Спосіб визначення зусиль у різьбових з’єднаннях при затягуванні

Реферат: Спосіб визначення зусиль у різьбових з'єднаннях при затягуванні включає визначення розрахункового значення зусилля на різьбовий елемент, що тестують, проведення розрахунку напружено-деформованого стану різьбового елемента, що тестують, навантаження різьбового елемента, що тестують, розрахунковим моментом затягування, вимірювання в процесі затягування деформації різьбового елемента, що тестують, або переміщення головки різьбового елемента, що тестують. Як різьбовий елемент, що тестують, використовують штатні болт з гайкою та деталі, що сполучаються, або аналог-імітатор деталей, що сполучаються. Попередньо проводять розрахунки напружено-деформованого стану болта з визначенням значень, що допускаються, для сукупності контрольованих параметрів у складі моменту затягування, зусилля стягання стику і кута закручування болта або гайки. Потім проводять затягування динамометричним ключем різьбового елемента, що тестують. При цьому вимірюють значення сукупності контрольованих параметрів і порівнюють їх з розрахунковими значеннями, що допускаються. UA 81051 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ЗУСИЛЬ У РІЗЬБОВИХ З'ЄДНАННЯХ ПРИ ЗАТЯГУВАННІ UA 81051 U UA 81051 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до методів діагностики матеріалів і елементів конструкції і призначена для визначення фактичних зусиль при затягуванні в болтах, шпильках різьбових з'єднань відповідальних конструкцій і механізмів. Відомий метод розрахунку зусиль затягування болтів або шпильок різьбових з'єднань з використанням емпіричних коефіцієнтів ([1], стр. 43). Розрахункове зусилля затягування визначається з умови забезпечення необхідної щільності стику і напруги, що допускається, в кріпильних елементах. Фактичне зусилля затягування при одному і тому ж моменті затягування, що заміряний моментним ключем, може коливатися в достатньо широкому діапазоні. Розкид значень показників, від яких залежить зусилля затягування, не дозволяє з достатньою точністю розрахувати значення зусиль, що діють у реальних умовах, в болтах при затягуванні. Наприклад, величина сили тертя в різьбовому з'єднанні залежить від багатьох чинників, що мають як постійний, так і змінний характер. Вона залежить від матеріалів пари, що треться, стану поверхонь, що труться, наявності і роду мастил між ними, наявності і виду покриття, кількості затягувань різьбового з'єднання, стану елементів різьбових з'єднань під час виміру значення моменту затягування (у спокої або русі). Коефіцієнт тертя в різьбі при багатократних затягуваннях, залежно від умов, може як зменшуватися на 10-30 %, так і збільшуватися до 300 % ([1], ст. 50, табл. 8, 9). У числі недоліків цього методу нерівномірність затягування різьбових з'єднань у групових складках, наприклад в сполучних фланцях трубопроводів і валопроводах (у суднобудуванні), яка призводить до зменшення надійності і довговічності таких з'єднань. Також недоліком є неможливість точної оцінки зусиль, що призводить до вибору болтів і їх кількості на підставі розрахунку із значним запасом, а це погіршує технічні характеристики виробів із великою кількістю високонавантажених різьбових з'єднань у відповідальних деталях і вузлах. В авіації та ракетно-космічній техніці, де одним з найважливіших показників є вагова досконалість кінцевого виробу (літака, ракети, космічного апарата), зниження ваги елементів різьбових з'єднань, що виконані із надмірним запасом міцності, є особливо актуальним. Відомий спосіб контролю сили затягування різьбових з'єднань моментним ключем ([2], ст. 451), згідно з яким при затягуванні моментним ключем забезпечують значення моменту затягування, визначеного за розрахунковою силою затягування болтів. Недолік цього способу витікає з того, що зусилля, яке необхідне для загвинчування гайок, залежить від тертя в різьбі та на опорних поверхнях гайки і шайби і може змінюватися в широких межах, внаслідок чого болти, які затягнуті із однаковим моментом, фактично можуть бути навантажені різними зусиллями. Відомий спосіб контролю сили затягування різьбових з'єднань загвинчуванням гайок на розрахунковий кут ([2], ст.451). Гайку спочатку доводять до щільного зіткнення з опорною поверхнею, тобто до такого положення, з якого починається розтягування болта. Після цього гайку закручують на розрахунковий кут за допомогою кутомірного ключа. Недоліком способу є складність визначення фактичного початку затягування (визначення початкової точки відліку кута затягування). Відомий спосіб вимірювання пружного подовження болтів при затягуванні, що проводиться стандартним інструментом для лінійних вимірювань ([2], ст. 451). Точність цього способу залежить від місця знаходження точки репера відліку. Заміряти фактичне подовження болтів не завжди можливо, оскільки вони часто закручуються в корпус і недоступні для виміру довжини. Крім того до зміряного подовження болта додається деформація деталей, що стикують, прокладок (шайб) та витків різьби. Найбільш близьким до пропонованого рішення за технічною суттю є спосіб визначення фактичних зусиль в болтах (прототип - патент РФ № 2279646, МПК G01L 1/00, бюлетень № 19, ч. 3, 10.07.2006 г.), згідно з котрим як конструкція, що досліджується, використовуються болтивимірники, а в процесі навантаження вимірюють деформації або переміщення головки болта або переміщення рухомого елемента, що встановлений всередині болта. Істотним недоліком цього способу є використання при випробуваннях допрацьованих болтів-вимірників, які фактично ослаблені, тому дають при затягуванні такі значення зусиль і деформацій, які можуть істотно різнитися від зусиль і деформацій у реальних болтах. Відповідно розраховані по цих величинах коефіцієнти запасу міцності або працездатності болтів-вимірників також істотно відрізняються від коефіцієнтів реальних болтів. Технічною задачею пропонованого способу є підвищення точності визначення значень сукупності контрольованих параметрів різьбового з'єднання (моменту затягування, кута повороту та зусилля стягання стику) із урахуванням реального напружено-деформованого стану сполучних елементів різьбових з'єднань при їх затягуванні. 1 UA 81051 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Технічним результатом пропонованого способу є забезпечення гарантованої працездатності різьбових з'єднань. Поставлена задача вирішується за рахунок використання наступних відомих суттєвих ознак: проводять розрахунок напружено-деформованого стану різьбового елемента, що тестують, навантажують різьбовий елемент, що тестують, розрахунковим моментом затягування, вимірюють в процесі затягування деформації різьбового елемента, що тестують, або переміщення головки різьбового елемента, що тестують, а також наступних відмінних суттєвих ознак: як різьбовий елемент, що тестують, використовують штатні болт з гайкою та деталі, що сполучаються, або аналог-імітатор деталей, що сполучаються, попередньо проводять розрахунки напружено-деформованого стану болта з визначенням значень, що допускаються, сукупності контрольованих параметрів у складі моменту затягування, зусилля стягання стику і кута закручування болта або гайки, потім проводять затягування динамометричним ключем різьбового елемента, що тестують, при цьому вимірюють значення сукупності контрольованих параметрів і порівнюють їх з розрахунковими значеннями, що допускаються. Використання запропонованої сукупності суттєвих ознак забезпечує гарантовану працездатність різьбових з'єднань. Виконання пропонованого способу здійснюється наступним чином. Як різьбовий елемент, що тестують, використовують штатні болт з гайкою та деталі, що сполучаються, або аналогімітатор деталей, що сполучаються. Попередньо проводять розрахунки напруженодеформованого стану болта з визначенням значень, що допускаються, для сукупності контрольованих параметрів у складі моменту затягування, зусилля стягання стику і кута закручування болта або гайки. Потім проводять затягування динамометричним ключем різьбового елемента, що тестують, при цьому вимірюють значення сукупності контрольованих параметрів і порівнюють їх із розрахунковими значеннями, що допускаються. Випробування та, при необхідності, доопрацювання проводять із виконанням умови не перевищення значеннями сукупності контрольованих параметрів, що вимірюють, їх розрахункових значень, що допускаються, та використовують при розрахунку коефіцієнта запасу працездатності різьбового з'єднання 1,2-1,4. Прикладом конкретної реалізації запропонованого способу є випробування вузла з'єднання, що призначений для роботи в умовах вібрації, у якому різьбовий елемент виконаний у вигляді циліндричного корпусу із різьбою М36 по зовнішній поверхні та сухарним замком всередині корпусу. Стрижень сухарного замка закріплюється на підставі, а корпус за допомогою зовнішньої корпусної гайки фіксує деталі вузла з'єднання. Працездатність такого з'єднання в умовах вібрації визначається міцністю деталей стику і параметрами затягування корпусної гайки. Розрахункове визначення значень, що допускаються, для сукупності контрольованих параметрів у складі моменту затягування, зусилля стягання стику і кута закручування гайки проводять із коефіцієнтом запасу працездатності різьбового з'єднання 1,4, який відповідає особливо важким умовам роботи вузла з'єднання при вібраційних навантаженнях. Збірку закріплюють на випробувальному стенді і проводять затягування корпусної гайки динамометричним ключем, що має вихід на персональний комп'ютер. Одночасно за допомогою вимірювального пристрою вимірюють осьове зусилля стягання стику і кут закручування гайки, значення яких також передають на персональний комп'ютер. Персональний комп'ютер реєструє повний об'єм інформації з віддзеркаленням дійсних параметрів процесу затягування штатного різьбового з'єднання на дисплеї у реальному часі та результатів їх порівняння із розрахунковими значеннями. Послідовне випробування та, при необхідності, доопрацювання проводять із виконанням умови не перевищення значеннями сукупності контрольованих параметрів, що вимірюють, їх розрахункових значень, що допускаються. Використання сукупності операцій пропонованого розрахунково-експериментального способу дозволить найбільш повно та достовірно оцінити напружено-деформований стан елементів різьбових з'єднань і, відповідно, якість монтажу і затягування різьбових з'єднань, що дасть можливість забезпечити гарантовану працездатність різьбових з'єднань. Джерела інформації: 1. Бюргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. Справочник. - М.: Машиностроение, 1979 г. 2. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие. Книга 1. - М.: Машиностроение, 1977 г. 2 UA 81051 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 1. Спосіб визначення зусиль у різьбових з'єднаннях при затягуванні, який включає визначення розрахункового значення зусилля на різьбовий елемент, що тестують, проведення розрахунку напружено-деформованого стану різьбового елемента, що тестують, навантаження різьбового елемента, що тестують, розрахунковим моментом затягування, вимірювання в процесі затягування деформації різьбового елемента, що тестують, або переміщення головки різьбового елемента, що тестують, який відрізняється тим, що як різьбовий елемент, що тестують, використовують штатні болт з гайкою та деталі, що сполучаються, або аналогімітатор деталей, що сполучаються, попередньо проводять розрахунки напруженодеформованого стану болта з визначенням значень, що допускаються, для сукупності контрольованих параметрів у складі моменту затягування, зусилля стягання стику і кута закручування болта або гайки, потім проводять затягування динамометричним ключем різьбового елемента, що тестують, при цьому вимірюють значення сукупності контрольованих параметрів і порівнюють їх з розрахунковими значеннями, що допускаються. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що конструкцію різьбового з'єднання послідовно доопрацьовують і випробовують до дотримання умови не перевищення значеннями сукупності контрольованих параметрів, що вимірюють, їх розрахункових значень, що допускаються, причому при розрахунку використовують коефіцієнт запасу працездатності різьбового з'єднання 1,2-1,4. Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3