RU2036075C1

RU2036075C1 - Power nut-driver for assembly of threaded joints with automatic control of tightening torque

Info

Publication number: RU2036075C1
Authority: RU
Inventors: Б.В. Шандров; М.М. Стржемечный; В.Н. Бобров
Original assignee: Московская государственная академия автомобильного и тракторного машиностроения
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1995-05-27

Abstract

FIELD: threaded joint tightening tools. SUBSTANCE: power nut-driver is provided with a cluster gear that is engageable on one side with an electromagnetic clutch, and on the other side - with a spindle, thrust bearing and piezoelectric transducer located inside the key button; the spindle is made hollow. The piezoelectric transducer through the spindle is connected to a transceiver, using a pulse generator and amplifier, and connected to the time interval beginning and end units, data conversion unit, and data register of the automatic tightening torque control system. EFFECT: enhanced precision and quality of threaded joint tightening by enhancing the stability of tightening torque control in the process of assembly of threaded joint with employment of an ultrasonic system. 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для затяжки резьбовых соединений типа "болт (винт) гайка", "болт (винт) корпус", "шпилька гайка" и может быть использовано в любой отрасли промышленности для осуществления сборки резьбовых соединений и определения необходимого усилия затяжки. The invention relates to mechanical engineering and is intended for tightening threaded joints of the type "bolt (screw) nut", "bolt (screw) housing", "stud nut" and can be used in any industry to assemble threaded joints and determine the required tightening force.

Известно устройство контроля усилия затяжки резьбовых соединений, содержащее корпус, размещенные в нем привод, шпиндель, электромагнитную муфту, датчики для измерения усилия затяжки и измерительную систему [1] Однако это устройство не обеспечивает необходимой точности измерения усилия затяжки. A device for controlling the tightening force of threaded connections, comprising a housing, a drive, a spindle, an electromagnetic clutch, sensors for measuring the tightening force and a measuring system [1], however, this device does not provide the necessary accuracy of measuring the tightening force.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является пневматический гайковерт, содержащий отсечной клапан, корпус, размещенные в нем пневмодвигатель с редуктором, торсионный вал с шестернями, датчики момента и угла поворота, рабочую головку. При этом датчики момента и угла поворота установлены на корпусе и связаны с электронной системой управления, содержащей логический блок, который состоит из усилителей, преобразователей сигналов, счетчиков импульсов и блока выделения предельных значений [2]
Устройство работает следующим образом. При включении силового привода происходит включение электронной системы управления, связанной с отсечным клапаном и датчиками момента и угла поворота. Отсечной клапан подает воздух в пневмодвигатель, приводя в движение его и резьбозавертывающую рабочую головку инструмента. При этом датчики момента и угла поворота измеряют крутящий момент и угол поворота, а через них усилие затяжки.Closest to the proposed technical essence is a pneumatic wrench containing a shut-off valve, a housing, an air motor with a gearbox, a torsion shaft with gears, torque and angle sensors, and a working head. In this case, the torque and angle sensors are mounted on the housing and connected to an electronic control system containing a logic unit, which consists of amplifiers, signal converters, pulse counters and a limit value allocation unit [2]
The device operates as follows. When the power drive is turned on, the electronic control system is connected, associated with the shut-off valve and torque and angle sensors. The shut-off valve supplies air to the air motor, driving it and the thread-wrapping working head of the tool. In this case, the torque and angle sensors measure the torque and angle of rotation, and through them the tightening force.

Однако в процессе сборки не достигается требуемая точность и стабильность контроля усилия затяжки в резьбовом соединении из-за отсутствия в системе устройства средства, обеспечивающего начало отсчета, и средства, следящего за состоянием резьбового соединения. However, the assembly process does not achieve the required accuracy and stability of the control of the tightening force in the threaded connection due to the absence in the system of the device of a means providing a reference point, and means that monitors the state of the threaded connection.

Задачей предлагаемого изобретения является создание гайковерта для сборки резьбовых соединений с автоматическим управлением контроля усилия затяжки, который обеспечивает повышение точности и качества завинчивания путем повышения стабильности контроля усилия затяжки. The objective of the invention is the creation of a wrench for the assembly of threaded joints with automatic control of the control of the tightening force, which improves the accuracy and quality of screwing by increasing the stability of the tightening control.

Сущность изобретения заключается в следующем. В гайковерте для сборки резьбовых соединений с автоматическим управлением контроля усилия затяжки, содержащем основание и плиту, установленный на них корпус, размещенные в нем привод, редуктор, электромагнитную муфту, шпиндель, датчик и рабочую головку, датчик выполнен в виде размещенного в рабочей головке пьезопреобразователя, шпиндель выполнен полым, а гайковерт снабжен блоком шестерен, взаимодействующих с одной стороны с электромагнитной муфтой, а с другой с полым шпинделем, размещенным в рабочей головке упорным подшипником, приемопередающим устройством, выполненным в виде генератора импульсов и усилителя и через полый шпиндель связанным с пьезопреобразователем, блоками начала и конца временного интервала, входами соответственно соединенными с двумя выходами приемопередающего устройства, и последовательно соединенными блоком преобразования информации, входами соединенным соответственно с выходами блоков начала и конца временного интервала, счетчиком информации системы автоматического управления контроля усилия затяжки и ключом, выходы которого связаны с электродвигателем, электромагнитной муфтой и приемопередающим устройством. The invention consists in the following. In a wrench for assembling threaded connections with automatic control of the tightening force control containing a base and a plate, a housing mounted on them, a drive, a gearbox, an electromagnetic clutch, a spindle, a sensor and a working head, the sensor is made in the form of a piezoelectric transducer located in the working head, the spindle is hollow, and the wrench is equipped with a block of gears interacting on one side with an electromagnetic clutch, and on the other with a hollow spindle placed in the working head by a thrust bearing, receiver a transmitting device made in the form of a pulse generator and an amplifier and connected through a hollow spindle to the piezoelectric transducer, blocks of the beginning and end of the time interval, inputs respectively connected to two outputs of the transceiver device, and series-connected by the information conversion unit, inputs connected respectively to the outputs of the beginning and end blocks time interval, the counter information of the automatic control system for monitoring the tightening force and the key, the outputs of which are connected to electric motor, electromagnetic clutch and transceiver.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности и качества завинчивания резьбового соединения путем повышения стабильности контроля усилия затяжки в процессе сборки резьбового соединения. The technical result of the invention is to improve the accuracy and quality of screwing a threaded connection by increasing the stability of the control of the tightening force during the assembly of the threaded connection.

На фиг. 1 и 2 показаны привод и резьбозавертывающая головка; на фиг. 3 схема устройства с контрольно-измерительной системой. In FIG. 1 and 2 show the drive and the screw head; in FIG. 3 diagram of the device with a control and measuring system.

Гайковерт для сборки резьбовых соединений с автоматическим управлением контроля усилия затяжки содержит плиту 1, основание 2, корпус 3, к которому прикреплен электродвигатель 4, а внутри корпуса 3 размещены шестерни 5 и 6, редуктор 7, электромагнитная муфта 8, блок шестерен 9 и 10, полый шпиндель 11. К последнему прикреплена головка ключа 12, внутри которого установлен датчик 13, выполненный в виде пьезопреобразователя и связанный с приемопередающим устройством 14, состоящим из генератора, возбуждающего пьезопреобразователя и усилителя, усиливающего импульсы, несущие информацию об удлинении и измерении напряженного состояния резьбового соединения 15. Устройство 14 связано с блоками 16 и 17 отсчета временного интервала, блоком 18 преобразования информации, счетчиком 19, кнопкой 20 "Пуск". Упорный подшипник (фиг. 2) предназначен для установки датчика 13. A wrench for assembling threaded joints with automatic control of the tightening force control comprises a plate 1, a base 2, a housing 3 to which an electric motor 4 is attached, and gears 5 and 6, a gearbox 7, an electromagnetic coupling 8, a gear block 9 and 10 are placed inside the housing 3, a hollow spindle 11. To the latter is attached the head of a key 12, inside which a sensor 13 is mounted, made in the form of a piezoelectric transducer and connected to a transceiver 14, consisting of a generator, exciting a piezoelectric transducer and an amplifier, amplifying of pulses that carry information about the measurement of elongation and stress state of the threaded joint 15. The device 14 is associated with blocks 16 and 17 of the reference time slot, information conversion unit 18, a counter 19, the button 20 "Start". The thrust bearing (Fig. 2) is designed to install the sensor 13.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При нажатии кнопки 20 "Пуск" вступает в работу электродвигатель 4, который прикреплен к корпусу 3 и через систему шестерен 5 и 6 передает вращение редуктору 7, размещенному в корпусе 3, установленном на основании 2 и плите 1. Одновременно с включением электродвигателя 4 включается электромагнитная муфта 8, которая передает вращение от редуктора 7 через блок шестерен 9 и 10 полому шпинделю 11 и головке ключа 21 с датчиком 13. Одновременно с включением электродвигателя 4, электромагнитной муфты 8 включается приемопередающее устройство 14, состоящее из генератора и усилителя. При этом приемопередающее устройство 14 с одной стороны связано с ключом 12 и датчиком 13, выполненным в виде пьезопреобразователя, а с другой стороны с контрольно-измерительной системой. Приемопередающее устройство 14 при помощи генератора импульсов возбуждает пьезопреобразователь и через усилитель, усиливающий импульсы, несущие информацию об усилении и измерении напряженного состояния резьбового соединения (болта) 15, вырабатывает на одном из своих выходов импульсы начала отсчета временного интервала, на другом импульсы конца отсчета. Эти импульсы поступают и запускают пороговые блоки 16 и 17 отсчета соответственно начала и конца временного интервала. Информация с выходов блоков 16 и 17 поступает в блок 18 преобразования информации, а от него на цифровой счетчик 19. После получения значения усилия затяжки сигнал со счетчика 19 передается на ключ (кнопка "Пуск") 20, который вначале включает электромагнитную муфту 8, а затем электродвигатель 4 и всю систему в целом. When the “Start” button 20 is pressed, the electric motor 4 comes into operation, which is attached to the housing 3 and, through the system of gears 5 and 6, transmits rotation to the reducer 7 located in the housing 3, mounted on the base 2 and the plate 1. At the same time, the electromagnetic 4 is turned on a clutch 8, which transmits rotation from the gearbox 7 through the block of gears 9 and 10 to the hollow spindle 11 and the head of the key 21 with the sensor 13. Simultaneously with turning on the electric motor 4, the electromagnetic clutch 8, the transceiver 14, consisting of gene herator and amplifier. In this case, the transceiver device 14 is connected on one side with a key 12 and a sensor 13 made in the form of a piezoelectric transducer, and on the other hand, with a control and measuring system. The transceiver 14 using a pulse generator excites the piezoelectric transducer and through the amplifier amplifying the pulses, carrying information about the amplification and measurement of the stress state of the threaded connection (bolt) 15, generates at one of its outputs pulses from the reference point of the time interval, at the other pulses from the end of the reference. These pulses arrive and trigger threshold blocks 16 and 17 of the reference, respectively, the beginning and end of the time interval. Information from the outputs of blocks 16 and 17 enters the information conversion block 18, and from it to the digital counter 19. After receiving the value of the tightening force, the signal from the counter 19 is transmitted to the key ("Start" button) 20, which first includes an electromagnetic clutch 8, and then the electric motor 4 and the whole system.

Датчик 13 (фиг.2) выполнен в виде пьезопреобразователя, который состоит из расположенных в нем пьезоэлементов, установленных на призме под углом. При этом один из пьезоэлементов используется для передачи сигнала-импульса (волны) при помощи генератора, который возбуждает излучающий пьезоэлемент, другой пьезоэлемент используется для восприятия сигнала-импульса (волны). Каждый из пьезоэлементов связан с усилителем, который предназначен для усиления сигнала-импульса. Приемопередающее устройство 14 состоит из генератора и усилителей. Сигналы-импульсы (волны), излучаемые пьезоэлементом, при помощи генератора и усилителя поступают в блок 16 начала отсчета временного интервала (фиг.3), который фиксирует начало отсчета подачи сигнала-импульса. После прохождения сигнала-импульса (волны) по телу винта (болта) происходят его отражение и возврат. При этом сигнал-импульс (волна) принимает другой пьезоэлемент и через усилитель направляет сигналы в блок 17 конца отсчета временного интервала, который фиксирует конец отсчета. Использование блоков 16 и 17 отсчета временного интервала позволяет запустить пороговые схемы отсчета начала и конца временного интервала. The sensor 13 (figure 2) is made in the form of a piezoelectric transducer, which consists of piezoelectric elements located in it, mounted on a prism at an angle. In this case, one of the piezoelectric elements is used to transmit a signal-pulse (wave) using a generator that excites an emitting piezoelectric element, the other piezoelectric element is used to perceive a signal-pulse (wave). Each of the piezoelectric elements is associated with an amplifier, which is designed to amplify the signal-pulse. The transceiver 14 consists of a generator and amplifiers. The signal-pulses (waves) emitted by the piezoelectric element, with the help of a generator and an amplifier, enter the block 16 of the reference point of the time interval (figure 3), which fixes the reference point of the signal-pulse. After the passage of the signal-impulse (wave) through the body of the screw (bolt), its reflection and return occur. In this case, the signal-pulse (wave) receives another piezoelectric element and through the amplifier sends signals to the block 17 of the end of the reference time interval, which captures the end of the reference. The use of blocks 16 and 17 of the reference time interval allows you to run threshold countdown schemes of the beginning and end of the time interval.

Для контроля предварительной затяжки резьбового соединения можно использовать в качестве параметра изменение напряженного состояния винта (болта), иными словами, нагружение винта (болта) вследствие затяжки приводит к увеличению времени прохождения импульса. В таком случае время опаздывания импульсов в материале винта (болта) определяется как
Δ l 2L (l₁ + l₂), где l₂ скорость импульса в материале до затяжки;
l₁ скорость импульса после затяжки;
L длина винта (болта).To control the preliminary tightening of the threaded connection, you can use as a parameter the change in the stress state of the screw (bolt), in other words, loading of the screw (bolt) due to tightening leads to an increase in the pulse transit time. In this case, the delay time of the pulses in the material of the screw (bolt) is defined as
Δ l 2L (l ₁ + l ₂ ), where l _{2 is} the pulse velocity in the material before tightening;
l ₁ pulse speed after tightening;
L the length of the screw (bolt).

Полное время прохождения импульса в материале винта (болта) при определении напряженного состояния винта (болта) равно
t₁ t + Δ t 2Ll₁.The total pulse transit time in the material of the screw (bolt) when determining the stress state of the screw (bolt) is
t ₁ t + Δ t 2Ll ₁ .

В случае, когда при контроле усилия затяжки при растяжении винта (болта) критерием оценки является удлинение, то при удлинении болта на величину Δλ_б происходит сужение стержня, что и используется для определения момента при наступлении конца затяжки. При затяжке до предварительного усилия резьбовое соединение удлиняется на Δλ_б, что фиксируется устройством при прохождении импульса в материале винта (болта) Δ t 2c ˙ Δλ_б.In the case when the control of the tightening force when the screw (bolt) is stretched, the evaluation criterion is elongation, then when the bolt is elongated by Δλ _b , the shaft narrows, which is used to determine the moment when the end of the tightening occurs. When tightened to preliminary force, the threaded connection is extended by Δλ _b , which is fixed by the device when the pulse passes through the material of the screw (bolt) Δ t 2c ˙ Δλ _b .

Полное время прохождения импульса через материал винта (болта) после затяжки равно
t₁ t + Δ t 2С (L + Δλ_б).The total transit time of the pulse through the material of the screw (bolt) after tightening is
t ₁ t + Δ t 2C (L + Δλ _b ).

Величина t время прохождения по контролируемому изделию от внешней его поверхности до внутренней (по отношению к пьезопреобразователю и обратно), t 2СL, где L длина болта (винта) до затяжки;
С скорость ультразвука в материале болта.The value of t is the transit time for the controlled product from its external surface to the internal (with respect to the piezoelectric transducer and vice versa), t 2СL, where L is the length of the bolt (screw) before tightening;
With the speed of ultrasound in the material of the bolt.

L

C (t₁ t₂ t₃)

Ct, где t₁ временный интервал между моментом измерения ультразвукового импульса пьезоэлемента и приемом его пьезоэлементом складывается из интервалов времени t₂ и t₃ прохождения его соответственно по одной и по другой призме, которые изготавливают разновысокими, и удвоенного времени t прохождения по контролируемому изделию от внешней его поверхности до внутренней (по отношению к пьезопреобразователю и обратно).L

C (t ₁ t ₂ t ₃ )

Ct, where t _{1 the} time interval between the moment of measuring the ultrasonic pulse of the piezoelectric element and the reception of the piezoelectric element is the sum of the time intervals t ₂ and t ₃ of its passage through one and the other prism, respectively, which are made unevenly high, and doubled time t of the passage through the controlled product from the external its surface to the inside (with respect to the piezoelectric transducer and vice versa).

Предлагаемый гайковерт обеспечивает повышение точности и качества завинчивания резьбового соединения, так как усилие затяжки определяют по удлинению болта (винта). The proposed wrench provides improved accuracy and quality of screwing a threaded connection, since the tightening force is determined by the elongation of the bolt (screw).

Claims

WRENCH FOR ASSEMBLY OF THREADED COMPOUNDS WITH AUTOMATIC CONTROL OF TIGHTNING EFFORT CONTROL, comprising a base and a plate, a housing mounted on them, a drive, a gearbox, an electromagnetic coupling, a spindle, a sensor and a working head, characterized in that the sensor is made in the form of a working sensor the head of the piezoelectric transducer, the spindle is hollow, and the wrench is equipped with a block of gears interacting on one side with an electromagnetic clutch and on the other with a hollow spindle placed in the working head by a thrust a bearing, a transmitter and receiver, made in the form of a pulse generator and amplifier and through a hollow spindle connected to the piezoelectric transducer, blocks of the beginning and end of the time interval, inputs respectively connected to two outputs of the transmitter and receiver, and series-connected by the information conversion unit, inputs connected respectively with the outputs of the beginning and end blocks of the time interval, the information counter of the automatic control system for monitoring the tightening force and the key, exit s is connected to the motor, the electromagnetic clutch and the receiving-transmitting device.