УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГАЙКОВЕРТ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к ручным переносным инструментам с силовым приводом, предназначенным для сборки и разборки резьбовых соединений, охваченных коррозией или расположенных в труднодоступных местах, а также может быть использована для механизации монтажных и механосборочных работ в различных отраслях промышленности.
Известны ультразвуковые гайковерты [1, 2], содержащие корпус с рукояткой, наконечник, размещенный в корпусе пьезокерамический преобразователь, с которым жестко связан одним торцом торсион, внутри которого размещен стержень, представляющий собой концентратор колебаний.
Недостатком данного устройства является не высокая надежность и эффективность работы.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической Сущности является ультразвуковой гайковерт [3], содержащий корпус с закрепленной на нем обоймой с головкой под ключ, размещенный в корпусе пьезокерамический преобразователь в виде пакета кольцеобразных элементов, соединенный с концентратором колебаний в виде стержня и с противовесом, при этом нижняя часть корпуса имеет вид цилиндрической втулки с наклонными винтовыми вырезами, выполненной в виде торсиона, и наконечник, связанный с торцом втулки.
Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.
Недостатком описанного устройства является недостаточно высокая надежность и эффективность работы. Пьезокерамический преобразователь находится в зоне непосредственных силовых воздействий, возникающих при завинчивании резьбового соединения, что приводит к изменению
амплитудных и частотных характеристик колебательной системы, уходу от резонансного режима и механическому разрушению пьезокерамического преобразователя.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности работы устройства за счет увеличения степени концентрации ультразвуковой энергии и формирования сложного вибрационного воздействия продольных и крутильных колебаний, а также в повышении надежности работы путем вывода источника колебаний из зоны непосредственного силового воздействия и приложения силового воздействия в зоне минимальных амплитуд колебаний.
Указанный технический результат достигается тем, что в ультразвуковом гайковерте, содержащем корпус с закрепленной на нем обоймой с головкой под ключ, размещенный в корпусе пьезокерамический преобразователь в виде пакета кольцеобразных элементов, соединенный с концентратором колебаний в виде стержня и с противовесом, при этом нижняя часть корпуса имеет вид цилиндрической втулки с наклонными винтовыми вырезами, выполненной в виде торсиона, и наконечник, связанный с торцом втулки, дополнительнр корпус выполнен в виде стакана с коническим и цилиндрическим участками на его внутренней поверхности, рабочий торец стержня поджат к внутреннему торцу корпуса, а пьезокерамический преобразователь зажат между стержнем и противовесом.
Существует вариант, в котором наружная боковая поверхность корпуса выполнена в форме цилиндра.
Возможен вариант, где обойма жестко соединена с корпусом с помощью двух цилиндрических фиксаторов в зоне минимальных амплитуд колебаний, возбуждаемых в корпусе.
На фиг. 1 представлен ультразвуковой гайковерт в разрезе;
на фиг. 2 показан вид сбоку.
Ультразвуковой гайковерт содержит корпус 1, внутри которого размещен пьезокерамический преобразователь в виде пакета кольцеобразных элементов 2, зажатый между противовесом 3 и стержнем 4 с помощью гайки 5, расположенной на резьбе цилиндрического хвостовика стержня 4. Рабочий торец стержня 4 поджат к внутреннему торцу корпуса 1 гайкой 6, навинченной на резьбу другого цилиндрического хвостовика стержня 4. С корпусом 1 жестко связана обойма 7, имеющая головку под ключ. Соединение обоймы 7 с корпусом 1 обеспечивается фиксаторами 8, цилиндрические части которых заходят в отверстия корпуса 1, расположенные в зоне минимальных амплитуд колебаний, а резьбовые части располагаются в резьбовых отверстиях обоймы 7 и стопорятся контргайками 9. Корпус 1 снаружи имеет цилиндрическую форму, а внутренняя его поверхность состоит из конического и цилиндрического участков. Нижняя часть корпуса 1 представляет собой цилиндрическую втулку 10, имеющую наклонные винтовые вырезы 11, и выполняющую роль торсиона. На рабочем конце торсиона закреплен наконечник 12 с помощью гайки 13, навернутой на резьбу корпуса 1. Во избежание вращения наконечника 12 относительно корпуса 1 на нижней части корпуса 1 имеются выступы, которые заходят в пазы, расположенные по наружному контуру наконечника 12
Ультразвуковой гайковерт работает следующим образом.
При подаче с генератора ультразвуковых колебаний (на чертеже не показан) напряжения синусоидальной формы и резонансной частоты на обкладки пьезокерамического преобразователя в виде пакета кольцеобразных элементов 2, он, изменяя вследствие обратного пьезоэффекта свои геометрические размеры, возбуждает механические колебания стержня 4, представляющего собой концентратор колебаний. В случае его выполнения в виде круглого стержня с экспоненциальным изменением сечения коэффициент трансформации может достигать 10. Будучи поджат к внутреннему торцу корпуса 1 стержень 4 передает на
него продольные ультразвуковые колебания, которые распространяются по корпусу 1, торсиону 10 и наконечнику 12, взаимодействующему с гайкой (на чертеже не показана), обеспечивая ее затяжку. Торсион 10 выполнен в виде цилиндрической втулки с наклонными винтовыми вырезами 11, способствующими дополнительному возбуждению крутильных колебаний. Корпус 1 выполнен в виде стакана с коническим и цилиндрическим участками на внутренней поверхности и представляет собой концентратор колебаний, коэффициент трансформации которого может достигать 10. Таким образом, суммарный коэффициент трансформации колебательной системы ультразвукового гайковерта может достигать 100.
С корпусом 1 с помощью двух фиксаторов 8 жестко соединена обойма 7, через которую передается вращающий момент, причем фиксаторы 8 размещены на корпусе 1 в зоне минимальных амплитуд колебаний (узловой линии нулевой амплитуды).
Выполнение корпуса в виде стакана с коническим и цилиндрическим участками на внутренней поверхности увеличивает степень концентрации ультразвуковой энергии, что повышает эффективность работы устройства.
Присоединение рабочего торца стержня к внутреннему торцу корпуса выводит источник ультразвуковых колебаний (пьезокерамический преобразователь в виде пакета кольцеобразных элементов) из зоны непосредственного силового воздействия, что повышает надежность и стабильность работы.
Выполнение наружной боковой поверхности корпуса в форме цилиндра, нижняя часть которого представляет собой торсион в виде цилиндрической втулки с наклонными винтовыми вырезами, повышает эффективность работы устройства путем формирования сложного вибрационного воздействия продольных и крутильных колебаний.
Соединение обоймы с корпусом в зоне минимальных амплитуд колебаний, возбуждаемых в корпусе, способствует повышению надежности и стабильности работы устройства.
Авторами реализовано заявляемое устройство на основе пакетного пьезокерамического преобразователя из четырех шайб пьезокерамики типа ЦТС-19, причем шайбы соединялись механически последовательно, а электрически - параллельно. Четное количество электрически параллельно собранных шайб позволяет иметь на наружных обкладках пакетного пьезокерамического преобразователя одинаковый потенциал, что исключает возможность короткого замыкания источника питания через элементы устройства и упрощает задачу электроизоляции обкладок пакетного пьезокерамического преобразователя от стержня - концентратора и корпуса. Элементы конструкции устройства выполнены частично из высокоупругой стали 65Г и термообработанного дюралюминия Д16Т. Резонансная частота устройства равна - 16750 Гц. Напряжение питания пакетного пьезокерамического преобразователя - 200 В.
Применение заявляемого устройства позволяет по сравнению с прототипом на 40-50% повысит эффективность его работы за счет более полного использования ультразвуковой энергии.
Источники информации
1. Патент РФ №2114728. МПК В25В 21/00. Способ разборки резьбовых соединений / Колокольцев В.М., Шуваев В.Г., №95105106/28; Заявл. 05.04.95; Опубл. 10.07.98. Бюл. №19.
2. Свидетельство РФ на полезную модель №93323 МПК В25В 21/00. Ультразвуковой гайковерт / Шуваев В.Г., Папшев В.А., Шуваев И.В., Заявка: 2009144220/22, 30.11.2009; Опубл. 27.04.2010.
3. Свидетельство РФ на полезную модель №73637 МПК В25В 21/00. Ультразвуковой гайковерт / Шуваев В.Г., Папшев В.А., Шуваев И.В., Кузнецов М.Б., Заявка: 2007146168/22, 11.12.2007; Опубл. 27.05.2008.