КЛЮЧ МОМЕНТНЫЙ ШКАЛЬНЫЙ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в машиностроении и приборостроении, в частности, для определения момента усилия затяжки резьбовых соединений.
Известны моментные шкальные ключи, состоящие из пружины, корпуса в виде квадрата и рукоятки, снабженные указателем значения крутящего момента в виде шкалы и стрелки, принцип действия которых основан на измерении деформации продольного изгиба пружинных элементов. Эти ключи просты в изготовлении, но обладают рядом недостатков: они громоздки, их невозможно применять в труднодоступных местах, обладают невысокой точностью измерения.
В известных моментных ключах, принцип действия которых основан на измерении продольного изгиба пружинных элементов от приложения момента силы затяжки, применяются рычажно-зубчатые механизмы, связанные с электронной схемой, при этом перемещения в рычажно-зубчатом механизме вызывают изменения параметров электронной схемы по которым определяют измеряемый момент затяжки [1].
Данные ключи обладают высокой точностью, их можно применять для измерения крутящего момента в труднодоступных местах. Однако они обладают такими недостатками, как чувствительность к ударам, сложность конструкции и технологии изготовления и, соответственно, высокой стоимостью.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ключ моментный шкальный (ключ динамометрический), содержащий торсиометр с двумя опорными элементами, выполненный в виде полого вала и расположенного в нем сплошного вала, жестко соединенных с одного конца, подпружиненный рычажно-зубчатый механизм со стрелочной индикацией, соединенный с обоими валами торсиометра и закрепленный на сплошном валу между двумя опорными элементами, в котором регулируемое плечо зубчатого сектора рычажно-зубчатого механизма соединено с полым валом подвижными тягами переменной длины, при этом количество подвижных тяг составляет 1-3, они соединены последовательно и длина их составляет 0,05-1 длин их разверток.
При работе устройства свободные концы торсиометра с опорными элементами поворачиваются относительно друг друга на угол, определяемый деформацией (скручиванием) сплошного вала. При скручивании сплошного вала происходит поворот полого вала относительно рычажно-зубчатого механизма, жестко закрепленного на плате, жестко закрепленной на сплошном валу. Полый вал через подвижные тяги, количеством 1-3, воздействует на рычаг зубчатого сектора и поворачивает зубчатый сектор, находящийся в зацеплении с трибом на оси которого жестко закреплена стрелка. При этом одна из подвижных тяг с одного конца жестко соединена с полым валом и поворачивается вместе с ним, а соединения между тягами и соединение тяги с рычагом зубчатого сектора выполнены подвижными.
Это устройство обладает широкими пределами регулирования рычажно-зубчатого механизма за счет регулирования длины тяг путем их деформации (гибки) и соответственно изменения координат расположения концов тяг, а так же за счет изменения длины (путем разгибания-сжатия) плеча U-образного рычага, выполненного зацело с зубчатым сектором. Все это позволяет снизить требования по допускам при изготовлении элементов конструкции и обеспечить получение характеристики механизма близкой к линейной. Изменение длины тяг гибкой возможно в пределах 0,05-1 длины их разверток [2].
Однако недостатками данного устройства являются:
- заклинивание рычажного механизма при наличии одной тяги жестко соединенной с полым валом;
- невозможность осуществления требуемой регулировки рычажного механизма при наличии одной тяги подвижно соединенной с полым валом. В этом случае радиус полого вала является звеном (тягой) в рычажном механизме, а регулировка этого звена гибкой невозможна;
- неопределенность работы рычажного механизма при наличии трех тяг. При таком количестве тяг рычажный механизм превращается в пятизвенный шарнирный механизм (т.к. рычаг зубчатого сектора тоже является звеном рычажного механизма), который кинематически неопределен;
- сложность получения характеристики рычажно-зубчатого механизма наиболее близкой к линейной при наличии двух тяг из-за нарушения угла наклона плеча U-образного рычага зубчатого сектора в результате его разгибания (сжатия);
- сложность регулирования гибкой тяги жестко соединенной с полым валом и имеющей достаточную жесткость и прочность;
- сложность ремонта ключа при замене (ремонте) рычажно-зубчатого механизма, жестко закрепленного вместе с платой на сплошном валу.
Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемой полезной модели, является упрощение регулировки, ремонта, получение более линейной характеристики механизма, повышение технологичности конструкции.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в предлагаемом ключе моментном шкальном, содержащем торсиометр с двумя опорными элементами, выполненный в виде полого вала и расположенного в нем сплошного вала, жестко соединенных с одного конца, подпружиненный рычажно-зубчатый механизм со стрелочной индикацией, соединенный с обоими валами торсиометра и закрепленный на сплошном валу между двумя опорными элементами, в котором регулируемое плечо зубчатого сектора рычажно-зубчатого механизма соединено с полым валом двумя подвижными тягами переменной длины, они соединены последовательно и длина их составляет 0,05-1 длин их разверток, предусмотрены следующие отличия: рычажно-зубчатый механизм закреплен на регулируемой съемной плате и, по крайней мере одна из тяг выполнена в виде составной конструкции, состоящей из несущей и шарнирной частей.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно:
- установка рычажно-зубчатого механизма на регулируемой съемной плате позволяет производить ремонт (замену) рычажно-зубчатого механизма путем снятия-установки его вместе с платой, что не требует сложной разборки-сборки, как у прототипа, при жестком соединении платы со сплошным валом;
-получение более линейной чем у прототипа характеристики механизма достигается сочетанием гибки тяг с регулированием угла наклона плеча рычага зубчатого сектора за счет поворота его вместе с регулируемой съемной платой. Это позволяет снизить погрешность у заявляемой полезной модели, в зависимости от типоразмера ключа, до (2-6) % от величины измеряемого момента, против (2-6) % от верхнего предела измерения, как у прототипа;
- применение составной тяги, представляющей жесткое соединение двух частей (несущей и шарнирной), позволяет облегчить регулировку и повысить ее чувствительность за счет гибки более легкодеформируемой части тяги (диаметр сечения тяги в шарнирной части 1 мм), чем у прототипа (диаметр сечения 2,5 мм). При этом требуемые жесткость и прочность в месте жесткого соединения тяги и полого вала обеспечиваются соответствующими размерами сечения (диаметр 2,5 мм) несущей части тяги. Оптимальный диапазон изменения длины тяги за счет гибки шарнирной части находится в пределах 0,05-0,1 длины развертки составной тяги. При необходимости диапазон может быть увеличен до значения 0,05-1 длины развертки составной тяги за счет гибки несущей части тяги. Кроме этого, составная конструкция тяги позволяет изготавливать ее части из разных материалов, что расширяет как конструктивные, так и технологические возможности данного элемента.
В заявляемой полезной модели установка рычажно-зубчатого механизма на регулируемой съемной плате и выполнение, по крайней мере, одной из тяг в виде составной конструкции, состоящей из несущей и шарнирной частей, позволяет облегчить регулировку и получение характеристики механизма более близкой к линейной, упростить ремонт, повысить технологичность.
Конструкция предлагаемой полезной модели поясняется чертежом. На фиг.1 представлена схема ключа моментного шкального, где:
1 - сплошной вал
2 - полый вал
3-4 - опорные элементы
5 - корпус
6 - регулируемая съемная плата
7 - рычажно - зубчатый механизм
8 - несущая часть тяги
9 - шарнирная часть тяги
10 - промежуточная тяга
11 - U-образный рычаг зубчатого сектора
12 - зубчатый сектор
13 -триб
14 - стрелка
15 - шкала
16 - кольцо
17 - спиральная пружина На фиг.2 - внешний вид ключа.
Ключ моментный шкальный (фиг.1) содержит торсиометр, включающий сплошной вал 1 с двумя опорными элементами 3, 4 и с одной стороны жестко соединенный с ним полый вал 2. С другой стороны вал 1 жестко соединен с корпусом 5, в котором закреплена регулируемая съемная плата 6, на которой жестко закреплен подпружиненный рычажно-зубчатый механизм 7. Полый вал 2 жестко соединен с несущей частью тяги 8, жестко соединенной с шарнирной частью тяги 9, которая подвижно соединена с промежуточной тягой 10, подвижно соединенной с U-образным рычагом 11 зубчатого сектора 12. Сектор 12 находится в зацеплении с трибом 13, на оси которого жестко закреплена стрелка 14. Спиральная пружина 17 выбирает зазоры в рычажно-зубчатом механизме. Шкала 15 установлена в кольце 16, которое может поворачиваться в корпусе 5.
Пример конкретного выполнения (фиг.1).
Ключ содержит торсиометр в виде полого вала и расположенного в нем сплошного вала. Сплошной вал 1 выполнен из стали 65Г длиной 100 мм, диаметром рабочей части торсиона ⌀17 мм. Опорные элементы 3 и 4 выполнены соответственно в виде наружного квадрата 13×13 мм и шестигранника S19 мм. Полый вал 2 выполнен в виде трубы с наружным диаметром ⌀21,3 мм и длиной 40 мм из стали 10. Съемная плата 6 выполнена из листовой стали 10 толщиной 3 мм. Корпус 5 в виде сварной конструкции выполнен из труб с наружным диаметром и длиной соответственно ⌀60 мм и L=25 мм; ⌀21,3 мм и L=14 мм из стали 10. Рычажно-зубчатый механизм 7 представляет собой зубчатый сектор 12 из латуни ЛС 59-1 толщиной 0,8 мм (выполнен цельно с регулируемым U-образным рычагом 11), находящийся в зацеплении с трибом 13, выполненным из стали У10А, и заключенными между платами из латуни Л63 толщиной 0,8 мм. На триб насажена стрелка толщиной 0,15 мм и длиной 25 мм из стали У10А. Несущая часть тяги 8 диаметром ⌀2,5 мм и длиной 40 мм выполнена из полутвердой латуни ЛС59-1 и жестко соединена с шарнирной частью тяги 9 г-образной формы, выполненной из мягкой латуни ЛС59-1 диаметром ⌀1 мм и длиной развертки 10 мм. Конец тяги 9 расклепан до площадки толщиной 0,8 мм с отверстием диаметром 0,85 мм, в которое входит отогнутый конец промежуточной тяги 10. Промежуточная тяга 10 выполнена V-образной формы из стали 20×13 диаметром 0,8 мм, длиной развертки 25 мм и вторым отогнутым концом входит в отверстие U-образного рычага.
Регулируемое плечо U-образного рычага 11 может изменяться в пределах 5±1 мм. Необходимые передаточное отношение и наиболее близкая к линейной характеристика механизма достигаются регулировкой длины плеча рычага 11, изменением угла наклона этого рычага при повороте платы 6 в расточке корпуса, гибкой шарнирной части тяги 9 и гибкой промежуточной тяги 15. Плата 6 закреплена в расточке корпуса 5 и может быть повернута на угол ± L 180°, что позволяет регулировать различные варианты рычажных механизмов. Кольцо 16 со шкалой 15 может поворачиваться на угол 360°, позволяя тем самым производить установку шкалы на «ноль» или на заданное значение момента затяжки путем предварительного совмещения соответствующей отметки на шкале со стрелкой; при этом затяжку производят до момента совпадения стрелки с нулевой отметкой.
Ключ работает следующим образом: опорный элемент 3 с помощью насадной головки устанавливается на затягиваемом резьбовом элементе, а к опорному элементу 4 прикладывается момент затяжки. При этом происходит упругое скручивание вала 1 и поворот полого вала 2 вместе с составной тягой 8-9 относительно корпуса 5 с механизмом 7; полый вал 2 через тяги воздействует на рычаг 11 зубчатого сектора 12 и поворачивает последний; вращение передается через триб 13 на стрелку 14, угол поворота которой характеризует значение момента затяжки.
Установка в предлагаемом устройстве рычажно-зубчатого механизма на регулируемой съемной плате позволяет повысить технологичность сборки, упростить ремонт и обеспечить получение более линейной характеристики механизма.
Выполнение тяги в виде составной конструкции из жестко соединенных несущей и шарнирной частей обеспечивает требуемую жесткость в несущей части и облегчает регулировку длины тяги.
Выполнение корпуса в виде несущей конструкции, в которой закреплена плата с рычажно-зубчатым механизмом, надежно защищает механизм от ударов, позволяет использовать унифицированную конструкцию корпуса с подпружиненным механизмом для различных типоразмеров ключей.
Возможность установки шкалы на заданный момент затяжки позволяет при работе лишь отслеживать момент выхода стрелки на ноль. Это удобно для пользователя, особенно в труднодоступных местах машин и механизмов.
Таким образом, предложенная полезная модель проста в изготовлении, сборке, регулировке, надежна и удобна в использовании.
Использованная литература:
1. Авторское свидетельство SU №12699 А, ДИНАМОМЕТРИЧЕСКИЙ КЛЮЧ, 30.10.1980.
2. Полезная модель РФ №17620 А, КЛЮЧ ДИНАМОМЕТРИЧЕСКИЙ, 10.04.2001, бюл. №10.