Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ точности осевых сил затяжки резьбовых соединений существующими образцами одношпинде льных гайковертов 12
1.1. Анализ точности осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами 12
1.2. Одношпиндельные гайковерты внешнего крутящего момента 14
1.2.1. Одношпиндельные гайковерты прямого действия 14
1.2.1.1. Одношпиндельные гайковерты с обеспечением завинчивания и затяжки резьбовых соединений 14
1.2.1.2. Одношпиндельные гайковерты с обеспечением механизированного завинчивания и ручной затяжки 17
1.2.2. Одношпиндельный гайковерт с гидравлической системой окончательной затяжки резьбовых соединений 18
1.3. Одношпиндельные гайковерты на основе муфт предельного момента 18
1.3.1. Одношпиндельные гайковерты на основе муфт предельного момента без контроля осевых сил затяжки 20
1.3.2. Одношпиндельные гайковерты с муфтой предельного момента и датчиком отключения затяжки резьбовых соединений 22
1.3.3. Одношпиндельные гайковерты со следящей системой управления и контроля качества затяжки 25
1.4. Одношпиндельные гайковерты ударного действия 28
1.4.1. Редкоударные одношпиндельные гайковерты 29
1.4.1.1. Редкоударные одношпиндельные гайковерты без контроля момента затяжки резьбовых соединений 29
1.4.1.2. Редкоударные одношпиндельные гайковерты с устройствами контроля момента затяжки 33
1.4.2. Высокочастотные (вибрационные) одношпиндельные гайковерты36
1.4.2.1. Одношпиндельные вибрационные гайковерты с пневмоприводами 36
1.5. Цель и задачи диссертационной работы 39
ГЛАВА 2. Разработка высокоточных одношпиндель-ных гайковертов на основе выявленных взаимосвязей между точностью затяжки и их конструктивными особенностями 41
2.1. Разработка высокоточных одношпиндельных гайковертов прямого действия 41
2.1.1. Обоснование степени влияния нестабильности параметров одношпиндельных гайковертов на основе муфт предельного момента на точность затяжки резьбовых соединений 42
2.1.1.1. Оценка влияния угловой скорости вращения шпинделя и ее нестабильности, а также приведенных моментов инерции вращающихся элементов гайковерта на точность затяжки резьбовых соединений 42
2.1.1.2. Оценка влияния кинематических погрешностей в зубчатых передачах на погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений 44
2.1.1.3. Оценка влияния нестабильности переключения муфт предельного момента при отключении вращения гайковертов на погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений 46
2.1.1.4. Оценка влияния нестабильности трения в подвижных элементах гайковерта 49
2.1.1.5. Оценка влияния неточности настройки одношпиндельных гайковертов на погрешности моментов затяжки резьбовых соединений 49
2.1.1.6. Оценка влияния нестабильности сопротивления в резьбовых соединениях на погрешности осевых сил затяжки 50
2.1.2. Выявление путей повышения точности осевых сил затяжки одношпиндельными гайковертами прямого действия 53
2.1.3. Обоснование кинематических схем одношпиндельных гайковертов на основе муфт предельного момента 54
2.1.3.1. Обоснование требований к конструктивным особенностям, способам управления работой и контроля качества сборки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами на основе муфт предельного момента 54
2.1.3.2. Разработка структурной схемы управления процессом сборки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами 56
2.1.3.3. Разработка кинематических схем одношпиндельных гайковертов на основе муфт предельного момента 62
2.1.4. Классификация одношпиндельных гайковертов прямого действия 73
2.2. Выявление путей повышения точности осевых сил затяжки одношпиндельными гайковертами ударного действия 73
2.2.1. Модернизация кинематической схемы одношпиндельного ударного гайковерта путем введения системы контроля качества затяжки по углу поворота резьбовой детали 76
Выводы по главе 80
ГЛАВА 3. Погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений высокоточными одношпиндельными гайковертами 81
3.1. Обоснование погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными высокоточными гайковертами прямого действия 81
3.1.1. Погрешности моментов затяжки резьбовых соединений от приведенных моментов инерции подвижных элементов гайковертов и угловых скоростей вращения шпинделей 84
3.1.2. Погрешность моментов затяжки резьбовых соединений от нестабильности срабатывания муфты предельного момента на этапе предварительной затяжки 85
3.1.3. Погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений от нестабильности моментов сопротивления в резьбе в процессе предварительной и окончательной затяжки 87
3.1.4. Погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений от неточности измерения угла поворота резьбовых деталей электромеханической системой контроля качества сборки гайковертами прямого действия 92
3.1.5. Погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений при настройке муфты предельного момента и гайковерта на требуемые значения 94
3.1.6. Суммарные погрешности осевых сил (моментов) затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами на основе муфт предельного момента 94
3.2. Обоснование погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений высокоточными одношпиндельными гайковертами ударного действия 95
3.2.1. Погрешности осевых сил затяжки от неточности измерения угла поворота резьбовых деталей электромеханической системой контроля качества сборки ударными гайковертами 98
3.2.2. Суммарная погрешность осевых сил (моментов) затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами ударного действия повышенной точности 100
Выводы по главе 102
ГЛАВА 4. Режимы работы одношпиндельных гайковертов повышенной точности 103
4.1. Режимы работы одношпиндельных гайковертов прямого действия повышенной точности 103
4.2. Режимы работы одношпиндельных гайковертов ударного действия повышенной точности 106
4.2.1. Дифференциальные уравнения вращения шпинделя и резьбовой детали при приложении ударного импульса от бойка к наковальне 107
Выводы по главе 113
ГЛАВА 5. Экспериментальное подтверждение точности осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами повышенной точности. методика проектирования 114
5.1. Экспериментальное оборудование 114
5.2. Экспериментальное подтверждение точности осевых сил затяжки резьбовых соединений гайковертами прямого действия с учетом величины момента предварительной затяжки 117
5.2.1. Экспериментальное определение погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельным гайковертом прямого действия 117
5.3. Экспериментальное подтверждение точности осевых сил затяжки резьбовых соединений гайковертами ударного действия с учетом величины момента предварительной затяжки 123
5.3.1. Экспериментальное подтверждение математической зависимости момента сопротивления в резьбе при ударной затяжке соединений 127
5.4. Методики разработки одношпиндельных гайковертов прямого и ударного действия 134
5.4.1. Методика разработки одношпиндельных гайковертов прямого действия 137
5.4.2. Методика модернизации рядного одношпиндельного гайковерта ударного действия 138
5.4.3. Эффективность использования разработанных высокоточных одношпиндельных гайковертов в производстве 138
Выводы по главе 140
Основные результаты и выводы по диссертационной работе 141
Библиографический список 143
- Одношпиндельные гайковерты с обеспечением завинчивания и затяжки резьбовых соединений
- Оценка влияния нестабильности переключения муфт предельного момента при отключении вращения гайковертов на погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений
- Погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений от нестабильности моментов сопротивления в резьбе в процессе предварительной и окончательной затяжки
- Экспериментальное определение погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельным гайковертом прямого действия
Введение к работе
Актуальность темы. Завершающим этапом выпуска изделий машиностроения является операция сборки, от качества которой в значительной степени зависит надежная работа машин и механизмов. Для скрепления узлов и деталей изделий машиностроения широко применяются резьбовые соединения. Так, только при сборке крупных авиалайнеров используется от 250-300 тысяч резьбовых соединений.
Под качественной сборкой изделий, скрепляемых резьбовыми соединениями, будем понимать сборку, при которой гарантируется требуемая плотность стыков скрепления узлов и деталей между собой с обеспечением заданной точности осевых сил затяжки.
В настоящее время в производстве применяется ручная, механизированная и автоматизированная сборка. В тех случаях, когда на сборочном чертеже узла отсутствуют требования контроля моментов затяжки резьбовых соединений, механизированная сборка осуществляется ручными одношпиндельными гайковертами прямого или ударного действия. Погрешности моментов затяжки резьбовых соединений этими гайковертами превосходят 20 %. Если же на чертеже указаны диапазоны возможного изменения моментов затяжки резьбовых соединений, то сборка осуществляется вручную при помощи моментных (динамометрических) ключей. В автомобиле- и тракторостроении диапазон моментов крепления крышки шатунов задается в пределах 108-127 (Нм), моменты крепления шпилечными соединениями крышек под подшипники коленчатых валов – 250-294 (Нм); для болтов крепления корпусов бортовых передач тракторов – 225-274 (Нм); элементов двигателей мотоциклов – 245,1-294, 3 (Нм) и т.д. При этом требуется обеспечить точность затяжки резьбовых соединений с погрешностями не более 18 %. В ответственных узлах авиационной промышленности и спецтехники погрешности моментов затяжки резьбовых соединений не должны превышать 15,5 %.
Следовательно, для обеспечения высокопроизводительной механизированной сборки необходимо иметь одношпиндельные гайковерты, погрешности моментов затяжки которыми не должны превышать 8-10%.
На основании изложенного можно утверждать, что в производстве существует научно-техническая задача повышения точности механизированной затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами.
Целью настоящего исследования является повышение точности осевых сил затяжки резьбовых соединений, путем разработки одношпиндельных гайковертов с приложением внешнего крутящего момента и ударного импульса на основе выявленных взаимосвязей между параметрами затяжки и конструктивными особенностями завинчивающих устройств.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
-
Выявление способов контроля и управления процессом затяжки резьбовых соединений, при которых возможна высокоточная сборка.
-
Выявление взаимосвязей между параметрами высокоточной затяжки резьбовых соединений и конструктивными особенностями одношпиндельных гайковертов.
-
Выявление погрешностей осевых сил затяжки высокоточными ручными одношпиндельными гайковертами.
-
Исследование динамики ударной затяжки резьбовых соединений.
-
Экспериментальное подтверждение работоспособности разработанных одношпиндельных гайковертов и точности затяжки резьбовых соединений.
-
Обоснование методик разработки одношпиндельных гайковертов повышенной точности затяжки резьбовых соединений.
Научная новизна работы
-
Обоснован способ повышения точности осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами прямого и ударного действия с последовательной затяжкой: предварительной – малым моментом с большой угловой скоростью и с контролем точности затяжки по моменту – и окончательной – большим моментом с малой угловой скоростью и с контролем точности по углу поворота резьбовой детали, на основе выявленных взаимосвязей между технологическими параметрами сборки и конструктивными особенностями устройств, гарантирующий заданную точность.
-
Обоснованы математические зависимости суммарных и составляющих погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений высокоточными одношпиндельным гайковертами прямого и ударного действия в зависимости от их параметров, параметров резьбовых деталей и физико-механических свойств их материалов.
-
Разработана математическая модель, описывающая процесс ударной затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами с приложением ударных импульсов.
-
Доказано, что в процессе ударной затяжки возникают моменты сопротивления в резьбе, зависящие от совокупности параметров – угла и угловой скорости поворота резьбовой детали.
Практическая значимость работы
Разработаны высокоточные одношпиндельные гайковерты внешнего крутящего момента и ударного действия, обеспечивающие погрешности осевых сил затяжки, не превышающие 10%.
На защиту выносится теоретическое обоснование повышения точности осевых сил затяжки резьбовых соединений для разработки высокоточных одношпиндельных гайковертов, включающее:
-
Выявленные взаимосвязи между технологическими параметрами затяжки резьбовых соединений и конструктивными особенностями одношпиндельных гайковертов с приложением внешнего крутящего момента и ударного импульса.
-
Оригинальные кинематические схемы одношпиндельных гайковертов.
-
Математические зависимости суммарных и составляющих погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами прямого и ударного действия в зависимости от их параметров, параметров резьбовых деталей и физико-механических свойств их материалов.
-
Математическую модель, описывающую процесс завинчивания и ударной затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами.
-
Математическую зависимость момента сопротивления в резьбовом соединении при ударной затяжке.
-
Методики разработки одношпиндельных гайковертов и средств контроля качества затяжки резьбовых соединений.
Апробация работы. Результаты работы доложены на научно-технических конференциях: XXIII Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов. – Москва, РАН Институт машиноведения им. А.А. Благонравова, 2011 г.; «Вооружение, автоматизация, управление». – Ковров, КГТА, 2006 г.; «Технологическое обеспечение и автоматизированное управление параметрами качества поверхностного слоя, точности обработки деталей и сборки газотурбинных двигателей», Рыбинск, 2007г.; «Современные технологии сборки», Москва, МГТУ «МАМИ», 2011г.; «Вооружение. Технология. Безопасность. Управление», Ковров, КГТА, 2012г.; на I вузовской научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых, Ковров. – КГТА, 2006г.
Работа выполнялась по Государственному контракту №14.740.11.0984.2010-2011г. Программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России». Поисковые научно-исследовательские работы по теме «Сборка машин: конструкция, технология, оборудование». Раздел «Разработка семейства высокоточных ручных одношпиндельных гайковертов и шпильковертов нового класса для высококачественной сборки»
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, среди них 3 в журналах, рекомендованных ВАК, 1 патент на изобретение, 6 в различных сборниках научных трудов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов. Текстовая часть изложена на 145 страницах, иллюстрирована 24 рисунками, имеет 21 таблицу. Список литературы содержит 80 наименований.
Одношпиндельные гайковерты с обеспечением завинчивания и затяжки резьбовых соединений
По мере завинчивания резьбовой детали патрон опускается вместе с втулкой 17 и при достижении требуемого значения момента затяжки возникает реактивный момент, который через патрон 19, муфту предельного момента 13 передает перемещение корпусу планетарного редуктора 8, а, следовательно, и корпусу гайковерта 2. Перемещаясь, корпус гайковерта через упругий элемент 23 воздействует на магнитострикци-онный датчик 22. Датчик имеет первичную и вторичную обмотки, расположенные в сплошном магнитопроводе под углом одна к другой. Питание первичной обмотки датчика 22 осуществляется от генератора 26. В нагруженном состоянии силовые линии первичной обмотки датчика 22 располагаются симметрично вторичной обмотки, в результате чего ЭДС вторичной обмотки равна нулю. В результате перемещения элемента 23 происходит сжатие обмоток датчика 22, которое свидетельствует о возникновении реактивного момента. При изменении магнитной проницаемости материала, магнитное поле вытягивается в направлении большей проницаемости и сжимается в направлении меньшей и сцепляясь с вторичной обмоткой индуцирует в ней ЭДС, пропорциональную датчику 22 усилию, вырабатывая тем самым сигнал, который поступает в усилитель 27 формирования сигнала. В блоке компаратора 28 происходит сравнение сигналов, поступающих из усилителя 27 и блока 30 задания момента затяжки. При совпадении сигналов с выхода компаратора 28 команда через усилитель 31 поступает на логический блок 32, управляющий работой пневмоклапана /. Одновременно с компаратора 28 выходной сигнал поступает на индикатор 29 момента затяжки, который показывает величину получаемого момента затяжки. При достижении требуемого момента затяжки резьбового соединения срабатывает пневмоклапан, прекращая подачу сжатого воздуха в пневмодвигатель. Затем срабатывает автоматизированная следящая система управления, которая выдает команду на отвод гайковерта от затянутого резьбового соединения.
Согласно [10, 22] погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений данным гайковертом составляют 15-25% от номинального значения.
Но автоматизированную следящую систему невозможно установить в од-ношпиндельный гайковерт. Поэтому, использовать предложенный принцип повышения точности осевых сил затяжки одиночных резьбовых соединений, невозможно. Тем не менее, следящая система не исключает погрешность от нестабильности сопротивления в резьбовом соединении, т.к. следящая система управляет подачей сжатого воздуха в двигатель, а контроль качества затяжки осуществляется по моменту.
На основании анализа конструкций и точности осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами внешнего крутящего момента ни один из гайковертов не дает погрешности менее 10% от номинального значения. Это связано с тем, что во всех конструкциях гайковертов имеют место погрешности осевых сил затяжки от нестабильности моментов сопротивления в резьбовом соединении, а согласно [10, 22] эти погрешности могут составлять от 20 до 30% номинального значения.
Следовательно, для достижения высокой точности осевых сил затяжки одиночных резьбовых соединений необходимо разработать принципиально новые конструкции гайковерта, в которых бы исключались погрешности осевых сил затяжки от нестабильности сопротивления в резьбовом соединении.
Данные гайковерты основаны по принципу передачи крутящего момента на шпиндель ударом. Ударные гайковерты можно разделить на редкоударные числом ударов обеспечивающих затяжку резьбового соединения за 2 - 35 ударов, высокоударные (вибрационные) с числом ударов от 100 до 200, обеспечивая затяжку.
Кроме того, в зависимости от наличия или отсутствия средств контроля точности затяжки резьбовых соединений, гайковерты можно разделить на устройства без контроля и с контролем момента затяжки. Затяжка резьбовых соединений обеспечивается при 100 и более ударах.
Редкоударные одношпиндельные гайковерты без контроля затяжки резьбовых соединений работают до тех пор, пока не прекратиться затяжка и оператор отключит двигатель. Поэтому данные гайковерты имеют низкую точность момента затяжки.
К редкоударным гайковертам без контроля момента затяжки относятся [12, 13, 23, 32, 33, 36, 38, 40-43, 50, 63, 64, 80, 81].
Кинематическая схема редкоударного гайковерта без контроля момента затяжки [12] представлена на рисунке 1.7. Гайковерт работает следующим образом. После установки патрона 14 на резьбовую деталь оператор нажимает на курок 21, включается двигатель 1. Вращение через планетарный редуктор 3 передается на вал 20, далее на боек 5 и через его кулачки 7 на кулачки 17 наковальни 8 к шпинделю 12, патрону 14, удерживающему резьбовую деталь. При малых моментах сопротивления в резьбовых соединениях боек и наковальня вращаются как единое целое.
Оценка влияния нестабильности переключения муфт предельного момента при отключении вращения гайковертов на погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений
Управлять работой одношпиндельного гайковерта, когда по одной кинематической цепи передается малый и большой моменты с разными угловыми скоростями, довольно сложно. Для упрощения системы управления процессом сборки резьбовых соединений следует ввести две кинематических цепи: маломоментную, но высокоскоростную и высокомоментную, но низкоскоростную. Отсюда сформулируем второе требование. 2. Одношпиндельный гайковерт должен иметь две кинематических цепи вращения: - быстроходную, но маломоментную для обеспечения процессов завинчивания и предварительной затяжки с контролем по моменту; - тихоходную, но высокомоментную для обеспечения окончательной затяжки по углу поворота резьбовой детали. Учитывая, что погрешности моментов затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами не должны превышать 5-8%, а контроль качества сборки наэтапе предварительной затяжки осуществляется по моменту с погрешностью не менее 20-30%, следует назначать момент предварительной затяжки как можно меньшего значения. Так, при назначении момента предварительной затяжки в пределах 10% от номинального значения с учетом не менее 30% погрешности момента затяжки, составляющая погрешности окончательной затяжки может превосходить 3%. С учетом сказанного можно сформулировать третье требование. 3. Момент предварительной затяжки не должен превышать 10% от но минального значения. Известно [25], что на точность момента затяжки резьбовых соединений существенное влияние оказывает угловая скорость вращения шпинделя в момент его остановки при предварительной и окончательной затяжке. В момент остановки шпинделя возникает замедление вращения, а, следовательно, момент сил инерции, который направлен по вращению, увеличивая момент затяжки. В работе [25] получены эти зависимости и предложены следующие значения угловых скоростей: - для предварительной затяжки - не более 50-60 об/мин, но с учетом малости приведенных к оси шпинделя моментов инерции вращающихся элементов гайковерта берем ппр=60 об/мин. - для окончательной затяжки - не более 5-10 об/мин, но с учетом малости моментов инерции -п3 до 15 об/мин.
Сформулируем следующее требование. 4. Частота вращения шпинделя гайковерта в процессе предварительной затяжки не должна превышать ппр=60 мин , а при окончательной -п3—15 мин Согласно обоснованных требований к конструкции одношпиндельных гайковертов, системе обеспечения и контроля параметров затяжки, наличия двух кинематических цепей вращения, гайковерт должен иметь систему управления.
Система управления должна обеспечивать запуск гайковерта в работу для завинчивания и предварительной затяжки резьбового соединения с малым моментом по быстроходной кинематической цепи вращения. При достижении момента предварительной затяжки, переключить вращение с быстроходной на тихоходную, но высокомоментную кинематическую цепь вращения. А при достижении требуемого момента затяжки, контролируемого по углу поворота резьбовой детали, отключить вращение шпинделя.
Для достижения представленной последовательности работы одно-шпиндельного гайковерта предлагается в качестве управляемой координаты в каналах (цепях) управления выбрать крутящий момент на рабочем органе М\ при завинчивании и предварительной затяжке резьбовых соединений и угол поворота резьбовой детали при окончательной затяжке.
Для обеспечения требуемого управления процессом сборки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами введем ограничения: -мощность в каналах управления считаем постоянной, которая определяется параметрами резьбовой детали и третьим требованием (раздел 2.1); -режим движения объектом управления (резьбовой деталью) характеризуется тремя предельными уравнениями: быстрая угловая скорость вращения с минимальным крутящим моментом (процесс завинчивания и предварительная затяжка); малая угловая скорость вращения с максимальным крутящим моментом (процесс окончательной затяжки); нулевая угловая скорость вращения (остановка) - процесс переключения с быстроходной ветви вращения на тихоходную (согласно первого и второго требования раздела 2.1).
Значения максимальной и минимальной угловой скорости вращения определены четвертым требованием (раздел 2.1). Введение ограничений позволяет реализовать синхронно-силовое управление в классе разрывного логического управления исполнительным органом переменной структуры. Надежное управление работой гайковерта будет обеспечиваться за счет устойчивого переключения с одного режима работы на другой и отключением в требуемый момент. Управление крутящим моментом должно обеспечивать достижения к некоторому моменту времени /j требуемого значения крутящего момента с заданной точностью М±є (рис.2.1).
Погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений от нестабильности моментов сопротивления в резьбе в процессе предварительной и окончательной затяжки
Функции механизма переключения вращений с быстроходной, но маломоментной кинематической цепи вращения, на тихоходную, но высоко-моментную может выполнить механизм, состоящий из подвижной шестерни, которая вводится в зацепление рычагом, приводимым в движение оператором. Функцию рычага может выполнять курок одношпиндельного гайковерта.
На основании структурной схемы управления одношпиндельным гайковертом и введения механических аналогов системы управления предлагается кинематическая схема одношпиндельного гайковерта на основе планетарного редуктора, зубчатых передач, муфты предельного момента и механизма переключения вращений (рис.2.3).
Гайковерт состоит из двигателя 7, электрического или пневматического; планетарного редуктора 38. Редуктор представляет собой корпус 34, в котором размещены входная шестерня 2, взаимодействующая с колесами 3 и 39, выполненными заодно целое - колесо 3 с шестерней 4, а колесо 39 с шестерней 37. Шестерни 4 и 37 начинают перекатываться по колесу 36 с внутренним зацеплением. Осями сдвоенных шестерен и колес являются оси, выполненные заодно с водил ом 6. На ось водила 6 жестко насажена центральная шестерня 33, взаимодействующая с двумя колесами 7 и 32, обеспечивающими разделение вращений по быстроходной, но маломоментной кинематической цепи вращения и тихоходной, но высокомоментной.
По тихоходной цепи вращение от шестерни 33 передается на колесо 7, далее через зубчатую пару 9, 8 на ось муфты предельного момента 13. Муфта состоит из крышки 29, обеспечивающей регулирование поджатие пружины 27, которая обеспечивает требуемый момент срабатывания. На ободе муфты нарезаны зубья, необходимые для регулировки момента срабатывания за счет введения в зацепление подпружиненной 12 шестерни 10 при ручной настройке. Имеется ведущая - подвижная, перемещающаяся вдоль оси вала полумуфта 26 и неподвижная, жестко закрепленная на валу - ведомая полумуфта 25. Ось неподвижной полумуфты переходит в шпиндель 77, на котором расположен патрон-вставка 18 для удержания резьбовой детали при завинчивании и затяжке.
Вращение по тихоходной, но высокомоментной цепи от шестерни 33 передается на колесо 32, жестко сидящее на валу 31, на втором конце которого расположена подвижная, поджатая пружиной 20 шестерня 22. При взаимодействии курка (рычага)24, поджатого пружиной кручения 23, подвижная, вращающаяся шестерня 22 входит в зацепление с подвижным колесом 14, поджатым пружиной 16. Подпружинивание шестерни и колеса позволяет шестерне 22 после прекращения взаимодействия с курком возвращаться в исходное положение, а подпружинивание колеса 14 исключает резкое возрастание сопротивления и даже «утыкание» зубьев при входе шестерни 22 в зацепление с колесом 14. Колесо 14 вращает шпиндель 77 и патрон 18.
Одношпиндельный гайковерт работает следующим образом. Предварительно патрон захватывает резьбовую деталь. Оператор слегка нажимает на курок 24. Перемещается шток 28, замыкая контакты 30 в цепи питания электродвигателя 1. Начинает вращаться ось электродвигателя и вращение через шестерню 2 передается сдвоенным шестерням-колесам 3,4 и 39, 37 планетарного редуктора 38. Колеса 4 и 37 перекатываются по неподвижному колесу 36, имеющему внутреннее зацепление. Учитывая, что оси сдвоенных шестерен-колес составляют водило 35, то вращение передается на выходной вал 6. На валу 6 жестко насажена центральная шестерня 33, вращение от которой идет по двум кинематическим цепям. По тихоходной, но высокомо-ментной вращение от шестерни 33 передается колесу 32, валу 31 и подпружиненной шестерне 22. Но шестерня 22 не находится в зацеплении с подвижным колесом 14, поэтому дальнейшее вращение по этой кинематической цепи не передается. Одновременно с тихоходной кинематической цепью вращение от шестерни 33 передается колесу 7 и далее через зубчатую пару 9, 8 на ведущую полумуфту муфты предельного момента 13. Подвижная полумуфта зубьями связана с неподвижной (ведомой) полумуфтой и вращение передается на шпиндель 77 и патрон 18 гайковерта. Происходит завинчивание и предварительная затяжка резьбового соединения. Как только момент сопротивления в резьбовых соединениях достигает момента, на который настроена муфта предельного момента, что соответствует моменту предварительной затяжки, подвижная полумуфта начнет проскальзывать относительно неподвижной за счет перемещения вдоль вала, не передавая вращение. Муфта предельного момента обеспечила момент предварительной затяжки. Шпиндель гайковерта остановится.
Оператор нажимает на курок сильнее, что обеспечит перемещение вдоль оси вала подвижную шестерню 22, которая войдет в зацепление с подпружиненным колесом 14 и на шпиндель начнет передаваться вращение по тихоходной, но высокомоментной ветви вращения. Начнется процесс окончательной затяжки.
Экспериментальное определение погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельным гайковертом прямого действия
Кинематическая схема гайковерта с системой контроля осевых сил затяжки по углу поворота резьбовой детали представлена на рис. 2.12.
Ударный механизм гайковерта размещен в корпусе и содержит боек 7 с рабочими кулачками 9, поджатый пружиной 8, и наковальню 11 с рабочими кулачками 10, выполненную заодно целое со шпинделем 29. На приводном валу 4 выполнены спиральные канавки 5, а на бойке 7 - кулачковые поверхности, взаимодействующие с шариками 6. Планетарный редуктор Зтакже размещен в корпусе, который через промежуточный щит соединен с двигателем 2. Гайковерт снабжен основной рукояткой 45 с пусковым крючком 46 и дополнительной съемной рукояткой 44. Измерение угла поворота резьбовой детали (угла затяжки) осуществляется на основе мультипликатора, построенного на базе планетарного редуктора и модуляционного диска.
В мультипликатор входит водило, состоящее из диска 17, жестко закрепленного к шпинделю 29, и осей 19, на которых расположены сдвоенные шестерни 20, 21, неподвижное колесо 22 с внутренним зацеплением, взаимодействующее с шестерней 20, и подвижное зубчатое колесо 24. К колесу 24 стержнями 25 жестко закреплен модуляционный диск, состоящий из металлического -26, пластмассового -27 дисков. Металлический диск связан с контактными штырями 28, а пластмассовый диск является изоляционным материалом. Проводники 33 и 34 электрической системы измерения угла поворота шпинделя проходят через корпусную деталь 23 по изолированным втулкам 37, 38 и оканчиваются контактами 35, 36. В момент взаимодействия контактов 35, 36 с контактным штырем 28 замыкается электрическая цепь системы измерения угла, и счетчик импульсов СИ отсчитывает импульсы. При достижении требуемого числа импульсов срабатывает реле Р, отключающее питание электродвигателя 2 гайковерта.
Гайковерт работает следующим образом. После захвата торцевой головкой 16 гайки (болта) и включении электродвигателя 2 вращение через планетарный редуктор 3 передается на вал 4 к бойку 7, а далее через наковальню 11, кулачки 9, которой сцеплены между собой с кулачками 10 и вращаются как единое целое. Вращение передается на шпиндель 29 к резьбовой детали. При малом моменте сопротивления вся система вращается как единое целое.
Как только сопротивление в резьбовой паре превысит величину, которая определяется в основном силой предварительного сжатия пружины 8, углом наклона спиральных канавок 5 и кулачковой поверхности 47, боек 7 начинает отставать во вращательном движении от приводного вала 4, и в результате взаимодействия шариков 6, канавок 5 и кулачковых поверхностей 47 перемещается в осевом направлении от шпинделя-наковальни 11, сжимая пружину 8. Осевое перемещение бойка 7 продолжается до тех пор, пока не расцепятся рабочие кулачки 9 и 10. После расцепления кулачков, под действием пружины 8 вращающийся боек 7 перемещается по направлению к шпинделю-наковальне 11 и западает своими рабочими кулачками 9 между рабочими кулачками 10 шпинделя-наковальни 11. При этом кинетическая энергия вращающегося бойка 7, в которую преобразовалась работа двигателя 2 и накопленная работа силы от деформации пружины 8, посредством вращательного удара передается на шпиндель-наковальню 11 и через торцевую головку 16 к затягиваемому соединению, где преобразовывается в работу затяжки. Боек 7 и шпиндель-наковальня 11 находятся в контакте до полного затормаживания. После этого боек 7 и шпиндель-наковальня 11 расцепляются, и описанный процесс периодически повторяется.
В момент первого перемещения бойка 7 он своей конической поверхностью воздействует на кулачок 40, который замыкает нормально разомкнутый контакт 42, подавая электрическое питание в цепь счетчика импульсов СИ и реле Р. При ударе бойка 7 о шпиндель-наковальню 11 поворачивается шпиндель 29, затягивая резьбовую деталь. Одновременно мультипликатор 18 через взаимодействие водила 17 со штырями 19 и шестерни 20 с неподвижным колесом 22, шестерни 21 с колесом 24 через стержни 25 поворачивает модульный диск 26, 27. При повороте модульного диска контактами 35, 36 через контактные штыри 28 происходит замыкание электрической цепи питания: реле и счетчика импульсов СИ, отсчитывает первый импульс. При многократном взаимодействии бойка 7 со шпинделем-наковальней 11 набирается требуемое количество импульсов, соответствующих требуемому углу затяжки резьбовых соединений. Срабатывает реле Р, отключая двигатель 2. Для приведения системы измерения угла в исходное положение оператор нажимает кнопку 43. 1. Доказано, что в существующих одношпиндельных гайковертах главным фактором, существенно снижающим точность осевых сил затяжки резьбовых соединений, является осуществление в них контроля качества сборки по моменту затяжки, который не устраняет влияние нестабильности сопротивления в резьбе. 2. Установлено, что повысить точность осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами возможно только при условии контроля качества сборки по углу поворота резьбовой детали. 3. На основе выявленных взаимосвязей между конструктивными параметрами гайковертов прямого действия и параметрами качества сборки, логических рассуждений и технологической последовательности выполнения операции получено: - сформулированы требования к конструктивным особенностям высокоточных одношпиндельных гайковертов.
