СПОСОБ ЗАТЯЖКИ БОЛТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАТЯЖКИ БОЛТА
BOLT TIGHTENING METHOD AND DEVICE FOR BOLT TIGHTENING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу затяжки болта с использованием болта для скрепления скрепляемых частей и устройству для затяжки болта для осуществления способа затяжки болта, и, более конкретно, оно относится к способу затяжки болта, применяемому при скреплении скрепляемых частей для предотвращения проскальзывания скрепляемых частей при помощи фрикционного зажимного соединения между скрепляемыми частями, когда сила сдвига воздействует на скрепляемые части, и устройству для затяжки болта для осуществления способа затяжки болта.
Уровень техники
В качестве одного способа прикрепления множества скрепляемых частей друг к другу существует способ использования болтов для прикрепления скрепляемых частей друг к другу. При использовании болта для прикрепления скрепляемых частей друг к другу, в частности, с использованием болта для прикрепления скрепляемых частей друг к другу таким образом, чтобы предотвращать проскальзывание между скрепляемыми частями при помощи фрикционного зажимного соединения скрепляемых частей, когда действует сила сдвига, важно стабилизировать силу в осевом направлении болта, вызванную большой силой затягивания болта (в дальнейшем называемой "осевым усилием болта"). Когда осевое усилие болта, вызванное затягиванием болта, невелико, достаточное фрикционное зажимное соединение не возникает между скрепляемыми частями, и происходит проскальзывание между скрепляемыми частями, когда на скрепляемые части воздействует сила сдвига. Это вызывает вращение и ослабление болта, и, в результате, существует, например, большая возможность возникновения проблем, таких как отделение частей и протечка жидкости вследствие слабого сцепления соединенных поверхностей скрепляемых частей.
Для поддержания осевого усилия болта, вызванного затяжкой болта, постоянно стабильным известен способ покрытия резьбы болта стабилизатором коэффициента трения (см. публикацию патента Японии (A) № 9-40991). Публикация патента Японии (A) № 9-40991 показывает, что благодаря нанесению стабилизатора коэффициента трения на резьбу или другой крепежный элемент можно стабилизировать коэффициент трения в момент затяжки резьбы, можно придавать любую величину коэффициента трения и можно устранять такие проблемы, как ослабление или поломка крепежных элементов, таких как резьбы.
Раскрытие изобретения
Однако при использовании стабилизатора коэффициента трения для стабилизации осевого усилия болта, как показано в публикации патента Японии (A) № 9-40991, остается проблема увеличения осевого усилия болта.
При использовании болта для скрепления скрепляемых частей необходимо обеспечивать то, что после затяжки болта резьба не будет легко ослабляться. По меньшей мере, после затяжки болта предполагается, что должно быть выполнено условие, что резьба должна быть самоудерживающей.
Здесь выражение "резьба является самоудерживающей" означает состояние, когда явление, заключающееся в том, что когда внешняя резьба болта вставлена во внутреннюю резьбу в вертикальном направлении, коэффициент трения на поверхности, где внешняя резьба и внутренняя резьба входят в зацепление (далее названа "резьбовой поверхностью"), слишком мал, и головке болта не сообщается какой-либо вращающий момент, но, несмотря на это, вес самого болта приводит болт к вращению, не происходит.
В состоянии, когда резьба не является самоудерживающей, даже при сообщении головке болта вращающего момента для затяжки болта, предполагается, что при прекращении воздействия вращающего момента на головку болта осевое усилие болта, приданное затяжкой болта, приводит к тому, что внешняя резьба и внутренняя резьба вращаются относительно друг друга, и осевое усилие болта ослабевает.
Для увеличения осевого усилия болта при нанесении стабилизатора коэффициента трения с очень малым коэффициентом трения на резьбу и сокращении коэффициента трения самой резьбовой поверхности самоудерживание резьбы после затяжки болта становится проблемой. Для решения этой проблемы вероятно должны быть наложены некоторые фиксированные ограничения в соответствии с расчетными условиями для снижения коэффициента трения резьбовой поверхности при помощи стабилизатора коэффициента трения. Соответственно, вероятно должны быть наложены некоторые фиксированные ограничения для увеличения осевого усилия болта при помощи стабилизатора коэффициента трения.
При использовании болта для прикрепления скрепляемых частей друг к другу, чем выше осевое усилие болта, производимое при затяжке болта, тем сильнее фрикционное зажимное соединение, произведенное между скрепляемыми частями.
Таким образом, при использовании болта для скрепления скрепляемых частей с предотвращением проскальзывания между скрепляемыми частями фрикционным зажимным соединением между скрепляемыми частями, когда действует сила сдвига, создание средства, позволяющего увеличить осевое усилие болта, производимого при затяжке болта, и не требующего рассмотрения проблемы самоудерживания резьбы после затяжки болта, то есть создание средства, допускающего создание более высокого осевого усилия болта, чем осевое усилие болта, создаваемое при использовании стабилизатора коэффициента трения, представляется важной проблемой.
Настоящее изобретение принимает во внимание вышеупомянутую проблему и имеет целью создание способа затяжки болта, обеспечивающего такой же эффект, как при сокращении коэффициента трения резьбовой поверхности, без изменения коэффициента трения резьбовой поверхности таким образом, чтобы осуществлять увеличение осевого усилия болта, создаваемого при затяжке болта, и устройства для затяжки болта для осуществления способа затяжки болта, причем способ затяжки болта и устройство для затяжки болта для осуществления способа затяжки болта имеют превосходную рабочую эффективность и легко осуществимы.
Согласно объекту изобретения, сформулированному в п.1, предложен способ затяжки болта при использовании болта, имеющего головку болта и тело болта, выполненное с внешней резьбой, для скрепления скрепляемых элементов, причем способ затяжки болта отличается преднамеренным смещением поверхностных давлений резьбовой поверхности и опорной поверхности болта, создаваемых при затяжке болта, посредством передачи поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности болта, головке болта и, в этом состоянии, сообщения вращающего момента, вращающего внешнюю резьбу, головке болта для затяжки болта.
То есть, согласно объекту изобретения по п.1, при использовании болта для прикрепления скрепляемых элементов друг к другу головке болта передается поперечная нагрузка, параллельная опорной поверхности болта, для смещения поверхностных давлений резьбовой поверхности и опорной поверхности болта, и в этом состоянии сообщают вращающий момент для вращения внешней резьбы болта для затяжки болта.
Благодаря сообщению головке болта заданной поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности болта, и при этом сообщению вращающего момента головке болта для затяжки болта, можно отклонять ось болта относительно вертикальной линии опорной поверхности для болта на заданный угол, являющийся очень малым углом, и, кроме того, отклонять головку болта относительно опорной поверхности болта на заданный угол, являющийся очень малым углом, для затяжки болта. Соответственно, можно смещать поверхностные давления резьбовой поверхности и опорной поверхности болта, создаваемые при затяжке болта до требуемого состояния.
Благодаря преднамеренному смещению поверхностных давлений резьбовой поверхности и опорной поверхности болта, создаваемых при затяжке болта до требуемого состояния, можно смещать фактическую центральную ось вращения болта при затяжке болта от центральной оси болта в направлении стороны высокого поверхностного давления резьбовой поверхности и опорной поверхности болта. Вследствие этого, можно снизить затягивающий вращающий момент болта и напряжение при кручении, создаваемое в резьбе, и получать достаточное допустимое растягивающее напряжение резьбы для увеличения предельного осевого усилия болта, когда возникает пластическая деформация, и можно обеспечивать увеличение осевого усилия болта.
Кроме того, после того, как завершена затяжка болта, и воздействие вращающего момента, который сообщался головке болта, устраняют, можно поддерживать зацепление внешней резьбы и внутренней резьбы фрикционной силой, создаваемой в соответствии с коэффициентом трения самой резьбовой поверхности. Вследствие этого, становится возможным придание более высокого осевого усилия болта по сравнению со случаем использования стабилизатора коэффициента трения без каких-либо ограничений увеличения осевого усилия болта вследствие самоудерживания резьбы, что становится проблемой при использовании стабилизатора коэффициента трения для увеличения осевого усилия болта.
Здесь термин "резьбовая поверхность" означает поверхность, где внешняя резьба болта и внутренняя резьба, соответствующая внешней резьбе, входят в зацепление. Термин "опорная поверхность болта" означает поверхность, где скрепляемый элемент и головка болта входят в контакт. Кроме того, когда между головкой болта и скрепляемым элементом устанавливают, например, плоскую шайбу, пружинную шайбу или другую шайбу, он означает поверхность, где шайба и болт или шайба и скрепляемый элемент входят в контакт.
Согласно объекту изобретения, сформулированному в п.2, предложен способ затяжки болта по п.1, отличающийся тем, что внутренняя резьба, входящая в зацепление с внешней резьбой, имеет центральную ось внутренней резьбы, наклоненную относительно вертикальной опорной поверхности болта.
То есть, согласно объекту изобретения по п.2, благодаря расположению центральной оси внутренней резьбы, входящей в зацепление с внешней резьбой болта, под наклоном на заданный угол относительно вертикальной линии опорной поверхности болта, можно затягивать болт при отклонении оси болта под заданным углом относительно вертикальной линии опорной поверхности болта и отклонении головки болта под заданным углом относительно опорной поверхности болта. Вследствие этого, по сравнению с тем, когда центральная ось внутренней резьбы, входящей в зацепление с внешней резьбой болта, расположена параллельно вертикальной линии опорной поверхности болта, можно смещать поверхностные давления резьбовой поверхности и опорной поверхности болта, создаваемые при затяжке болта до требуемого состояния, сообщая меньшую поперечную нагрузку головке болта.
Согласно объекту изобретения, сформулированному в п.3, предложен способ затяжки болта по п.2, отличающийся тем, что центральная ось внутренней резьбы, входящей в зацепление с внешней резьбой, наклонена относительно вертикальной линии опорной поверхности болта, благодаря наличию частиц, нанесенных в частях витков внутренней резьбы.
То есть, согласно объекту изобретения по п.3, частицы наносят в заданных частях витков внутренней резьбы, входящей в зацепление с внешней резьбой болта, для наклона центральной оси внутренней резьбы относительно вертикальной линии опорной поверхности болта.
Согласно объекту изобретения, сформулированному в п.4, предложен способ затяжки болта по п.1, отличающийся тем, что внешнюю резьбу выполняют с центральной осью внешней резьбы, наклоненной относительно центральной оси головки болта.
То есть, согласно объекту изобретения по п.4, благодаря выполнению центральной оси внешней резьбы болта, наклоненной под заданным углом относительно центральной оси головки болта, возможна затяжка болта при наклоне головки болта под заданным углом относительно опорной поверхности болта. Вследствие этого, по сравнению с использованием болта, когда центральная ось внешней резьбы и центральной оси головки болта совпадают, становится возможным смещение поверхностных давлений резьбовой поверхности и опорной поверхности болта, создаваемых при затяжке болта до требуемого состояния, сообщая меньшую поперечную нагрузку головке болта.
Согласно объекту изобретения, сформулированному в п.5, предложен способ затяжки болта по п.1, отличающийся тем, что тело болта выполняют с отверстием в его части для уменьшения жесткости при изгибе тела болта относительно поперечной нагрузки.
То есть, согласно объекту изобретения п.5, благодаря выполнению соответствующего отверстия в теле болта, можно уменьшать жесткость при изгибе тела болта относительно поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности болта. Вследствие этого, по сравнению со случаем использования болта без такого отверстия в теле болта, можно смещать поверхностные давления резьбовой поверхности и опорной поверхности болта, создаваемые при затяжке болта до требуемого состояния, сообщая меньшую поперечную нагрузку головке болта.
Согласно объекту изобретения, сформулированному в п.6, предложен способ затяжки болта по п.1, отличающийся тем, что поперечную нагрузку, передаваемую параллельно опорной поверхности болта, регулируют таким образом, чтобы преднамеренно смещать поверхностные давления резьбовой поверхности и опорной поверхности болта и обеспечивать затяжку болта в состоянии, когда головка болта скользит параллельно опорной поверхности болта.
То есть, согласно объекту изобретения п.6, при затяжке болта можно преднамеренно смещать поверхностные давления резьбовой поверхности и опорной поверхности болта и затягивать болт в состоянии, когда головка болта скользит параллельно опорной поверхности болта. Вследствие этого, например, можно предотвращать чрезмерную передачу поперечной нагрузки головке болта и, таким образом, сильное отталкивание тела болта к периферии отверстия болта, выполненного в скрепляемом элементе, и, таким образом, образование неожиданно большого трения вследствие поверхностных условий контактной части между телом болта и периферией отверстия болта. Кроме того, можно больше снизить затягивающий вращающий момент, требуемый при затяжке болта, и можно, кроме того, увеличить осевое усилие болта, создаваемое при затяжке болта.
Согласно объекту изобретения, сформулированному в п.7, предложено устройство для затяжки болта, применяемое при использовании болта, имеющего головку болта и тело болта, выполненное с внешней резьбой, для скрепления скрепляемых элементов, причем устройство для затяжки болта отличается тем, что оно содержит средство сообщения затягивающего вращающего момента для передачи вращающего момента, вращающего внешнюю резьбу, головке болта и средство сообщения поперечной нагрузки для передачи поперечной нагрузки параллельно опорной поверхности болта головке болта таким образом, чтобы преднамеренно смещать поверхностные давления резьбовой поверхности и опорной поверхности болта, создаваемые при вращении внешней резьбы средством сообщения затягивающего вращающего момента.
То есть, согласно объекту изобретения по п.7, так как устройство для затяжки болта имеет средство сообщения затягивающего вращающего момента для передачи головке болта вращающего момента, вращающего внешнюю резьбу болта, и средство сообщения поперечной нагрузки для передачи головке болта поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности болта, для преднамеренного смещения поверхностных давлений резьбовой поверхности и опорной поверхности болта, при вращении внешней резьбы болта средством сообщения затягивающего вращающего момента при использовании болта для скрепления скрепляемых элементов, становится возможной затяжка болта при передаче головке болта вращающего момента, вращающего внешнюю резьбу болта в состоянии смещения поверхностных давлений резьбовой поверхности и опорной поверхности болта. Вследствие этого, подобно аспекту изобретения по п.1, можно смещать поверхностные давления резьбовой поверхности и опорной поверхности болта, создаваемые при затяжке резьбы до требуемого состояния, и можно перемещать фактическую центральную ось вращения болта при затяжке болта от оси болта в направлении стороны высокого поверхностного давления резьбовой поверхности и опорной поверхности болта. Вследствие этого, можно снижать напряжение при кручении, создаваемое в резьбе, и произвести достаточное допустимое растягивающее напряжение резьбы для повышения предельного осевого усилия болта, когда происходит пластическая деформация, и увеличивать осевое усилие болта.
Кроме того, также как и по п.1, после завершения затяжки болта и устранения действия вращающего момента, который передавался головке болта, зацепление между внешней резьбой и внутренней резьбой может поддерживаться фрикционной силой, создаваемой в соответствии с коэффициентом трения самой резьбовой поверхности, и, по сравнению с использованием стабилизатора коэффициента трения, может создаваться более высокое осевое усилие болта.
Согласно объекту изобретения, сформулированному в п.8, предложено устройство для затяжки болта по п.7, отличающееся тем, что средство сообщения поперечной нагрузки содержит средство определения смещения для определения параллельного перемещения головки болта относительно опорной поверхности болта при затягивании болта средством сообщения затягивающего вращающего момента и средство регулирования поперечной нагрузки для регулирования поперечной нагрузки на основании параллельного перемещения головки болта относительно опорной поверхности болта, определенного средством определения смещения, причем средство регулирования поперечной нагрузки выполнено с возможностью регулирования поперечной нагрузки таким образом, чтобы преднамеренно смещать поверхностные давления резьбовой поверхности и опорной поверхности болта при затяжке болта и обеспечивать затяжку болта в состоянии, когда головка болта скользит параллельно опорной поверхности болта.
То есть, согласно объекту изобретения по п.8, так как средство сообщения поперечной нагрузки содержит средство определения смещения и средство регулирования поперечной нагрузки, при затяжке болта можно преднамеренно смещать поверхностные давления резьбовой поверхности и опорной поверхности болта и затягивать болт в состоянии, когда головка болта скользит параллельно опорной поверхности болта.
Согласно объектам изобретения, сформулированным в пунктах формулы изобретения, существуют общие эффекты, которые позволяют затягивать болт в состоянии преднамеренного смещения поверхностных давлений резьбовой поверхности и опорной поверхности болта и осуществлять увеличение осевого усилия болта без изменения коэффициента трения самой резьбы.
Таким образом, согласно объектам изобретения, соответствующим пунктам формулы изобретения, становится возможным создание более высокого осевого усилия болта по сравнению со случаем использования стабилизатора коэффициента трения без каких-либо ограничений увеличения осевого усилия болта вследствие самоудерживания резьбы, которое становится проблемой при использовании стабилизатора коэффициента трения для увеличения осевого усилия болта.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вид, показывающий состояние болта перед сообщением головке болта поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности болта.
Фиг.2 представляет собой вид, показывающий состояние болта, когда поперечная нагрузка, параллельная опорной поверхности болта, передана головке болта из состояния, показанного на фиг.1, и, кроме того, когда гнезду передан вращающий момент, вызывающий вращение головки болта.
Фиг.3 представляет собой вид первого варианта осуществления изобретения для осуществления способа затяжки болта согласно настоящему изобретению.
Фиг.4 представляет собой вид более конкретного варианта выполнения средства сообщения затягивающего вращающего момента и средства сообщения поперечной нагрузки согласно первому варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.3.
Фиг.5 представляет собой вид внутренней резьбы во втором варианте осуществления изобретения для осуществления способа затяжки болта согласно настоящему изобретению.
Фиг.6 представляет собой вид внутренней резьбы в третьем варианте осуществления изобретения для осуществления способа затяжки болта согласно настоящему изобретению.
Фиг.7 представляет собой вид внешней резьбы в четвертом варианте осуществления изобретения для осуществления способа затяжки болта согласно настоящему изобретению.
Фиг.8 представляет собой схематичный вид в сборе болта согласно четвертому варианту осуществления изобретения, и вращательного молотка, образующего устройство для затяжки болта, способное синхронизировать направление передачи поперечной нагрузки, передаваемой головке болта при вращении болта.
Фиг.9 представляет собой вид сечения вращательного молоткового устройства, выполненного по линии А-А на фиг.8.
Фиг.10 представляет собой вид внешней резьбы в пятом варианте осуществления изобретения для осуществления способа затяжки болта согласно настоящему изобретению.
Фиг.11 представляет собой вид шестого варианта осуществления изобретения для осуществления способа затяжки болта согласно настоящему изобретению.
Фиг.12 представляет собой блок-схему последовательности операций, показывающую вариант программы управления затяжкой болта, выполняемой устройством для затяжки болта, согласно настоящему изобретению, показанным на фиг.11.
Фиг.13 представляет собой пример параллельного перемещения гнезда относительно опорной поверхности болта, когда выполняется программа управления затяжкой болта, показанная на фиг.12, то есть тенденция смещения относительно времени.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Ниже со ссылками на прилагаемые чертежи будут описаны несколько вариантов осуществления настоящего изобретения.
Сначала будет описано со ссылками на фиг.1 и 2 основное понятие способа затяжки болта согласно настоящему изобретению.
На фиг.1 представлен вид, показывающий одно состояние болта перед тем, как поперечная нагрузка, параллельная опорной поверхности болта, передается головке болта. На фиг.1 ссылочная позиция 1 обозначает болт, ссылочная позиция 2 обозначает головку болта, ссылочная позиция 3 обозначает тело болта, ссылочная позиция 4 обозначает внешнюю резьбу, выполненную на теле 3 болта, ссылочная позиция 5 обозначает скрепляемые части, ссылочная позиция 6 обозначает внутреннюю резьбу, входящую в зацепление с внешней резьбой, ссылочная позиция 7 обозначает гнездо, передающее вращательный момент головке 2 болта, ссылочная позиция 8 обозначает опорную поверхность болта, формирующую поверхность, когда головка 2 болта и прикрепляемая часть 5 входят в зацепление, ссылочная позиция 9 обозначает резьбовую поверхность, формирующую поверхность, когда внешняя резьба 4 и внутренняя резьба 6 входят в зацепление, и ссылочная позиция 10 обозначает фрикционную поверхность сцепления между скрепляемыми частями.
На фиг.2 представлен вид, показывающий состояние болта, когда поперечная нагрузка, параллельная опорной поверхности 8 болта, передается головке 2 болта из состояния, показанного на фиг.1, и также, когда вращающий момент, вызывающий вращение головки 2 болта, сообщается гнезду 7.
Как показано на фиг.2, когда поперечная нагрузка, параллельная опорной поверхности 8 болта, передается головке 2 болта гнездом 7, ось 11 болта наклоняется относительно вертикальной линии 12 опорной поверхности болта, и также головка 2 болта отклоняется относительно опорной поверхности 8 болта. Следует отметить, что фиг.2 изображена таким образом, чтобы показать эти наклоненные состояния, но в действительности угол θ1 этих отклонений является очень небольшим углом, составляющим, например, 0,01°.
Если в этом состоянии, то есть в состоянии, когда ось 11 болта наклонена относительно вертикальной линии 12 опорной поверхности болта и, кроме того, головка 2 болта отклоняется относительно опорной поверхности 8 болта, и вращающий момент передается через гнездо 7 головке 2 болта, болт затягивается в состоянии смещения поверхностных давлений опорной поверхности 8 болта и резьбовой поверхности 9.
Заявитель обнаружил методом конечных элементов, что благодаря затяжке болта 1 в состоянии передачи поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности 8 болта, головке 2 болта и смещения поверхностных давлений опорной поверхности 8 болта и резьбовой поверхности 9, произведенного при затяжке болта 1, можно смещать фактическую центральную ось вращения болта (также названную "мгновенной центральной осью вращения") от оси 11 болта в направлении стороны высокого поверхностного давления резьбовой поверхности 9 и опорной поверхности 8 болта вследствие смещения поверхностных давлений опорной поверхности 8 болта и резьбовой поверхности 9, и, вследствие этого, возможно создание более высокого осевого усилия болта меньшим вращающим моментом затяжки по сравнению с отсутствием передачи поперечной нагрузки головке 2 болта.
Выведя это, заявитель сначала проверил методом конечных элементов поведение вращающего момента, требуемого для затяжки болта при передаче нагрузки сдвигающего типа скрепляемым частям, скрепляемым болтом.
При передаче нагрузки сдвигающего типа скрепляемым элементам, скрепляемым болтом, известно, что возникает такое явление, что болт легко может начинать вращаться, то есть происходит ослабление затяжки болта. Кроме того, существует теория, что это явление возникает вследствие снижения коэффициента трения в направлении вращения вокруг оси болта. В соответствии с этим, когда существует боковое проскальзывание на обеих из резьбовой поверхности и опорной поверхности болта, коэффициент трения во вращательном направлении вокруг оси болта падает до очень малой величины от 0,005 до 0,02, и это вызывает ослабление затяжки болта.
Заявитель сформировал модели анализа, соответствующие случаю приложения и случаю не приложения нагрузки сдвигающего типа скрепляемым элементам, скрепляемым болтом, с заданием ограничивающего условия, согласно которому коэффициент трения опорной поверхности болта и резьбовой поверхности поддерживается не на уровне очень малой величины, составляющей от 0,005 до 0,02, но на уровне реального коэффициента трения опорной поверхности болта и резьбовой поверхности, например, коэффициента трения, составляющего приблизительно 0,1, таким образом, для проверки этой теории.
В результате, заявитель установил, что в состоянии, когда скрепляемым элементам передается нагрузка сдвигающего типа и поверхностным давлениям опорной поверхности болта и резьбовой поверхности сообщается смещение, коэффициент трения опорной поверхности болта и резьбовой поверхности поддерживается на уровне свойственного коэффициента трения, но, несмотря на это, то есть даже если коэффициент трения опорной поверхности болта и резьбовой поверхности не составляет очень малую величину от 0,005 до 0,02 благодаря перемещению центральной оси вращения болта от оси болта в направлении стороны части высокого давления, вращающий момент, требуемый для вращения болта, падает по сравнению со случаем, когда скрепляемым элементам не сообщается нагрузка сдвигающего типа.
На основании этого заявитель вывел основное понятие, которое состоит в том явлении, что болт легко вращается в состоянии, когда скрепляемым элементам, скрепляемым болтом, сообщается нагрузка сдвигающего типа не вследствие снижения коэффициента трения во вращательном направлении вокруг оси болта, но вследствие смещения поверхностных давлений опорной поверхности болта и резьбовой поверхности вследствие передачи нагрузки сдвигающего типа, а также вследствие смещения поверхностных давлений опорной поверхности болта и резьбовой поверхности, фактическая центральная ось вращения болта перемещается от оси болта в направлении, приближающемся к части высокого поверхностного давления опорной поверхности болта и резьбовой поверхности, и, вследствие этого, вращающий момент, требуемый для вращения болта, снижается.
Фактическая центральная ось вращения болта, сообщаемая смещением поверхностных давлений опорной поверхности болта и резьбовой поверхности, представляется идеальной для того, чтобы становиться линией, соединяющей часть высокого поверхностного давления опорной поверхности болта и часть высокого поверхностного давления резьбовой поверхности. Причиной, почему это происходит, вероятно, является то, что большая часть поверхностного давления создает трудность перемещения, и болт вращается вокруг части высокого поверхностного давления. Однако смещение поверхностных давлений опорной поверхности болта и резьбовой поверхности вероятно не создается так, что оно сконцентрировано в единственной точке. В целом, оно создается с распространением по некоторой площади. Таким образом, фактическую центральную ось вращения болта, образуемую смещением поверхностных давлений опорной поверхности болта и резьбовой поверхности, следует рассматривать как становящуюся линией, соединяющей часть опорной поверхности болта вблизи части высокого давления и части резьбовой поверхности вблизи части высокого давления.
Кроме того, фактическая центральная ось вращения болта, образованная смещением поверхностных давлений опорной поверхности болта и резьбовой поверхности, рассматривается как становящаяся линией, соединяющей часть вблизи части высокого давления опорной поверхности болта и часть вблизи части высокого давления резьбовой поверхности. Фактическая центральная ось вращения болта перемещается от оси болта в направлении приближения к части высокого поверхностного давления. Самое короткое расстояние от фактической центральной оси вращения болта к части высокого поверхностного давления становится короче. Вследствие этого, становится легче вывести объяснение того явления, что вращающий момент, требуемый для вращения болта, становится меньше. При предположении, что фактическая центральная ось вращения болта перемещается от части высокого поверхностного давления в направлении от нее, самое короткое расстояние от центральной оси вращения болта к части высокого поверхностного давления должно стать более длинным, и вращающий момент, требуемый для вращения болта, должен быть увеличен. Это несовместимо с результатами анализа.
Затем заявитель использовал метод конечных элементов для проверки поведения поверхностных давлений опорной поверхности 8 и резьбовой поверхности 9 и вращающего момента, требуемого для вращения болта 1 в состоянии сообщения поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности 8 болта, головке 2 болта для проверки того, может ли это основное понятие применяться относительно способа затяжки болта для увеличения осевого усилия болта при затяжке болта.
При этой проверке заявитель сформировал модели анализа, соответствующие случаю передачи и случаю не передачи поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности 8 болта, головке 2 болта, при задании ограничивающего условия, что коэффициент трения опорной поверхности 8 болта и резьбовой поверхности 9 поддерживаются не с очень малой величиной от 0,005 до 0,02, но с реальным коэффициентом трения опорной поверхности 8 болта и резьбовой поверхности 9, например, коэффициентом трения, составляющим приблизительно 0,1.
В результате, заявитель обнаружил, что в состоянии при передаче поперечной нагрузки головке 2 болта для смещения поверхностных давлений опорной поверхности 8 болта и резьбовой поверхности 9 подобно случаю, когда скрепляемым элементам сообщается нагрузка сдвигающего типа, коэффициент трения опорной поверхности 8 болта и резьбовой поверхности 9 поддерживается на уровне естественного коэффициента трения, но, несмотря на это, то есть даже если коэффициент трения опорной поверхности 8 болта и резьбовой поверхности 9 не является очень малой величиной от 0,005 до 0,02, посредством перемещения центральной оси вращения болта от оси 11 болта в направлении стороны части высокого давления, вращающий момент, требуемый для вращения болта, падает по сравнению со случаем, когда головке 2 болта не сообщается поперечная нагрузка.
Таким образом, это основное понятие может применяться для способа затяжки болта. Посредством сообщения поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности 8 болта, головке 2 болта и затяжки болта 1 в состоянии смещения поверхностных давлений опорной поверхности 8 болта и резьбовой поверхности 9, создаваемых при затяжке болта 1, можно перемещать фактическую центральную ось вращения болта от оси 11 болта в направлении стороны высокого поверхностного давления посредством смещения поверхностных давлений опорной поверхности 8 болта и резьбовой поверхности 9. Вследствие этого представляется подтвержденным, что, по сравнению с отсутствием сообщения поперечной нагрузки головке 2 болта, для затяжки болта может использоваться меньший затягивающий вращающий момент.
Далее будет описан тот факт, что при уменьшении затягивающего вращающего момента, требуемого при затяжке болта, становится возможным увеличение осевого усилия болта, создаваемого при затяжке болта.
е
е
у
2
2
2
Во время затяжки болта на тело болта воздействует напряжение τ кручения, соответствующее вращающему моменту затяжки болта и растягивающему напряжению σ, соответствующему осевому усилию болта. Эквивалентное напряжение σ после того, как они скомбинированы, в целом выражается эллиптическим уравнением σ =(σ+3τ) и обрабатывается как упругая деформация до достижения предельного напряжения σ сдвига материала болта.
Таким образом, для повышения предельного осевого усилия болта, когда болт деформируется, достаточно уменьшить напряжение τ кручения, создаваемое при затяжке болта. Уменьшение вращающего момента, требуемого при затяжке болта, означает уменьшение напряжения τ кручения, создаваемого при затяжке болта. Допустимый диапазон растягивающего напряжения σ, соответствующего осевому усилию болта, увеличивается. Это означает увеличение предельного осевого усилия болта, когда болт деформируется. По сравнению со случаем отсутствия передачи поперечной нагрузки головке 2 болта может быть придано более высокое осевое усилие болта.
Как описано выше, согласно способу затяжки болта, соответствующему настоящему изобретению, благодаря изменению способа скрепления без изменения самого коэффициента трения, в частности, благодаря затяжке болта в состоянии, обеспечивающем смещение поверхностных давлений опорной поверхности 8 болта и резьбовой поверхности 9, демонстрируется эффект, аналогичный показанному при уменьшении коэффициента трения резьбовой поверхности 9, то есть демонстрируется эффект увеличения осевого усилия болта при затяжке болта 1.
Кроме того, когда затяжка болта 1 завершается, и затягивающий вращающий момент, переданный головке 2 болта, устраняется, можно поддерживать зацепление между внешней резьбой и внутренней резьбой силой трения, создаваемой в соответствии с коэффициентом трения самой резьбовой поверхности 9.
Вследствие этого становится возможным сообщение более высокого осевого усилия болта по сравнению с использованием стабилизатора коэффициента трения без любых ограничений увеличения осевого усилия болта вследствие самоудерживания резьбы, которое является проблемой при использовании стабилизатора коэффициента трения для увеличения осевого усилия болта.
Более высокое осевое усилие болта вызывает сильное фрикционное сцепление на фрикционной поверхности 10 сцепления между скрепляемыми частями. Вследствие этого сильного фрикционного сцепления проскальзывание между скрепляемыми частями, когда действует поперечная сила, может быть более полно предотвращено. Соответственно, становится возможным исключение проскальзывания между скрепляемыми частями и более полное предотвращение ослабления затяжки резьбы.
Согласно способу затяжки болта, соответствующему настоящему изобретению, при завершении затяжки болта головка 2 болта и опорная поверхность 8 болта могут иметь остающийся между ними зазор, хотя и очень небольшой. Однако представляется, что зазор, остающийся после завершения затяжки болта, по существу исчезает при перемещении самого болта для его сбалансированности, когда вращающий момент, который был сообщен головке 2 болта, устранен, или когда поперечная сила действует на скрепляемую часть. За исключением случая с соединительной частью, в которой вращающий момент часто воздействует на болт, например, такой как в шарнирной части очков, эффект этого зазора относительно осевого усилия болта может игнорироваться.
Кроме того, согласно способу затяжки болта, соответствующему настоящему изобретению, при затяжке болта внешняя резьба входит в соответствующую внутреннюю резьбу с наклоном, в результате чего, в зависимости от степени наклона, заедание резьбы может стать проблемой. В этом случае, благодаря нанесению стабилизатора коэффициента трения на резьбовую поверхность в степени, когда самоудерживание резьбы после затяжки болта не будет становиться проблемой, заедание резьбы может быть ослаблено.
Далее будет описано несколько вариантов применения основного понятия указанного выше способа затяжки болта согласно настоящему изобретению.
На фиг.3 показан первый вариант осуществления способа затяжки болта согласно настоящему изобретению, причем на этой фигуре ссылочная позиция 21 обозначает средство сообщения затягивающего вращающего момента, а ссылочная позиция 22 обозначает средство сообщения поперечной нагрузки.
Первый вариант осуществления изобретения, показанный на фиг.3, представляет основную конфигурацию для осуществления способа затяжки болта согласно настоящему изобретению. Болт 1 является обычно используемым болтом с головкой, например, болтом с шестигранной головкой. Средство 21 сообщения затягивающего вращающего момента выполняет функцию передачи затягивающего вращающего момента, требуемого для затягивания болта, головке 2 болта, в то время как средство 22 сообщения поперечной нагрузки выполняет функцию передачи поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности 8 болта, постоянно в одном направлении при помощи гнезда 7 головке 2 болта при использовании средства 21 сообщения затягивающего вращающего момента для затяжки болта 1.
Благодаря применению средства 21 сообщения затягивающего вращающего момента и средства 22 сообщения поперечной нагрузки, становится возможной передача поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности 8 болта, головке 2 болта и, в этом состоянии, передачи вращающего момента для вращения внешней резьбы 4 к головке 2 болта для затяжки болта. Соответственно, возможно отклонение оси 11 болта относительно вертикальной линии опорной поверхности болта на заданный угол, то есть на очень малый угол, при этом дополнительно с созданием отклонения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта на заданный угол, то есть на очень малый угол, и затягивание болта 1, и возможно смещение поверхностных давлений резьбовой поверхности 9 и опорной поверхности 8 болта, создаваемое при затяжке болта 1 до требуемого состояния.
Более конкретный вариант выполнения средства 21 сообщения затягивающего вращающего момента и средства 22 сообщения поперечной нагрузки показан на фиг.4. На фиг.4 ссылочной позицией 31 обозначен вращательный привод, ссылочной позицией 32 обозначен регулятор вращения, ссылочной позицией 33 обозначен вращающийся вал, ссылочной позицией 34 обозначено электромагнитное устройство, ссылочной позицией 35 обозначен блок регулирования поперечной нагрузки и ссылочной позицией 36 обозначен приемник силы реакции.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.4, средство 21 сообщения затягивающего вращающего момента имеет вращательный привод 31, регулятор 32 вращения и вал 33. Вращательный привод 31 выполняет функцию создания затягивающего вращающего момента, требуемого при затяжке болта 1. Может использоваться вращательный привод электрического типа или привод пневматического или другого типа. Регулятор 32 вращения выполняет функцию регулирования величины затягивающего вращающего момента, произведенного вращательным приводом 31. Вал 33 выполняет функцию передачи затягивающего вращающего момента, произведенного вращательным приводом 31, гнезду 7.
Благодаря средству 21 сообщения затягивающего вращающего момента, имеющему вращательный привод 31 и вал 33, становится возможной передача затягивающего вращающего момента от вращательного привода 31 через вал 33 гнезду 7 при затяжке болта. Кроме того, при наличии регулятора 32 вращения можно регулировать величину затягивающего вращающего момента, сообщаемого гнезду 7, и благодаря этому можно предотвращать передачу излишнего затягивающего вращающего момента гнезду 7, который мог бы повредить болт 1.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.4, средство 22 сообщения поперечной нагрузки имеет электромагнитное устройство 34, блок 35 регулирования поперечной нагрузки и приемник 36 силы реакции. Электромагнитное устройство 34 выполняет функцию передачи поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности 8 болта, гнезду 7 постоянно в одном направлении для принудительного перемещения гнезда 7 параллельно опорной поверхности 8 болта. Блок 35 регулирования поперечной нагрузки выполняет функцию регулирования величины поперечной нагрузки, сообщаемой гнезду 7 электромагнитным устройством 34. Приемник 36 силы реакции выполняет функцию предотвращения относительного перемещения электромагнитного устройства 34 относительно опорной поверхности 8 болта. При затяжке болта, если электромагнитное устройство 34 временно прикреплено к закрепляемому элементу, приемник силы реакции становится ненужным.
Благодаря средству 22 сообщения поперечной нагрузки, имеющему электромагнитное устройство 34 и приемник 36 силы реакции, можно принудительно перемещать гнездо 7 параллельно опорной поверхности 8 болта. Соответственно, становится возможным отклонение оси 11 болта относительно вертикальной линии опорной поверхности 8 болта под заданным углом, то есть под очень малым углом, и отклонять головку 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта на заданный угол, то есть на очень малый угол.
Кроме того, благодаря средству 22 сообщения поперечной нагрузки, имеющему блок 35 регулирования поперечной нагрузки, можно регулировать величину поперечной нагрузки, сообщаемой гнезду 7, и синхронизировать передачу поперечной нагрузки. На начальном этапе затяжки болта вращающий момент для вращения болта 1 небольшой, и представляется, что нет необходимости сообщать поперечную нагрузку гнезду 7. Когда приближается заключительный этап затяжки болта, вращающий момент, требуемый для вращения болта 1, постепенно увеличивается. Предпочтительно регулировать величину поперечной нагрузки, сообщаемой гнезду 7, в соответствии с этим изменением вращающего момента. При наличии этого блока 35 управления поперечной нагрузки это регулирование становится возможным.
Второй вариант осуществления способа затяжки болта, согласно настоящему изобретению, в частности, отличается строением внутренней резьбы 6, входящей в зацепление с внешней резьбой 4 болта 1. Внутренняя резьба 6 во втором варианте осуществления изобретения показана на фиг.5. Другие элементы аналогичны элементам в первом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.3. Действия и эффекты также аналогичны.
Внутренняя резьба 6 во втором варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.5, устроена так, что центральная линия 41 внутренней резьбы 6 имеет угол θ3 относительно вертикальной линии 12 опорной поверхности болта. Вследствие этого, когда средство 21 сообщения затягивающего вращающего момента затягивает болт 1, ось 11 болта может отклоняться относительно вертикальной линии 12 опорной поверхности болта на угол θ3, и головка 2 болта может отклоняться относительно опорной поверхности 8 болта на угол для затяжки болта 1. Соответственно, по сравнению со случаем, когда центральная ось 41 внутренней резьбы, входящей в зацепление с внешней резьбой 4 болта 1, расположена параллельно вертикальной линии 12 опорной поверхности болта, можно смещать поверхностные давления резьбовой поверхности 9 и опорной поверхности 8 болта, создаваемые при затяжке болта 1 до требуемого состояния, посредством сообщения меньшей поперечной нагрузки головке 2 болта.
Третий вариант осуществления способа затяжки болта, согласно настоящему изобретению, подобно второму варианту, в частности, отличается строением внутренней резьбы 6, входящей в зацепление с внешней резьбой 4 болта 1. Внутренняя резьба 6 в третьем варианте осуществления изобретения показана на фиг.6. Другие элементы аналогичны элементам в первом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.3. Действия и эффекты также аналогичны.
Внутренняя резьба 6 в третьем варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.6, сформирована, предпочтительно, с частицами, осажденными на полукруглую часть одной стороны резьбы таким образом, что центральная ось 41 внутренней резьбы 6, входящей в зацепление с внешней резьбой 4, имеет угол θ4 относительно вертикальной линии 12 опорной поверхности болта подобно второму варианту осуществления изобретения. Когда частицы нанесены посредством осаждения на полукруглую часть одной стороны, поверхностное давление резьбовой поверхности, создаваемое при затягивании болта, может быть распределено таким образом, что часть половины окружности резьбы становится частью высокого поверхностного давления, а часть остающейся половины становится частью низкого поверхностного давления. Кроме того, частицы могут быть нанесены в соответствующих местах на внутренней резьбе 6 таким образом, чтобы создавать часть высокого поверхностного давления в требуемом месте резьбовой поверхности 9 при затяжке болта 1. Относительно используемых частиц, для точного осуществления отклонения центральной оси 41 внутренней резьбы 6, предпочтительно использовать тонкие частицы металла или полимера. Действие и эффект, вызванные центральной осью 41 внутренней резьбы 6, имеющей угол θ4 относительно вертикальной линии опорной поверхности 12 болта, аналогичны таковым во втором варианте осуществления изобретения.
Четвертый вариант осуществления способа затяжки болта согласно настоящему изобретению, в частности, отличается конструкцией болта. Болт, согласно четвертому варианту осуществления изобретения, показан на фиг.7. На фиг.7 ссылочной позицией 50 обозначен болт, ссылочной позицией 51 обозначена головка болта, ссылочной позицией 52 обозначена внешняя резьба, ссылочной позицией 53 обозначена центральная ось головки 51 болта и ссылочной позицией 54 обозначена центральная ось внешней резьбы 52.
Как показано на фиг.7, внешняя резьба 52 в четвертом варианте осуществления изобретения сформирована с центральной осью 53 внешней резьбы, имеющей угол относительно центральной оси 54 головки болта. Вследствие этого, когда средство сообщения затягивающего вращающего момента затягивает болт 50, головка 51 болта может отклоняться относительно опорной поверхности 8 болта также под углом, и можно затягивать болт 50. Соответственно, по сравнению со случаем, когда центральная ось головки болта расположена параллельно вертикальной линии опорной поверхности болта, становится возможным смещение поверхностных давлений резьбовой поверхности 9 и опорной поверхности 8 болта, создаваемых при затяжке болта 50 до требуемого состояния, посредством сообщения меньшей поперечной нагрузки головке 51 болта.
В четвертом варианте осуществления изобретения центральная ось 54 головки болта отклоняется относительно центральной оси 53 внешней резьбы таким образом, что, в отличие от первого варианта осуществления изобретения - третьего варианта осуществления изобретения, при вращении и затяжке болта 50 сцепляющиеся части головки 51 болта и опорной поверхности 8 болта вращаются и перемещаются вместе с вращением болта 50. Таким образом, для сообщения поперечной нагрузки в направлении сцепляющихся частей головки 51 болта и опорной поверхности 8 болта необходимо синхронизировать направление передачи поперечной нагрузки, сообщаемой головке 51 болта при вращении болта 50. Вариант выполнения устройства для затяжки болта, способного создавать эту поперечную нагрузку, будет описан ниже со ссылками на фиг.8 и 9.
На фиг.8 показана схема в сборе болта 50 в четвертом варианте осуществления изобретения и вращательного молоткового устройства в качестве устройства для затяжки болта, способного синхронизировать направление передачи поперечной нагрузки головке 51 болта с вращением болта 50. Кроме того, на фиг.9 показан вид сечения вращательного молоткового устройства по линии А-А на фиг.8. На фиг.8 и 9 ссылочной позицией 61 обозначено вращательное молотковое устройство, ссылочной позицией 62 обозначен молоток, ссылочной позицией 63 обозначен роликовый упор, ссылочной позицией 64 обозначена пружина, ссылочной позицией 65 обозначено гнездо, ссылочной позицией 66 обозначена канавка и ссылочной позицией 67 обозначен вращающийся вал.
Вращательное молотковое устройство 61 содержит молоток 62, гнездо 65 и вал 67. Кроме того, молоток 62 имеет роликовый упор 63 и пружину 64. Гнездо 65 выполняет функцию передачи головке 51 болта вращающего момента, требуемого при затяжке болта 50. Внешняя поверхность гнезда 65 выполнена с канавкой 66, сталкивающейся и входящей в зацепление с описанным ниже роликовым упором 63. Молоток 62 выполняет функцию передачи головке 51 болта поперечной нагрузки одновременно с передачей затягивающего вращающего момента при помощи гнезда 65 и имеет пружину 64 и роликовый упор 63. Вал 67 выполняет функцию формирования центральной оси вращения гнезда 65.
Пружина 64 выполняет роль подпружинивания роликового упора 63 к гнезду 65. Один конец прикреплен к молотку 62, в то время как другой конец прикреплен к роликовому упору 63. Роликовый упор 63 выполняет функцию столкновения и зацепления с канавкой 66 гнезда 65 благодаря смещающей силе пружины 64 и одновременного сообщения гнезду 65 вращающего момента и поперечной нагрузки, передаваемых головке 51 болта.
Ниже будет описано со ссылками на фиг.9 действие вращательного молоткового устройства 61.
Когда молоток 62 вращается относительно гнезда 65, роликовый упор 63 вращается вместе с молотком 62 и сталкивается с канавкой 66 гнезда 65. В этот момент роликовый упор 63 сталкивается и сцепляется с канавкой 66 гнезда 65 благодаря смещающей силе пружины 64. Вследствие этого гнезду 65 одновременно могут быть приданы вращающий момент, требуемый для затяжки болта 50, и поперечная нагрузка, толкающая гнездо 65 в направлении, параллельном опорной поверхности 8 болта.
На начальном этапе затяжки, когда вращательное усилие, требуемое для затяжки болта 50, невелико, роликовый упор 63 и канавка 66 гнезда 65 входят в зацепление, и роликовый упор выдвигается в канавку 66 пружиной 64. Благодаря вращению гнезда 65 вместе с молотком в этом состоянии, головке 51 болта сообщаются затягивающий вращающий момент и поперечная нагрузка.
Кроме того, если вращающий момент, требуемый для затяжки болта 50, становится более высоким и превышает некоторую величину, роликовый упор 63 выходит из зацепления с канавкой 66 и скользит по внешней поверхности гнезда 65 вместе с молотком 62, пока снова не столкнется с канавкой 66. Когда роликовый упор 63 снова подходит к канавке 66, он сталкивается и сцепляется с канавкой 66 гнезда 65 благодаря силе смещения пружины 64. Вследствие этого можно одновременно передавать вращающий момент вала 67 гнезду 65 и поперечную нагрузку, толкающую гнездо 65 параллельно опорной поверхности 8 болта. При многократном выполнении этого действия болт 50 может быть полностью затянут.
Благодаря использованию вращательного молоткового устройства 61 таким образом, направление поперечной нагрузки, переданной головке 51 болта, может быть синхронизировано с вращением болта 50. Даже в случае с четвертым вариантом осуществления изобретения, когда при затяжке болта 50 поверхности зацепления головки 51 болта и опорной поверхности 8 болта перемещаются вместе с вращением болта, способ затяжки болта, согласно настоящему изобретению, может быть осуществлен.
Кроме того, это вращательное молотковое устройство 61 само становится тяжеловесным и, вероятно, может принимать силу реакции, создаваемую при передаче поперечной нагрузки головке 2 болта весом самого вращательного молоткового устройства 61. Соответственно, вариант осуществления изобретения, показанный на фиг.8, не включает, как элемент, приемник силы реакции для предотвращения относительного перемещения вращательного молоткового устройства 61 относительно опорной поверхности 8 болта при затяжке болта. Однако, когда само по себе вращательное молотковое устройство 61 имеет небольшой вес, и приемник силы реакции необходим, приемник силы реакции применяется при необходимости.
Во втором варианте четвертого варианта осуществления изобретения, даже если внешней силой не передается поперечная нагрузка головке болта, при затяжке болта можно отклонять ось болта относительно вертикальной линии опорной поверхности болта под углом и/или отклонять головку болта относительно опорной поверхности болта под углом. Однако при затяжке болта без сообщения поперечной нагрузки внешней силой существует большая возможность того, что сам болт будет затянут при сопутствующей деформации, балансирующей часть высокого поверхностного давления и часть низкого поверхностного давления резьбовой поверхности и опорной поверхности болта, создаваемого при затяжке болта, то есть при сопутствующей деформации, устраняющей смещение поверхностных давлений таким образом, что создается трудность передачи части высокого поверхностного давления требуемой области.
Для предотвращения этой деформации самого болта считается необходимым принудительно передавать поперечную нагрузку головке болта некоторой внешней силой. Соответственно, согласно способам затяжки болта, также соответствующим второму варианту осуществления - четвертому варианту осуществления изобретения, передача поперечной нагрузки головке болта внешней силой при затяжке болта становится необходимой. Однако в зависимости от условий конструкции или условий окружающей среды затягивания, во втором варианте осуществления изобретения - четвертом варианте осуществления изобретения считается возможным легко передавать часть высокого поверхностного давления требуемой области без сообщения поперечной нагрузки внешней силой. В таком случае, больше нет необходимости в передаче поперечной нагрузки головке болта внешней силой, и, таким образом, работа по затяжке болта может быть облегчена и упрощена.
Пятый вариант осуществления способа затяжки болта, согласно настоящему изобретению, в частности, отличается конструкцией болта. Болт, согласно пятому варианту осуществления изобретения, показан на фиг.10. На фиг.10 ссылочной позицией 70 обозначен болт, ссылочной позицией 71 обозначена головка болта, ссылочной позицией 72 обозначено тело болта и ссылочной позицией 73 обозначено отверстие.
Как показано на фиг.10, тело 72 болта 70 в пятом варианте осуществления изобретения выполнено с отверстием 73 в его части. Отверстие 73 выполняет функцию снижения жесткости при изгибе тела 72 болта относительно поперечной нагрузки, сообщаемой головке 71 болта. Его форму, их количество и т.д. соответствующим образом определяют согласно техническим требованиям. Например, отверстие 73 может также проходить сквозь тело 72 болта. Кроме того, оно может также представлять собой выемку, расположенную в боковой поверхности тела 72 болта и не проходящую сквозь тело 72 болта.
Благодаря телу 72 болта, имеющему отверстие 73, по сравнению с тем, когда тело болта не имеет отверстия, тело болта 72 легко изгибается и деформируется относительно поперечной нагрузки, сообщаемой головке 71 болта. Соответственно, по сравнению с использованием болта с телом болта без отверстия, становится возможным смещение поверхностных давлений резьбовой поверхности и опорной поверхности болта, создаваемых при затяжке болта 70 до требуемого состояния, сообщая меньшую поперечную нагрузку головке 71 болта.
Ниже будет описан шестой вариант осуществления способа затяжки болта согласно настоящему изобретению. В этом варианте осуществления изобретения средство сообщения поперечной нагрузки для передачи поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности болта, головке болта отличается наличием средства определения смещения для определения параллельного перемещения головки болта относительно опорной поверхности болта и средства регулирования поперечной нагрузки для регулирования указанной выше поперечной нагрузки на основании параллельного перемещения головки болта относительно опорной поверхности болта, определенного средством определения смещения.
Согласно способу затяжки болта, согласно настоящему изобретению, при затяжке болта, благодаря сообщению поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности болта, головке болта, можно затягивать болт с меньшим затягивающим вращающим моментом, но, в зависимости от ситуации, иногда этот эффект не может быть получен в достаточной степени. Например, иногда поперечная нагрузка, параллельная опорной поверхности болта, чрезмерно передается головке болта, и, таким образом, тело болта сильно отталкивается к периферии отверстия болта, выполненного в скрепляемом элементе, и образуется неожиданно большое трение вследствие поверхностных условий контактных частей тела 72 болта и периферии отверстия болта. В этом состоянии представляется, что эффект передачи поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности болта, головке болта при затяжке болта с меньшим затягивающим вращающим моментом не может быть получен в достаточной степени.
На основании этого в шестом варианте осуществления изобретения, средство сообщения поперечной нагрузки имеет вышеупомянутое средство определения смещения и вышеупомянутое средство регулирования поперечной нагрузки, в результате чего при затяжке болта становятся возможными преднамеренное смещение поверхностных давлений резьбовой поверхности и опорной поверхности болта и затяжка болта в состоянии, когда головка болта скользит параллельно опорной поверхности болта. В состоянии, когда головка болта скользит параллельно опорной поверхности болта, тело болта вероятно не будет сильно отталкиваться к периферии отверстия болта, выполненного в скрепляемом элементе. Кроме того, вероятно не будет также никакого контакта между частью тела болта и другими местами помимо периферии отверстия болта, которые серьезно препятствовали бы уменьшению затягивающего вращающего момента болта.
Соответственно, согласно шестому варианту осуществления изобретения, в котором средство сообщения поперечной нагрузки имеет вышеупомянутое средство определения смещения и вышеупомянутое средство регулирования поперечной нагрузки, и, таким образом, при затяжке болта можно преднамеренно смещать поверхностные давления резьбовой поверхности и опорной поверхности болта и затягивать болт в состоянии, когда головка болта скользит параллельно опорной поверхности болта, можно предотвращать, например, избыточное сообщение головке болта поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности болта, и, таким образом, сильное отталкивание тела болта к периферии отверстия болта, выполненного в скрепляемом элементе, и образование неожиданно большого трения вследствие поверхностных условий контактной части тела болта и периферии отверстия болта.
Кроме того, известно, что, когда поверхность объекта скользит прямо под действием поступательной силы, очевидный коэффициент трения во вращательном направлении объекта при добавлении вращательного усилия становится очень малым. То есть известно, что когда объект скользит прямо, по сравнению со случаем вращения объекта, когда объект неподвижен, может использоваться меньший вращающий момент для вращения объекта.
Соответственно, при затяжке болта, даже в ситуации, когда передача головке болта поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности болта, не вызывает состояния смещения поверхностных давлений резьбовой поверхности и опорной поверхности болта, согласно шестому варианту осуществления изобретения, когда средство сообщения поперечной нагрузки имеет вышеупомянутое средство определения смещения и вышеупомянутое средство регулирования поперечной нагрузки и, таким образом, может затягивать болт в состоянии, когда головка болта скользит параллельно опорной поверхности болта, можно больше снижать затягивающий вращающий момент, требуемый при затяжке болта, по сравнению со случаем затяжки болта в состоянии, когда головка болта не скользит параллельно опорной поверхности болта, и можно увеличивать осевое усилие болта при затяжке болта.
На фиг.11 показан вид шестого варианта осуществления способа затяжки болта согласно настоящему изобретению. На фиг.11 ссылочная позиция 131 обозначает вращательный привод, ссылочная позиция 132 обозначает регулятор вращения, ссылочная позиция 133 обозначает вращающийся вал, ссылочная позиция 134 обозначает электромагнитное устройство, ссылочная позиция 135 обозначает блок регулирования поперечной нагрузки, ссылочная позиция 136 обозначает приемник силы реакции, и ссылочная позиция 137 обозначает датчик смещения.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.11, средство сообщения затягивающего вращающего момента, выполняющее функцию передачи головке 2 болта затягивающего вращающего момента, требуемого при затяжке болта, имеет вращательный привод 131, регулятор 132 вращения и вал 133. Вращательный привод 131 выполняет функцию создания затягивающего вращающего момента, требуемого при затяжке болта 1. Может использоваться вращательный привод электрического типа, пневматический привод или привод другого типа. Регулятор 132 вращения выполняет функцию регулирования величины затягивающего вращающего момента, произведенного вращательным приводом 131. Вал 133 выполняет функцию передачи гнезду 7 затягивающего вращающего момента, произведенного вращательным приводом 131.
Так как средство сообщения затягивающего вращающего момента имеет вращательный привод 131 и вал 133, при затяжке болта затягивающий вращающий момент может быть передан от вращательного привода 131 через вал 133 гнезду 7. Кроме того, так как оно имеет регулятор 132 вращения, величина затягивающего вращающего момента, переданного гнезду 7, может регулироваться. Вследствие этого становится возможным предотвращение передачи гнезду 7 излишнего затягивающего вращающего момента, который может повредить болт 1.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.11, средство сообщения поперечной нагрузки, выполняющее функцию передачи поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности 8 болта, через гнездо 7 головке 2 болта, когда средство сообщения затягивающего вращающего момента затягивает болт 1, имеет средство определения смещения и средство регулирования поперечной нагрузки.
Средство определения смещения выполняет функцию определения параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта, когда средство сообщения затягивающего вращающего момента затягивает болт 1. В этом варианте осуществления изобретения средство определения смещения имеет датчик 137 смещения для определения величины параллельного перемещения гнезда 7 относительно опорной поверхности 8 болта, когда болт 1 затянут, то есть величины смещения, и определяет параллельное перемещение головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта на основании информации, полученной от датчика 137 смещения, например, о состоянии изменения величины смещения и т.д.
Средство регулирования поперечной нагрузки выполняет функцию регулирования поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности 8 болта, переданной головке 2 болта, на основании параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта, определенного вышеупомянутым средством определения смещения. В этом варианте осуществления изобретения средство регулирования поперечной нагрузки имеет электромагнитное устройство 134, блок 135 регулирования поперечной нагрузки и приемник 136 силы реакции.
Электромагнитное устройство 134 выполняет функцию передачи поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности 8 болта, гнезду 7 и принудительного перемещения гнезда 7 параллельно опорной поверхности 8 болта. Электромагнитное устройство 134 выполнено с возможностью передачи поперечной нагрузки, параллельной опорной поверхности болта, с любого направления гнезду 7. Вследствие этого, поперечная нагрузка, параллельная опорной поверхности 8 болта, может быть передана с любого направления головке 2 болта.
Блок 135 регулирования поперечной нагрузки выполняет функцию регулирования величины поперечной нагрузки, переданной гнезду 7 электромагнитным устройством 134, на основании параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта, определенного вышеупомянутым средством определения смещения. В частности, блок 135 регулирования поперечной нагрузки регулирует поперечную нагрузку, передаваемую гнезду 7, таким образом, чтобы при затяжке болта 1 преднамеренно смещать поверхностные давления резьбовой поверхности 9 и опорной поверхности 8 болта и затягивать болт 1 в состоянии скольжения головки 2 болта параллельно относительно опорной поверхности 8 болта.
Приемник 136 силы реакции выполняет функцию предотвращения относительного перемещения электромагнитного устройства 134 относительно опорной поверхности 8 болта. В этом варианте осуществления изобретения он выполнен так, что при затяжке болта электромагнитное устройство 134 временно закрепляется по форме скрепляемого элемента.
Ниже будет описан вариант осуществления программы управления для затяжки болта, выполняемой устройством для затяжки болта, показанным на фиг.11, соответствующим указанным выше требованиям. На фиг.12 показана схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант выполнения программы управления для затяжки болта, выполняемой устройством для затяжки болта, согласно настоящему изобретению, показанным на фиг.11.
Согласно программе управления для затяжки болта, показанной на фиг.12, средство сообщения поперечной нагрузки передает поперечную нагрузку головке 2 болта. На основании информации, полученной от датчика 137 смещения, определяется наличие любого параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта. При нахождении в состоянии такого перемещения головке 2 болта сообщается поперечная нагрузка регулированием смещения, и болт затягивается. Кроме того, при затяжке болта, если считается, что больше нет какого-либо параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта, средство регулирования поперечной нагрузки выполняет регулирование таким образом, чтобы изменить направление, в котором поперечная нагрузка сообщается головке 2 болта, для вызова параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта. Например, оно выполняет регулирование таким образом, чтобы сделать направление поперечной нагрузки, передаваемой головке 2 болта, полностью противоположным направлению поперечной нагрузки, которая передавалась до этого. Вследствие этого, при затяжке болта становятся возможными преднамеренное смещение поверхностных давлений резьбовой поверхности и опорной поверхности болта и затяжка болта в состоянии, когда головка болта скользит параллельно опорной поверхности болта. Ниже будут описаны этапы, показанные на фиг.12.
В ходе этапа 201 головку 2 болта помещают на опорную поверхность 8 болта таким образом, чтобы головка 2 болта и опорная поверхность 8 болта входили в контакт друг с другом. Кроме того, когда между головкой 2 болта и опорной поверхностью 8 болта располагают шайбу и т.д., головку 2 болта располагают так, чтобы головка 2 болта входила в контакт с шайбой и т.д. Когда головка 2 болта расположена на опорной поверхности 8 болта в ходе этапа 201, программа переходит к этапу 202.
В ходе этапа 202 средство сообщения поперечной нагрузки передает поперечную нагрузку, параллельную опорной поверхности 8 болта, головке 2 болта. В частности, благодаря тому, что средство сообщения поперечной нагрузки передает поперечную нагрузку, параллельную опорной поверхности 8 болта, гнезду 7, и поперечная нагрузка передается через гнездо 7 головке 2 болта, поперечная нагрузка, параллельная опорной поверхности 8 болта, передается головке 2 болта. В ходе этапа 202, когда поперечная нагрузка начинает передаваться головке 2 болта, программа переходит к этапу 203.
В ходе этапа 203, на основании информации определения от датчика 137 смещения, определяется наличие любого параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта, и начало перемещения подтверждается. В частности, датчик 137 смещения определяет величину параллельного перемещения гнезда 7 относительно опорной поверхности 8 болта в мкм, то есть величину смещения. На основании состояния изменения величины смещения подтверждается факт начала параллельного перемещение головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта или наличия такого перемещения. В этот момент состояние, когда существует параллельное перемещение головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта, считается соответствующим состоянию, когда головка 2 болта перемещается параллельно опорной поверхности 8 болта в контакте с ней, то есть состоянию, когда головка 2 болта скользит параллельно опорной поверхности 8 болта. Если подтверждено начало параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта в ходе этапа 203, программа переходит к этапу 204.
В ходе этапа 204 поперечная нагрузка вследствие регулирования смещения средством регулирования поперечной нагрузки сообщается головке 2 болта, при этом средство сообщения затягивающего вращающего момента затягивает болт. Кроме того, осуществляется текущий контроль изменения поперечной нагрузки при затяжке болта. Здесь поперечная нагрузка в результате регулирования смещения представляет собой поперечную нагрузку, регулируемую таким образом, что величина параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта за единицу времени, то есть величина смещения становится постоянной. То есть величина параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта за единицу времени, то есть поперечная нагрузка регулируется средством регулирования поперечной нагрузки таким образом, что величина смещения становится постоянной. В этом варианте осуществления изобретения подтверждение начала параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта после параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта рассматривается как соответствующее параллельному перемещению гнезда 7 относительно опорной поверхности 8 болта. Средство регулирования поперечной нагрузки регулирует поперечную нагрузку таким образом, что величина перемещения гнезда 7 относительно опорной поверхности 8 болта за единицу времени, определенная датчиком 137 смещения, становится постоянной. Болт затягивается средством сообщения затягивающего вращающего момента. Кроме того, изменение поперечной нагрузки, когда болт затягивают, контролируется регулятором 135 поперечной нагрузки средства регулирования поперечной нагрузки.
В ходе этапа 205, следующего за этапом 204, осуществляется оценка того, прекратилось ли параллельное перемещение головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта при затяжке болта в ходе этапа 204. Прекратилось ли параллельное перемещение головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта, может быть оценено на основании информации определения от датчика 137 смещения средством определения смещения или может быть оценено на основании существования любых быстрых изменений поперечной нагрузки при регулировании смещения.
В ходе этапа 205, если подтверждено прекращение параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта в ходе затяжки болта, программа переходит к этапу 206, когда средство регулирования поперечной нагрузки выполняет регулирование для изменения направления передачи поперечной нагрузки головке 2 болта. В этом варианте осуществления изобретения оно выполняет регулирование для изменения направления поперечной нагрузки, переданной головке 2 болта, на обратное и делает направление полностью обратным относительно направления, в котором поперечная нагрузка была передана до этого. Вследствие этого, при затяжке болта становятся возможными преднамеренное смещение поверхностных давлений резьбовой поверхности и опорной поверхности болта и затяжка болта в состоянии, когда головка 2 болта скользит параллельно опорной поверхности 8 болта.
Когда в ходе этапа 205 подтверждено, что параллельное перемещение головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта не прекращено, программа переходит к этапу 207, когда регулятором вращения 132 средства 21 сообщения затягивающего вращающего момента осуществляется оценка того, достиг ли вращающий момент затяжки болта заданной величины или нет. Когда оценено, что вращающий момент затяжки болта достиг заданной величины, программа управления завершается.
На фиг.13 показан вид, показывающий пример параллельного перемещения гнезда 7 относительно опорной поверхности 8 болта, когда программа управления затяжкой болта, показанная на фиг.12, выполнена, то есть тенденции смещения относительно времени.
a
Область , показанная на фиг.13, соответствует смещению гнезда 7 в ходе этапа 202. Когда гнездо 7 насажено на головку 2 болта, и гнезду 7 придают поперечную нагрузку, параллельную опорной поверхности 8 болта, сначала гнездо 7 быстро перемещается относительно головки 2 болта, пока зазор между поверхностями зацепления головки болта и гнезда 7, входящего в зацепление с головкой болта, не исчезнет. Кроме того, когда поверхности зацепления головки 2 болта и гнезда 7, входящего в зацепление с головкой 2 болта, входят в контакт, параллельное перемещение гнезда 7 относительно опорной поверхности болта временно прекращается, пока не начнется параллельное перемещение головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта, то есть скольжение.
b
b
Область , показанная на фиг.13, соответствует этапам 203-204. В области  поперечная нагрузка в результате регулирования смещения передается средством регулирования поперечной нагрузки головке 2 болта, при этом головка 2 болта скользит параллельно опорной поверхности 8 болта, и средство сообщения затягивающего вращающего момента затягивает болт. Соответственно, параллельное перемещение гнезда 7 относительно опорной поверхности болта на единицу продолжает быть постоянным.
c
Область , показанная на фиг.13, соответствует случаю с этапом 205, когда подтверждено прекращение параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта. Это состояние включает, например, случай, когда поперечная нагрузка избыточно передана головке 2 болта таким образом, что тело болта сильно отталкивается к периферии отверстия болта, выполненного в скрепляемом элементе, и параллельное перемещение головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта прекращается.
d
b
Область , показанная на фиг.13, соответствует этапу 206. Если в ходе затяжки болта подтверждено прекращение параллельного перемещения головки 2 болта относительно опорной поверхности 8 болта, управление осуществляется таким образом, что направление поперечной нагрузки, переданной головке 2 болта, реверсируется и делается полностью противоположным направлению поперечной нагрузки до этого. Соответственно, параллельное перемещение гнезда 7 относительно опорной поверхности 8 болта становится перемещением, обратным относительно области .
Согласно шестому варианту осуществления способа затяжки болта, соответствующего настоящему изобретению, описанному выше со ссылками на фиг.11-13, при затяжке болта становятся возможным преднамеренное смещение поверхностных давлений резьбовой поверхности и опорной поверхности болта и затяжка болта в состоянии, когда головка болта скользит параллельно опорной поверхности болта. Вследствие этого, например, можно предотвращать чрезмерную передачу поперечной нагрузки головке болта и, таким образом, предотвращать сильное отталкивание тела болта к периферии отверстия болта, выполненного в скрепляемом элементе, и, таким образом, образование неожиданно большого трения вследствие поверхностных условий контактной части между телом болта и периферией отверстия болта. Кроме того, можно также уменьшить затягивающий вращающий момент, требуемый при затяжке болта, и можно, кроме того, увеличить осевое усилие болта, создаваемое при затяжке болта.
Перечень ссылочных позиций
1 - Болт
2 - Головка болта
3 - Тело болта
4 - Внешняя резьба
5 - Скрепляемая часть
6 - Внутренняя резьба
7 - Гнездо
8 - Опорная поверхность болта
9 - Резьбовая поверхность
10 - Поверхность фрикционного сцепления
11 - Ось болта
12 - Вертикальная линия опорной поверхности болта
21 - Средство сообщения затягивающего вращающего момента
22 - Средство сообщения поперечной нагрузки
31 - Вращательный привод
32 - Регулятор вращения
33 - Вращающийся вал
34 - Электромагнитное устройство
35 - Блок регулирования поперечной нагрузки
36 - Приемник силы реакции
41 - Центральная ось внутренней резьбы
42 - Частицы
50 - Болт
51 - Головка болта
52 - Внешняя резьба
53 - Центральная ось внешней резьбы
54 - Центральная ось головки болта
61 - Вращательное молотковое устройство
62 - Молоток
63 - Роликовый упор
64 - Пружина
65 - Гнездо
66 - Канавка
67 - Вращающийся вал
70 - Болт
71 - Головка болта
72 - Тело болта
73 - Отверстие
131 - Вращательный привод
132 - Регулятор вращения
133 - Вращающийся вал
134 - Электромагнитное устройство
135 - Блок регулирования поперечной нагрузки
136 - Приемник силы реакции
137 - Датчик смещения