Главная > Разное > Резьбовые и фланцевые соединения
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

11.2. Контроль силы затяжки

Практика показала, что при монтаже и эксплуатации ответственных резьбовых соединений необходимо контролировать силу (напряжение) затяжки, так как чрезмерная или недостаточная затяжка может привести к поломкам резьбовых деталей.

В машиностроении наиболее распространены методы контроля, основанные на измерении: 1) удлинения болта (винта); 2) угла поворота гайки; 3) крутящего момента затяжки гайки.

Наиболее точные результаты достигаются при контроле первым методом. Его широко применяют при проверке затяжки особо ответственных резьбовых соединений — шатунных болтов, стяжных болтов, роторов компрессоров и т. д. (рис. 11.1, а).

Рис. 11.1. Схемы контроля силы затяжки по удлинению болта длины измерения и растяжения)

Контроль силы затяжки по удлинению болта осуществляют по разности базы измерения до и после затяжки:

где — податливость стержня болта.

Для коротких болтов и болтов средней длины удлинение не превышает Во избежание значительных погрешностей измерения в этом случае следует учитывать деформацию болта в пределах резьбы, добавляя к расчетной длине около 1/3 высоты гайки, а для коротких шпилек — и деформацию стержня шпильки в пределах длины свинчивания. При использовании длинных болтов (шпилек) можно измерять изменение расстояния при затяжке между концом болта и корпусом, применяя для этого индикаторы или шаблоны.

Иногда для определения силы затяжки при монтаже и эксплуатации применяют болты (шпильки) с центральным просверленным отверстием, в котором закрепляют стержень (рис. 11.1, б). Длину стержня подбирают так, чтобы при полной затяжке торец стержня был бы заподлицо с торцом болта (шпильки).

Для контроля силы затяжки ответственных резьбовых соединений применяют проволочные тензодатчики (наклеиваемые на гладкую часть болта или заливаемые в центральное отверстие), которые после измерения могут оставаться на детали при дальнейшей эксплуатации.

В ряде случаев эффективен пневмотензометрический метод контроля силы затяжки [13], основанный на фиксировании изменения расхода воздуха через кольцевую щель шайбы, подкладываемой под гайку, при ее деформации (рис. 11.2, а).

Силу затяжки ответственных резьбовых соединений иногда контролируют с помощью мерной шайбы 1 и кольца 2 (рис. 11.2, б), которыми снабжается соединение помимо двух обычных шайб. Мерная шайба и кольцо отличаются по высоте на величину зазора которая подбирается такой, чтобы при расчетной нагрузке на болт шайба получила пластическую деформацию Расчетная нагрузка определяется по зажатию кольца 2 (в этот момент его нельзя провернуть при помощи тонкого штифта, вставляемого в одно из трех отверстий в кольце).

Результаты испытаний, проведенные в лабораторных условиях и в условиях эксплуатации, показали, что погрешность измерения силы затяжки составляет Это позволяет назначать напряжение затяжки в болте, равное При

Рис. 11.2. Шайбы для контроля силы затяжки соединений

использовании менее точных методов контроля затяжки необходимо снижать напряжения затяжки до

В ряде стран широко применяют фасонную шайбу (рис. 11.2, в), подкладываемую между опорным торцом головки винта или гайки и корпусной деталью. Шайба вначале соприкасается с опорным торцом поверхностью 7, а затем, по мере затяжки винта, поверхностью 2. Силу затяжки, определяемую зазором контролируют по возрастанию момента затяжки (из-за увеличения момента сил трения на торце гайки). Этот принцип, заложенный также в конструкциях шайбы на рис. 11.2, г, д, обеспечивает более точную затяжку. Для ответственных резьбовых соединений применяют контроль затяжки с помощью ультразвука.

Иногда силу затяжки контролируют по углу поворота гайки. В этом случае в технических условиях на сборку резьбового соединения указывают угол поворота гайки (в градусах)

где суммарная податливость болта и стягиваемых деталей; число деталей в соединении (индекс 1 соответствует болту); Р — шаг резьбы.

Если пренебречь податливостью стягиваемых деталей (по сравнению с податливостью болта), то , где площадь поперечного сечения болта.

Рис. 11.3. Ключ для затяжки соединений, контролируемой по углу поворота гайки

Рис. 11.4. Динамометрический ключ

Измерение угла поворота гайки при монтаже точностью не вызывает затруднений; его выполняют с применением мерных подкладок, шаблонов и др. (рис. 11.3).

Обычно основное значение имеет податливость болта однако для податливых фланцев и при наличии некоторого изгиба в стягиваемых деталях следует учитывать их податливости.

Преимущество метода контроля затяжки по углу поворота заключается в том, что он не связан с силами трения и не зависит, таким образом, от индивидуальных особенностей резьбового соединения. Другое преимущество этого метода по сравнению с предыдущим — его простота. Однако ввиду сложности определения податливости стягиваемых деталей, начального угла при котором полностью выбираются зазоры в соединении, этот метод не всегда эффективен. Точность обеспечения заданной силы затяжки при контроле по углу поворота гайки не более

Метод контроля силы затяжки по углу поворота гайки непригоден для соединений с короткими болтами, так как расчетный угол поворота гайки для таких болтов невелик и погрешности метода сказываются в наибольшей степени.

Наиболее простым для практики оказывается косвенный метод контроля по моменту затяжки, основанный на измерении вращающего момента с помощью проградуированных ключей: динамометрических и предельных.

В динамометрических ключах (рис. 11.4) при помощи специальных устройств (упругих элементов) в каждый момент времени измеряется приложенный крутящий момент. Затяжка прекращается при достижении моментом на ключе значения, установленного техническими условиями. Для градуирования ключа применяют специальные приспособления.

В предельных ключах момент затяжки ограничивается с помощью отжимных муфт или фрикционных ограничений. При

достижении заданного момента затяжки ключ или отключается, или подается специальный сигнал (звуковой или световой).

Применение проградуированных ключей основано на связи вращающего момента на ключе и усилия затяжки. Момент, приложенный к гайке, уравновешивается моментами сил трения в резьбе и на торце гайки.

Момент сопротивления в резьбе определяется известным соотношением коэффициент трения в резьбе)

Момент сил трения на торце гайки

где коэффициент трения на торце гайки; радиус трения опорной поверхности гайки (головки болта), зависящий от формы торца; для плоского кольцевого торца (см. рис. 11.1)

Вращающий момент на ключе (момент затяжки)

Для идеального резьбового соединения (без трения в резьбе и на торце гайки, т. е. при момент на ключе

расходуется на преодоление угла подъема резьбы.

Обычно и основная часть момента на ключе расходуется на преодоление сил трения.

В приближенных расчетах в формуле для определения можно принять Тогда для метрической резьбы

При обычных значениях

Этой формулой можно пользоваться для предварительной оценки вращающего момента на ключе. Если принять напряжение затяжки то

При получим из соотношения (11.2) приближенную формулу

При одинаковых напряжениях затяжки

Рис. 11.5. Кривые распределения в болтах с резьбой при затяжке с моментом

Из формулы (11.2) следует, что при неизменных коэффициентах трения сила затяжки пропорциональна моменту на ключе. В действительности коэффициенты трения зависят от удельного давления и ряда других факторов, среди которых основными являются наличие и вид покрытия резьбы, шероховатость поверхностей трения, наличие и вид смазочного материала, повторяемость сборки, скорость завинчивания, а также жесткость соединения, влияющая на удельные давления. Поэтому связь между не остается постоянной даже внутри одной и той же серии болтов. На рис. 11.5 даны результаты измерения силы затяжки при одинаковом моменте на ключе для 38 различных экземпляров болтов с резьбой выполненных Тумом и Дебусом.

Анализ экспериментальных данных показывает, что зависимость не является устойчивой; она обеспечивает точность получения силы затяжки

Для определения момента на ключе или коэффициентов трения проводят опыты с измерением силы затяжки на специальных резьбовых динамометрах. Опытное определение зависимости при испытаниях выборочных партий болтов, а также использование опубликованных результатов исследований позволяют лишь уменьшить погрешность силы затяжки соединения.

Иногда на практике применяют упрощенную зависимость для момента на ключе, полученную в предположении, что

где приведенный коэффициент трения.

Лучшие (по сравнению с контролем по ) результаты могут быть получены при затяжке последовательным комбинированным методом. При этом первоначальную затяжку до «нулевого» положения выполняют проградуированным инструментом, дальнейшую затяжку контролируют по углу поворота. Требуемые значения определяют из экспериментальной диаграммы При контроле этим методом исключается произвольность отсчета нулевого положения угла поворота; сила затяжки не зависит от трения.

В последние годы для автоматизированной сборки соединений используют контроль силы затяжки по градиенту момента на ключе (градиентный контроль) [13]. Однако для реализации на практике этого метода контроля болты следует изготовлять из высокопластичных материалов.

В ряде конструкций для автоматизации сборки применяют специальные гайки с шестигранной головкой, обрываемой в процессе затяжки по шейке при достижении определенного момента затяжки.

Более подробно вопросы контроля силы затяжки рассмотрены в работе [13].

В заключение отметим, что при неконтролируемой затяжке возникает опасность перетяжки болтов и шпилек с диаметром менее Это вынуждает существенно снижать допускаемые нагрузки на соединение, а в ряде случаев ограничивает применение таких болтов в качестве силовых деталей.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление