CZ293517B6

CZ293517B6 - Spojovací šroub pro opakované utahování přes mez kluzu

Info

Publication number: CZ293517B6
Application number: CZ19992286A
Authority: CZ
Inventors: Babákájanáing@Ácsc
Original assignee: Škodaáautoźáa@Ás
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 2004-05-12
Also published as: US6402447B1; ITMI20001337A1; GB2351541A; GB0014255D0; JP2001074017A; IT1318002B1; CZ9902286A3; FR2795464B1; ES2174709B1; GB2351541B; DE10030744B4; JP4005300B2; FR2795464A1; ITMI20001337A0; DE10030744A1; ES2174709A1

Abstract

Spojovací šroub }�B pro opakované utahování přes mez kluzu sestává z hlavy }@B na níž je vytvořena alespoň jedna indikační značka }@B s pevně definovanou vzájemnou úhlovou polohou vůči alespoň jednomu indikačnímu znamení }�@BŹ vytvořenému na volném konci dříku }QBŹ vzhledem k rotační ose }q@qB šroubuŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká provedení spojovacích šroubů, určených pro opakované utahování přes mez kluzu, umožňujících identifikaci stupně poškození trvalými deformacemi, jež jsou kriteriem jejich další použitelnosti.

Dosavadní stav techniky

Dosud se spojovací šrouby dotahují na práh meze kluzu s rizikem minimálního poškození velmi šetrně, avšak nákladně elektronicky pomocí gradientní metody. Pak jsou tyto šrouby dále použitelné, avšak s jistotou jen jednou, protože příslušnou technikou disponuje zpravidla jen prvomontáž u výrobce.

Aplikují se i přístupnější metody utahování spojovacích šroubů na mez kluzu, řízené úhlem pootočení, případně počtem impulzů utahovacího vřetene, ovšem za cenu určitého rozptylu výsledku, včetně statistického rizika přetažení jejich většiny přes mez kluzu a tím i možnosti částečného postižení materiálu takového šroubu trvalými deformacemi.

Přestože oba zmíněné postupy utahování spojovacích šroubů garantují výhodu jejich 100% pevnostního využití pro jeden případ utažení a dosažení jejich maximální možné síly předpětí v malém rozptylu a reprezentují tak současný vrchol techniky, mají zásadní ekonomickou slabinu. Tou je ta skutečnost, že z důvodů procesní nejistoty uchování informace o dílčím poškození šroubu pro utažení přes mez kluzu se tyto musí vzhledem k vysokým nárokům na kvalitu při každé demontáži měnit. Tím se spojovací šrouby stávají paradoxně součástí pouze pro jedno použití, což značně prodražuje repase, opravy, montáž rozložených výrobku a servis. Dosavadní faktická neopakovatelnost montáže bez výměny těchto šroubů brání dalšímu rozšíření popsané progresivní utahovací metody v praxi.

Mezi známý stav techniky patří evropský patent EP 0422522 Bl, kde šroub uvedený v tomto patentu řeší zlepšení přesnosti výsledku, tj. rozptylu předpětí šroubu při jeho ručním utahování, odvozeného od dosažení určité velikosti úhlu vřetene. Tato metoda je ve skutečnosti metodou smíšenou, protože v první fázi je třeba dosáhnout momentovým klíčem určitého zadaného prahového utahovacího momentu a pak se teprve načítá úhel utažení, který je zde podstatný. Je to řešeno tak, že na integrované podložce pod hlavou jinak klasického šroubu se vyznačují pevné úhloměmé značky, které v kombinaci s pravidelnými roztečemi hran na obvyklé hlavě šroubu určují řadu poměrně přesně vyznačených úhlů, případně jejich součty. Tento systém je ale schopen indikovat jen úhel utažení šroubu tj. změnu úhlové polohy jeho hlavy při montáži, nikoli trvalé zkroucení jeho dříku.

Další známý stav techniky představuje i ta užívaná metoda vyhodnocování poškození spojovacích šroubů, kde je jako kriteria plastického přetvoření použito jejich trvalého celkového prodloužení. Zde však problém spočívá v nejednoznačnosti výpovědi této hodnoty a v nutnosti záznamu o původní délce každého z nich, což je pro průmyslové použití neproveditelné. Proto se tento způsob hodí pouze pro hrubou optickou selekci zjevně protažených šroubů s viditelnou kontrakcí kritického průřezu. Podobné a o to větší nevýhody vykazuje i další praktikovaná metoda vyhodnocování délkového protažení toliko závitové části dříku.

Při prioritě zachování špičkové kvality výroby se tedy v praxi, vzhledem k popsané procesní nejistotě, již při pouhém podezření z překročení meze kluzu všechny demontované, ale jinak vysoce hodnotné spojovací šrouby raději vyřazují, ačkoliv jsou technicky z valné části ještě

-1 CZ 293517 B6 >

dobře použitelné. Tím až dosud dochází k značným ekonomickým ztrátám, které však po technické stránce teoreticky nejsou nutné.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje spojovací šroub pro opakované utahování přes mez kluzu, sestávající z hlavy a dříku, opatřeného závitem, mající na hlavě vytvořenu alespoň jednu indikační značku s pevně definovanou vzájemnou úhlovou polohou vůči alespoň jednomu 10 indikačnímu znamení, vytvořenému na volném konci dříku, vzhledem k rotační ose šroubu, Indikační značka a indikační znamení jsou tvořeny alespoň jedním třírozměrným celistvým nebo přerušovaným vybráním nebo výstupkem, vytvořenými ve spojovacím šroubu. Kolmice, spuštěné z těžišť indikačních značek nebo znamení na rotační osu q-q šroubu tvoří vztažné osy a-a nebo cc příslušného indikačního systému, které spolu s rotační osou q-q šroubu definují vzájemnou 15 momentální úhlovou polohu jimi určené referenční roviny hlavy a a referenční roviny volného konce dříku šroubu γ. Pokud by vzhledem k zvláštní symetrické konfiguraci indikačních značek nebo znamení jejich těžiště padlo přímo do rotační osy q-q šroubu, lze jako vztažnou osu s výhodou volit některou osu symetrie v systému indikačních značek či znamení, ležící v rovině kolmé na rotační osu q-q šroubu. U provedení spojovacího šroubu s naváděcí špičkou je indikač20 ní znamení volného konce dříku tvořeno alespoň jedním zploštěním nebo vydutou plochou, vytvořenými na naváděcím nosu v radiálním směru vzhledem k rotační ose q-q spojovacího šroubu. U provedení s krátkým válcovým nebo kuželovitým naváděcím nosem je indikační znamení situováno na volném konci dříku čelně. Indikační značka a indikační znamení, určující změnou své vzájemné úhlové polohy prostřednictvím změny momentálního úhlu 0h referenčních 25 rovin α, γ po utažení přes mez kluzu trvalou úhlovou deformaci ΔΘ_Η dříku spojovacího šroubu a umožňující jeho odečítatelnost a měřitelnost, pocházejí již z prvovýroby spojovacího šroubu včetně povrchové ochrany proti korozi, přinejmenším stejné jako u ostatních částí spojovacího šroubu.

Indikační značky a znamení slouží buď přímo ke kontaktu se zařízením pro odečtení vzájemné momentální polohy systému indikačních značek v místě hlavy vůči systému indikačních znamení na volném konci dříku šroubu, nebo v kombinaci s úchopnými plochami hlavy nebo zploštěními naváděcího konce jako orientační optické značky, umožňující správné odečtení příslušně definovaného momentálního úhlu Θ_Η referenčních rovin α, γ v požadovaném rozsahu. V případě 35 potřeby využití celého rozsahu teoreticky možného plného momentálního úhlu 0h od 0° do 360° lze požadavku vyhovět například záměrně nesymetrickým uspořádáním obrazců indikačních značek a znamení.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, kde obr. 1 je axonometrický pohled na spojovací šroub od jeho hlavy, obr. 2 axonometrický pohled na spojovací šroub od volného konce dříku, a obr. 3 a 4 znázorňují axonometrické pohledy na variantní úpravy volných konců dříku.

Příklady provedení vynálezu

Spojovací šroub 1, používaný pro opakované utahování přes mez kluzu, sestává z hlavy 2 50 súchopným prostředkem 7 a s integrovanou podložkou 3 sdosedací plochou 4 a z dříku 5, opatřeného závitem 6.

-2CZ 293517 B6

Nad dosedací plochou 4 hlavy 2, na její vnější ploše 8, případně vrchní ploše, v nezatíženém místě úchopného prostředku 7, např. vnějšího šestibokého hranolu, případně i na integrované podložce 3 je vytvořena alespoň jedna třírozměrná vydutá nebo vypuklá indikační značka 9. Na povrchu konce dříku 5 v místě tupého naváděcího nosu 11 spojovacího šroubu 1 je vytvořeno alespoň jedno třírozměrné indikační znamení 10, s výhodou mimo závit 6. Toto indikační znamení 10 na konci dříku 5 je podobně jako indikační značka 9 na hlavě 2 nebo na integrované podložce 3 v tomto případě tvořeno celistvou nebo přerušovanou protáhlou symetrickou drážkou nebo výstupkem. Párová indikační značka 9 je zde s výhodou situována tak, že kolmice, spuštěné z těžišť jejích obou dílčích částí, na rotační osu q-q šroubu 1 s patou X splývají v jednu přímku, tvořící vztažnou osu a-a symetrie indikační značky. Na druhé straně těžiště celistvého indikačního znamení 10 ležící přímo na rotační ose q-q spojovacího šroubu 1 již splývá s bodem Y, který by byl v obecné konfiguraci indikačního znamení teprve odvozen jako pata příslušné kolmice. Zde je pak za vztažnou osu systému indikačního znamení s výhodou volena některá osa symetrie systému, ležící v rovině kolmé na osu q-q šroubu, např. vztažná osa c-c symetrie indikačního znamení. Pod pojmem těžiště indikačního znamení nebo indikační značky se přitom rozumí tělesná těžiště jejich vypuklého a nad úroveň původního tvaru přidaného, případně jejich vydutého apod úroveň původního tvaru šroubu odebraného materiálu. Pro správné odečtení trvalé úhlové deformace ΔΘη dříku 5 v plném rozsahu až do možných 360° může být indikační systém případně situován asymetricky.

U spojovacího šroubu 1 s naváděcí špičkou 12 na volném konci dříku 5 může jako indikační znamení sloužit např. úhlově orientované zploštění 13, vytvořené mimo závit 6. Indikační značka 9 i indikační znamení 10 na spojovacím šroubu 1 slouží k odečtení momentálního úhlu Θη referenčních rovin a, y, definujících vzájemnou úhlovou polohu dosedací plochy 4 hlavy 2 a roviny čela volného konce dříku 5 kolem rotační osy q-q spojovacího šroubu 1. Tento momentální úhel-θπ referenčních rovin a, y, protínajících se právě v rotační ose q-q spojovacího Šroubu je geometricky definován známým Způsobem jako úhel buď vztažné osy a-a indikační značky a pomocné rovnoběžky c'-c' se vztažnou osou c-c symetrie indikačního znamení s průsečíkem v patě X, nebo pomocné přímky a'-a' se vztažnou osou a-a symetrie indikační značky a vztažnou osou c-c symetrie indikačního znamení s průsečíkem v bodě Y, přičemž pomocné přímky a-a', c-c' jsou příslušné rovnoběžky se vztažnými osami protilehlého indikačního systému.

Předmětný momentální úhel θπ referenčních rovin a,y je třeba v technické průvodní dokumentaci, např. návodu, definovat dvakrát. Nejdříve jako výchozí úhel θ^ο referenčních rovin α,ι, nejlépe je-li to technologicky schůdné, jako nulový, tak i jako maximální dovolený úhel Θημαχ referenčních rovin α, y přípustný pro daný spoj, jehož překročení je příkazem pro výměnu šroubu za nový. Šroub popsané konstrukce se utáhne podle předpisu. Po jeho vymontování se o jeho další použitelnosti rozhodne na základě aktuální odměřené velikosti momentálního úhlu θπ referenčních rovin α, y indikačního systému a z toho odvozené trvalé úhlové deformace ΔΘ_Η θΗ - Bho dříku 5. Spojovací šroub 1 lze opakovaně použít za původních podmínek utažení podle předpisu, pokud není překročena maximální dovolená trvalá torzní deformace dříku 5 spojovacího šroubu 1, určená montážním návodem.

Princip vynálezu vychází z poznatku o způsobech namáhání šroubu v praxi. Je známo, že při utahování spojovacího šroubu 1 ve směru (g je kritická část jeho dříku v partii pod dosedací plochou 4 hlavy 2 a současně nad zašroubovanou částí dříku 5 kombinovaně namáhána jak tahem od síly osového předpětí F, vzniklého v důsledku klínového efektu závitu, tak i krutém od utahovacího momentu Ma, zmenšeného o moment tření Mka pod hlavou. Při utahování spojovacího šroubu 1 jde tedy o postupný nárůst kombinovaného namáhání jeho dříku 5 tahem a krutém, což vyvolává také příslušné deformace svorníku šroubu, a to jak jeho prodloužení, tak i zkroucení. Až do utahovací meze kluzu jsou tyto deformace elastické, vratné a po povolení spojovacího šroubu 1 nezjistitelné. Ale za mezí kluzu jsou již přírůstky obou deformací plastické

-3 1

I a trvalé. Znakem skutečnosti, že při utahování spojovacího šroubu 1 byla překročena mez kluzu jeho materiálu, je tedy uskutečnění jak trvalého prodloužení, tak i trvalého zkroucení dříku 5.

Tyto změny na šroubu jsou ve vymontovaném stavu již měřitelné a mohou sloužit jako objektivní kriterium utažení přes mez kluzu, a to jak kvalitativně, tak i navíc kvantitativně.

Systém podle vynálezu má tyto přednosti:

Šroub již od své výroby a dále po celou dobu užívání obsahuje objektivní a spolehlivou informaci o tom, zda již byl či nebyl utažen přes mez kluzu.

Indikátor poškození podle vynálezu pomocí snadno zjistitelné velikosti trvalé úhlové deformace části šroubu mezi hlavou a maticí signalizuje, jak významné je momentální plastické poškození šroubu a zdaje tento ještě schopen dalšího použití.

- Počet možných opakovatelných montáží šroubu podle vynálezu není pevný, ale flexibilní podle individuálních podmínek konkrétního spoje až do úplného vyčerpání jeho zbytkového pevnostního potenciálu.

Tím je zaručena další možná použitelnost takového šroubu, utaženého přes mez kluzu, a to 20 bez jakékoli újmy nebo nežádoucího kompromisu v oblasti kvality. V důsledku permanentní kontrolovatelnosti poškození šroubuje naopak učiněn předpoklad k zvýšení kvality spoje.

Indikační systém je absolutně spolehlivý, protože pracuje automaticky bez rizika selhání lidského faktoru, bez nároku na produktivní čas obsluhy a načítá si sám postupně své poškození 25 až do úplného vyčerpání své životnosti.

Systém umožňuje vícekrát realizovatelné stoprocentní využití šroubu, což přináší velký ekonomický přínos. Ten je založen jak na opakovatelném a absolutně největším možném využití materiálu šroubu při každém jeho utažení pres mez kluzu, tak i a na využitelnosti dalších 30 individuálních rezerv všeho druhu, vzniklých rozptylem různých utahovacích parametrů, rozměrových tolerancí a materiálových vlastností každé šarže šroubu.

Systém značení je trvalý a nestíratelný po celou dobu užívání šroubu a ani chemicky, ani mechanicky nepoškozuje jeho řádnou individuální povrchovou ochranu.

Nepředpokládá se zvýšení hmotnosti ani ceny. Značení podle vynálezu je vyrobitelné v rámci stávajících taktů tvářecích strojů, takže zbývají jen náklady při beztak nutné periodické obměně výrobního nářadí a náklady na měřidla, které jsou v rámci hromadné produkce minimální.

Není možná záměna s žádným, např. výrobním značkováním utažených životně důležitých šroubů.

Možnosti obvyklých a nutných operací z hlediska řízení kvality výroby, jakožto použité 45 nářadí a přístroje, včetně platnosti předepsaného utahovacího postupu zůstávají nedotčeny.

Indikátor poškození je ekologický, protože umožňuje bez nebezpečí destrukce novou použitelnost až dosud předčasně šrotovaných šroubů, vyřazovaných dosud jen z pouhého podezření z překročení meze kluzu a z možného poškození funkce trvalými deformacemi. Přitom indikační 50 systém podle vynálezu nezatěžuje životní prostředí další potřebou energie, barev, ani ředidel.

Vznikají nové možnosti pro konstrukci úspornějších výrobku.

-4CZ 293517 B6

Indikační značky na šroubu podstatně usnadňují expertízy příslušných šroubových spojů, a to jak v předvýrobní fázi, tak při řízení kvality během produkce, nebo i dodatečně v mimořádných případech a nehodách, kdy přispívají k rychlému nalezení příčinných souvislostí.

Průmyslová využitelnost

Navržený systém je aktuální u všech klasických šroubových spojů, kde je šroub vědomě dimenzně nej slabším článkem celku. Nemá tedy uplatnění např. u šroubu do dřeva, plechu či umělých hmot, nebo v nevyvážené kombinaci materiálu šroubu a matice. Za samozřejmý se považuje předpoklad, že jde o šroub, kteiý je svou koncepcí, tj. dostatečnou nezašroubovanou délkou pro technologii utahování přes mez kluzu, vhodný.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spojovací šroub, pro opakované utahování přes mez kluzu, sestávající z hlavy (2) a dříku (5), opatřeného závitem (6), vyznačený tím, že na hlavě (2) šroubu (1) je vytvořena alespoň jedna indikační značka (9) s pevně definovanou vzájemnou úhlovou polohou vůči alespoň jednomu indikačnímu znamení (10), vytvořenému na volném konci dříku (5), vzhledem k rotační ose (q-q) šroubu (1).

2. Spojovací šroub podle nároku 1,vyznačený tím, že indikační značka (9) a indikační znamení (10) jsou tvořeny alespoň jednou třírozměrnou kompaktní nebo přerušovanou drážkou nebo výstupkem, vytvořenými ve spojovacím šroubu (1) ve směru os (a-a), (c-c) symetrie ležících v rovině kolmé na rotační osu (q-q) šroubu (1) mimo závit (6).

3. Spojovací šroub podle nároku 1, vyznačený tím, že indikační znamení (10) je na volném konci dříku (5) provedeného s naváděcí špičkou (12) vytvořeno alespoň jedním zploštěním (13) nebo vydutou drážkou v naváděcí špičce (12), vytvořenými v radiálním směru vzhledem k rotační ose (q-q) spojovacího šroubu (1).

4. Spojovací šroub podle nároku 1, vyznačený tím, že indikační znamení (10) je u šroubu s krátkým válcovým nebo kuželovým nosem (14) vytvořeno na čele volného konce dříku (5), a to čelní plnou nebo přerušovanou drážkou nebo výstupkem.

5. Spojovací šroub podle některého z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že indikační značka (9) a indikační znamení (10), určují trvalou úhlovou deformaci (ΔΘη) dříku (5) šroubu (1) a jsou vyrobeny včetně jejich povrchové ochrany.

6. Spojovací šroub podle některého z nároků 1 až 5, vyznačený tím,že alespoň jedna indikační značka (9) má pevně definovanou úhlovou polohu vůči alespoň jedné vnější ploše (8) úchopného prostředku (7) hlavy (2) šroubu (1) vzhledem k jeho rotační ose (q-q).