют сборку испытуемых образцов с высокопрочной профильной оправкой, к которой прикладывают увеличивающуюся осевую нагрузку с упором образцов в опору, при этом предварительно на зажимные губки, являющиеся опорой, в которые устанавливают испытуемые полумуфты с внутренней резьбой или гребенкой в сборе с профильной оправкой, воздействуют независимой осевой силой на зажимные губки, перемещая их вниз до обеспечения радиальной, сжимающей полумуфты, силой, эквивалентной эксплуатационной нагрузке, осевую силу, приложенную к профильной оправке, увеличивают до срезания всех или нескольких зубьев резьбы или гребенки на полумуфтах, фиксируют силу среза и сопоставляют со значением, заранее экспериментально обоснованным и удовлетворяющим требованиям качества к изготавливаемым полумуфтам.
Устройство содержит корпус и высокопрочную профильную оправку, корпус выполнен в виде цилиндра с внутренней конической поверхностью, внутри корпуса размещены зажимные губки и пружины для их развода.
В ряде случаев в зависимости от количества зубьев, их геометрии, внутреннего диаметра осевой полости и механических характеристик материала изготавливаемых полумуфт потребная сила среза зубьев может превышать силу, приводящую к потере устойчивости или хрупкому разрушению профильной оправки, тогда предлагается перед испытанием срезать определенное количество зубьев полумуфт, при этом количество оставляемых зубьев рассчитывается по зависимости
<mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>P</mi><mrow><mi>π</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>d</mi><mn>0</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>t</mi><mi>з</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>k</mi><mi>з</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>k</mi><mi>m</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>τ</mi><mi>з</mi></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
0
з
з
з
m
m
m
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>в</mi><mi>о</mi></msub></mrow></msub><mo>/</mo><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>в</mi><mi>з</mi></msub></mrow></msub><mo>></mo><mn>1,3,</mn></mrow>
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>в</mi><mi>о</mi></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>в</mi><mi>з</mi></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>в</mi><mi>о</mi></msub></mrow></msub><mo>/</mo><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>в</mi><mi>з</mi></msub></mrow></msub><mo><</mo><mn>1,3</mn><mo>;</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>τ</mi><mi>з</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>0,6</mn><mo>…</mo><mn>0,7</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>в</mi><mi>з</mi></msub></mrow></msub></mrow>
где P - расчетная сила потери устойчивости или разрушения профильной оправки; d - наружный диаметр резьбы или гребенки оправки; t - шаг резьбы или гребенки; k - коэффициент полноты профиля (для трапецеидального профиля k=0,65); k - коэффициент, учитывающий неравномерность деформации зубьев при срезе (k=0,65…0,75 при
где
и
- пределы прочности соответственно профильной оправки и материала зубьев изготавливаемых полумуфт; k=0,55…0,65 при
- предел текучести материала полумуфт на срез. Таким образом, указанная формула расчета количества оставляемых зубьев получена из условия, что расчетная сила потери устойчивости или разрушения профильной оправки приравнивается с коэффициентом запаса к расчетной силе среза зубьев гребенки или резьбы полумуфт.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что пара испытуемых соединительных полумуфт собирается в комплект с профильной оправкой, устанавливается в разведенные губки предлагаемого устройства, к которым прилагается расчетная предварительная независимая осевая нагрузка, а затем независимой осевой нагрузкой, приложенной к торцу профильной оправки, срезают изготовленные зубья на полумуфтах.
Изобретение иллюстрировано фигурой (фиг.1), на которой показана схема предлагаемого устройства.
Устройство включает корпус 1 и две зажимные губки 2, имеющие возможность перемещения по внутренней конической поверхности корпуса 1, высокопрочной профильной оправки 3, расположенной соосно в центре корпуса, и пружин 4, установленных в глухих отверстиях с внутренней стороны зажимных губок 1 с упором в испытуемые полумуфты и разводящих губки в стороны при снятии нагрузки и извлечении оправки и полумуфт после испытания.
Способ контроля качества резьбовых и гребенчатых соединительных полумуфт осуществляется следующим образом: пара испытуемых полумуфт 5 в сборе с профильной оправкой 3 устанавливают в устройство с фиксацией их в зажимных губках 2 упором полумуфт в нижний выступ на губках и с упором пружин 4 в боковую наружную поверхность полумуфт с одновременным вертикальным ручным поджатием всего комплекта вниз до упора во внутреннюю коническую поверхность корпуса 1. Снаряженное устройство устанавливают на испытательную машину с приводом двойного действия, снабженную силоизмерителями на каждый привод. Наружным приводом воздействуют на верхний торец полумуфт с расчетной силой, обеспечивающей радиальное поджатие пары полумуфт к профильной оправке, эквивалентное поджатию в соответствующем узле при функционировании. Затем внутренним приводом воздействуют на верхний торец профильной оправки, перемещая ее до среза зубьев на испытуемых полумуфтах, с фиксацией силы среза. Полученное значение силы среза сопоставляют со значением, заранее экспериментально обоснованным и удовлетворяющим требованиям качества к изготавливаемым полумуфтам, и делается вывод о качестве изготовленной резьбы или гребенки. После снятия нагрузки с зажимных губок 2 пружины 4 облегчают развод их в стороны при извлечении.
Использование изобретения в области выборочного контроля качества резьбовых и гребенчатых полумуфт, используемых в механизмах различного назначения для торцевого соединения стержневых или трубных элементов, передающих осевую силовую нагрузку, позволит существенно повысить качество изготавливаемых изделий. Разработанные способ и устройство контроля качества резьбовых и гребенчатых соединительных полумуфт является весьма эффективным при сравнительном анализе эксплуатационных характеристик (несущей способности соединительных элементов) в зависимости от различных конструкций самих соединительных элементов, геометрических размеров профиля резьбы или гребенки, применяемых материалов, технологических способов их изготовления, режимов термообработки.
0
2
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mrow><mn>0,2</mn></mrow><mrow><mi>с</mi><mi>ж</mi></mrow></msub></mrow></msub><mo>=</mo><mn>3100</mn><mtext> </mtext><mi>М</mi><mi>П</mi><mi>а</mi></mrow>
Пример. Профильная оправка с минимальной площадью поперечного сечения S=15 мм изготовлена из стали Р6М5 (ГОСТ 19265-73), имеющей условный предел текучести на сжатие
. Тогда с коэффициентом запаса k=1,5 можно определить предельно допустимую нагрузку на профильную оправку
<mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mrow><mn>0,2</mn></mrow><mrow><mi>с</mi><mi>ж</mi></mrow></msub></mrow></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>S</mi><mn>0</mn></msub><mo>/</mo><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>3100</mn><mo>⋅</mo><mn>15</mn><mo>/</mo><mn>1,5</mn><mo>=</mo><mn>31</mn><mtext> </mtext><mi>к</mi><mi>Н</mi><mo>.</mo></mrow>
0
з
Максимальное количество зубьев, оставляемых на испытуемых полумуфтах, определяется по формуле (1). Для следующих параметров: d=5,2 мм; t=1,5 мм (с учетом округления в меньшую сторону) число оставляемых зубьев в зависимости от материала испытуемых полумуфт будет следующим: сталь 10, m=10; сталь 50, m=6; сталь 40Х, m=4; сталь 30ХН2ФМА, m=2. Таким образом, если в испытуемых полумуфтах общее количество зубьев равно 6, то на полумуфтах, изготовленных из сталей 40Х и 30ХН2ФМА, перед испытанием необходимо удалить соответственно по 2 и 4 зуба.
0
0
Полученное среднестатистическое значение силы среза зубьев P сопоставляется с предварительно экспериментально обоснованным минимальным значением силы среза Р, обеспечивающим качественное функционирование исследуемых полумуфт. Если выполняется неравенство Р>P, то испытуемые полумуфты признаются годными.
Предлагаемый способ выборочного контроля качества резьбовых и гребенчатых соединительных полумуфт легко вписывается в ГОСТ Р50779.50-95. Статистические методы. Приемочный контроль качества по количественному признаку.
К испытаниям предъявлена выборочная партия парных комплектов соединительных полумуфт (с указанными выше геометрическими параметрами) объемом 50 штук, изготовленная из стали 30ХН2ФМА с различными способами формообразования гребенки (резьбы) и подвергнутая различной заключительной термообработке. Результаты испытаний в виде удельной силы среза, приведенной на один срезаемый зуб, приведены в таблице
№ п/п
Способ изготовления гребенки (резьбы)
Термообработка
Приведенная сила среза на 1 зуб (кН)
1
Фрезерование
Нормализация
7,20
2
Фрезерование
Закалка
11,75
3
Штамповка
Отжиг
6,75
4
Штамповка
Нормализация
7,00
5
Штамповка
Закалка
11,20
6
Штамповка и калибровка
Нормализация
8,15
7
Штамповка и калибровка
Закалка
13,10
Таким образом, данный способ и реализующее его устройство позволяют оценивать комплексное влияние различных геометрических и технологических факторов на качество функционирования изготовленных соединительных полумуфт.