СПОСОБ РАБОТЫ ГАЙКОВЕРТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
NUT RUNNER OPERATION METHOD AND DEVICE THEREFOR

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для механизации процесса сборки резьбовых соединений с контролем усилия затяжки по крутящему моменту.
Прототипом является гайковерт, содержащий корпус, размещенный в нем силовой привод с выходным валом, муфту свободного хода со ступицей и обоймой, шпиндель с рабочей головкой и редуктор, в котором быстроходная и тихоходная ступени зубчатых передач снабжены, каждая, своим выходным валом, соосно вставленным один в другой, а шпиндель выполнен составным из соосно вставленных одно в другое звеньев, причем рабочая головка выполнена составной из головки внешнего и внутреннего звена шпинделя, при этом муфта свободного хода встроена в наружное звено шпинделя, связанное с тихоходной ступенью передач редуктора [пат. РФ 2154709, МПК В25В 21/00, Е01В 29/28, 2000].
Недостатками прототипа являются:
- сложность конструкции, содержащей большое количество деталей и узлов;
- большие массогабаритные характеристики устройства;
- относительно низкий КПД, обусловленный необходимостью использования мощного двигателя для создания максимального крутящего момента, который требуется сформировать только на небольшом угле закручивания (в конце затяжки), в результате чего большую часть времени в процессе закручивания двигатель не использует своей полной мощности;
- ограниченные функциональные возможности, связанные с невозможностью при необходимости кратковременно увеличить крутящий момент или создать ударную нагрузку на шпинделе, например для того, чтобы стронуть гайку с места.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно упрощение конструкции устройства, снижение его массы, повышение КПД и расширение функциональных возможностей.
Задача решается тем, что в способе работы гайковерта, включающем формирование затягивающего момента на шпинделе посредством по крайней мере одной зубчатой передачи, соединяющей шпиндель с силовым приводом, зубчатую передачу выполняют червячной, а затягивание производят вместе с перемещением червяка вдоль своей оси, которому препятствуют противодействующей силой, прямо пропорциональной затягивающему моменту.
Перемещение используют для отключения привода гайковерта. Затягивающий момент увеличивают посредством перемещения червяка вдоль своей оси в направлении действия противодействующей силы. В качестве противодействующей силы используют силу упругости. Другую зубчатую передачу выполняют глобоидной. Перемещение червяка вдоль своей оси в направлении действия противодействующей силы осуществляют силой давления. Перемещение червяка вдоль своей оси в направлении действия противодействующей силы осуществляют силой давления, величину которого регулируют. Перемещение червяка вдоль своей оси в направлении действия противодействующей силы осуществляют и импульсной силой давления. Величину силы упругости регулируют.
Устройство для осуществления способа работы гайковерта, содержащее силовой привод, соединенный по крайней мере через одну зубчатую передачу со шпинделем, снабжено упругим элементом, а зубчатая передача выполнена червячной, при этом червяк имеет возможность перемещения вдоль своей оси и взаимодействия с одним концом упругого элемента, другой конец которого неподвижен. Подпятник оси червяка выполнен подвижным. Другая зубчатая передача выполнена глобоидной, причем ее колесо и шестерня соответственно соосно размещены с червячным колесом и червяком, при этом центральные отверстия этих колес, взаимодействующие со шпинделем, выполнены в виде обгонных муфт. Опора оси червяка выполнена в виде гильзы, а ось червяка - в виде штока поршня силового цилиндра. Подпятник выполнен в виде штока поршня силового цилиндра. Часть обгонной муфты глобоидного колеса выполнена в виде упругой балки.
Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.
Выполнение зубчатой передачи червячной и проведение затягивания вместе с перемещением червяка вдоль своей оси, которому препятствуют противодействующей силой, прямо пропорциональной затягивающему моменту, позволяет создавать фиксированный момент затяжки посредством простого устройства.
Использование перемещения для отключения привода гайковерта позволяет автоматически без больших аппаратурных затрат, например с помощью выключателя, производить выключение гайковерта. Это упрощает конструкцию устройства.
Увеличение затягивающего момента посредством перемещения червяка вдоль своей оси в направлении действия противодействующей силы дает возможность увеличивать затягивающий момент больше той величины, которая может быть достигнута с помощью привода зубчатых передач. Это расширяет функциональные возможности, снижает массогабаритные характеристики и увеличивает КПД.
Использование силы упругости в качестве противодействующей силы упрощает конструкцию.
Выполнение другой зубчатой передачи глобоидной позволяет упростить редуктор и снизить его массу, что улучшает конструкцию устройства в целом.
Перемещение червяка вдоль своей оси в направлении действия противодействующей силы посредством силы давления позволяет увеличить величину затягивающего момента с помощью простого механизма, например пневматического, что снижает массогабаритные характеристики.
Перемещение червяка вдоль своей оси в направлении действия противодействующей силы силой давления, величину которого регулируют, дает возможность изменять значение затягивающего момента, что расширяет функциональные возможности.
Перемещение червяка вдоль своей оси в направлении действия противодействующей силы импульсной силой давления также расширяет функциональные возможности, так как при необходимости позволяет использовать ударный механизм, посредством которого можно добиться еще большего затягивающего (откручивающего) момента.
Регулирование величины силы упругости дает возможность регулировать затягивающий момент, что расширяет функциональные возможности.
Снабжение устройства для осуществления способа работы гайковерта упругим элементом и выполнение зубчатой передачи червячной, в которой червяк имеет возможность перемещения вдоль своей оси и взаимодействия с одним концом упругого элемента, другой конец которого неподвижен, упрощает конструкцию устройства, в том числе и механизма, стабилизирующего величину затягивающего момента.
Выполнение подпятника оси червяка подвижным снижает число деталей устройства, что повышает его надежность и упрощает конструкцию.
Выполнение другой зубчатой передачи глобоидной, в которой колесо и шестерня соответственно соосно размещены с червячным колесом и червяком, а центральные отверстия этих колес, взаимодействующие со шпинделем, выполнены в виде обгонных муфт, упрощает конструкцию редуктора гайковерта и уменьшает его массогабаритные характеристики.
Выполнение опоры оси червяка в виде гильзы, а оси червяка - в виде штока поршня силового цилиндра уменьшает число деталей гайковерта, что повышает его надежность и упрощает конструкцию.
Выполнение подпятника в виде штока поршня силового цилиндра позволяет выполнять ударный механизм (или механизм, увеличивающий величину затягивающего момента) отдельным законченным блоком и изготавливать гайковерт в различных вариантах, что повышает функциональные возможности.
Выполнение части обгонной муфты глобоидного колеса в виде упругой балки позволяет автоматизировать переключение с высшей передачи на низшую, что повышает КПД и расширяет функциональные возможности.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображено устройство для осуществления способа работы гайковерта с одной зубчатой передачей. На фиг. 2 изображено устройство для осуществления способа работы гайковерта с двумя зубчатыми передачами. На фиг. 3 изображен вариант выполнения колеса глобоидной передачи.
Устройство для осуществления способа работы гайковерта содержит шпиндель 1, установленный соосно с червячным 2 зубчатым колесом, взаимодействующим с червяком 3, закрепленным на оси 4, установленной с возможностью вращения и осевого перемещения в опорах 5, 6 и имеющей на одном конце свободно посаженную пружину 7, один конец которой может быть закреплен, а другой может взаимодействовать с выключателем 8, установленным вместе с опорами на основании 9. На основании может быть закреплен силовой цилиндр, имеющий гильзу 10 с отверстием 11 и поршень 12 со штоком 13, который имеет возможность взаимодействия с торцом одного конца оси, другой конец которой соединен с приводом.
Устройство может дополнительно иметь глобоидную передачу, колесо 14 которой установлено с возможностью вращения относительно шпинделя и сопряжено с шестерней 15, закрепленной на оси 4. При этом взаимодействующие со шпинделем центральные отверстия червячного и глобоидного колес выполнены в виде обгонных муфт, имеющих незаклинивающую 16 и заклинивающую 17 поверхности и тело качения 18. На глобоидном колесе часть обгонной муфты может быть выполнена в виде упругой балки 19, имеющей возможность перемещения в пазу 20 колеса. В обгонных муфтах тело качения может  быть поджато пружиной 21.
Способ реализуют следующим образом.
Для сборки крепежного соединения, например закручивания гайки, включают привод (не показан), например электродвигатель, соединенный с осью посредством, например, шлицевого соединения, в результате чего червяк 3 заодно с осью 4 начинает вращаться в опорах 5, 6 (фиг. 1). При этом червячное колесо 2 посредством захвата, например, в данном случае шлица, поворачивает шпиндель 1. По мере роста затягивающего момента происходит сжатие пружины 7 за счет перемещения вращающегося червяка 3 с осью 4 вдоль геометрической оси вращения. Чем больше затягивающий момент, тем больше сжимается пружина 7. В конце концов, пружина сожмется настолько, что своим отогнутым концом упрется в выключатель 8, вызывая его срабатывание и выключение привода. Изменяя жесткость пружины 7, можно регулировать величину затягивающего момента.
Если на основании 9 дополнительно установлен силовой цилиндр, то величина момента, достигаемая при срабатывании выключателя 8, может использоваться для предварительного (неполного) затягивания гайки. Для дальнейшего увеличения затягивающего момента посредством сработавшего от сжатой пружины 7 выключателя 8 производят подачу через отверстие 11 рабочего тела (например воздуха) в гильзу 10. При этом перемещающийся заодно с поршнем 12 шток 13 воздействует на торец оси 4, вынуждая ее вместе с червяком 3 двигаться в обратном направлении, т.е. влево. Взаимодействующие с колесом 2 зубья червяка 3 заставляют поворачиваться его в прежнем направлении, увеличивая при этом затягивающий момент. Заметим, если в момент срабатывания выключателя (подачи давления) обеспечить зазор между торцами оси 4 и штока 13, то шток будет ударять по оси, т.е. воздействовать на нее ударным импульсом. Чем больше этот зазор, тем сильнее будет ударный импульс. При отсутствии надобности в ударном механизме шток 13 можно выполнить заодно с осью 4, тогда потребность в опоре 6 отпадает, что еще более упрощает конструкцию.
Как только поршень 12 займет крайнее левое положение, давление сбрасывают. Скользящие по зубьям червячного колеса, которое может уже испытывать такое большое сопротивление от шпинделя 1, что не будет поворачиваться вплоть до момента срабатывания выключателя 8, зубья червяка 3 заставляют последний вместе с осью 4 двигаться вправо, что приводит к срабатыванию выключателя 8 и повторной подаче давления в силовой цилиндр. Цикл затягивания гайки силовым цилиндром повторяется. Это будет продолжаться до тех пор, пока поршень 12 не сможет достичь левого положения. Это можно заметить или по прекращению вращения шпинделя 1, или по частоте звука, или по отсутствию сброса воздуха из силового цилиндра, что означает окончание сборки резьбового соединения. Изменяя величину давления, можно регулировать значение затягивающего момента.
Таким образом, используя маломощный двигатель, благодаря силовому цилиндру можно достичь значительного затягивающего момента, который требуется в конце сборки на малом угле затяжки. Причем возможна регулировка затягивающего момента, создаваемого как первой ступенью (червячной передачей) - изменением жесткости пружины 7, так и второй (силовым цилиндром) - силой давления.
Разборка резьбового соединения производится в обратном порядке, при этом гаечный ключ (инструмент) нужно закрепить с противоположной стороны шпинделя.
Устройство может быть дополнено гипоидной передачей (фиг. 2). При включении двигателя колесо 14 посредством шестерни 15 начинает вращаться по часовой, а червячное (за счет соответствующей навивки червяка 3) - против часовой стрелки. При этом тело качения 18 заходит на заклинивающую поверхность колеса 14, в результате чего заодно с последним начинает вращаться шпиндель 1, закручивая, например, гайку. В червячном колесе 2 тело качения 18, наоборот, оказывается на незаклинивающей поверхности 16, благодаря чему вращение колеса против часовой стрелки не препятствует вращению шпинделя. При возрастании затягивающего момента до определенного значения, регистрируемого, например, потребляемым током, производят изменение направления вращения двигателя (реверс). В результате этого колесо 14 начинает вращаться против часовой стрелки, переводя тело качения 18 на незаклинивающую поверхность 16, а червячное колесо 2, поворачиваясь по часовой стрелке, сцепляется обгонной муфтой со шпинделем 1. Поскольку передаточное отношение червячной передачи больше, чем у гипоидной, то момент вращения на шпинделе возрастает. При увеличении затягивающего момента происходит перемещение червяка 3 с осью 4 вправо и сжатие пружины 3, которая, в конце концов, приводит в действие выключатель 8, что может свидетельствовать о достижении или окончательной величины затягивающего момента, или его промежуточного значения, если устройство дополнительно снабжено силовым цилиндром. В последнем случае окончательная затяжка происходит с помощью этого цилиндра описанным выше методом. Заметим, что ширина шестерни 15 должна быть такой, чтобы при продольном перемещении она не выходила из зацепления с колесом 14. Возможен вариант установки ее, например, посредством шлицевого соединения, чтобы в процессе перемещения червяка 3 с осью 4 она могла оставаться на своем месте в зубчатом зацеплении.
Если часть обгонной муфты выполнена в виде упругой балки 19, то при увеличении момента сопротивления вращению колеса 14 тело качения будет продвигаться по заклинивающей поверхности 17, отгибая (деформируя) при этом балку 19 в паз 20 колеса (фиг. 3). Данное перемещение конца балки можно использовать для реверсивного переключения двигателя в случае неэлектрического двигателя.
Внедрение изобретения позволит создать простой по конструкции, компактный гайковерт с расширенными функциональными возможностями и широким диапазоном изменения затягивающего момента.