PL168670B1 - Urzadzenie do dokrecania srub PL PL - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do dokrecania srub, zawierajace przyrzad pomiarowy do pomiaru naprezen powstajacych w srubach podczas ich dokrecania, posiadajace ramie nosne z umieszczonymi wewnatrz elementami prze- kazujacymi sygnal z przyrzadu pomiarowego i glowice dokrecajaca osadzona w tym ramieniu za posrednictwem walka przekazujacego, polaczonego z elementami przekazujacymi, przy czym glowica dokrecajaca jest zamocowana ruchomo wzgledem ramienia nosnego oraz posiadajace uchwyt, na którym osadzony jest przyrzad pomiarowy, znamienne tym, ze przyrzad pomiarowy (6) osadzony jest za pomoca zespolu zawierajacego uchwyt (5), umieszczony w glowicy dokrecajacy (4) i przymocowany na stale do ramienia (2) oraz wydrazony w srodku walek (3), stanowiacy obudowe dla preta (8), na którym jest osadzony uchwyt (5), a ponadto zawie- rajacego przewód (11) do przekazywania sygnalu po- miedzy przyrzadem (6) i centralna jednostka do przetwarzania danych, umieszczona poza urzadzeniem dokrecajacym oraz przewód (12) do doprowadzania ply- nu przewodzacego ultradzwieki do przyrzadu pomiaro- wego (6). PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do dokręcania śrub, zaopatrzone w przyrząd do pomiaru naprężeń powstających w śrubie podczas jej dokręcania.

Znane są różne urządzenia do dokręcania śrub oraz do kontroli i pomiaru występujących w nich podczas dokręcania naprężeń. Urządzenia te stanowią zazwyczaj klucze do dokręcania śrub oraz ultradźwiękowe urządzenia do określania naprężeń powstających podczas dokręcania.

168 670

Urządzenie ultradźwiękowe składa się z nadajnika i odbiornika sygnałów ultradźwiękowych oraz przetwornika, którego działanie opiera się na powstawaniu rezonansu w zakresie częstotliwości ultradźwiękowych, na przykład, za pomocą kryształu kwarcu wzbudzanego dzięki zjawisk piezoelektrycznemu. Oprócz przetwornika, w skład takiego urządzenia wchodzi jednostka do obróbki wychodzących z niego sygnałów.

Urządzenie takie umożliwia łatwe wyznaczenie naprężeń powstających w śrubie podczas jej dokręcania, poprzez pomiar długości pewnej części lub całej śruby, pod warunkiem, że jest ona wykonana z materiału jednorodnego. Pomiar opiera się na zasadzie odbicia fal sprężystych od zewnętrznych powierzchni pewnej części lub całej śruby.

Wiadomo, że z chwilą oparcia się łba śruby o powierzchnię, długości śruby zmienia się proporcjonalnie do występujących w niej wskutek dokręcania naprężeń.

Znany sposób pomiaru naprężeń polega na zastosowaniu klucza stanowiącego osobny element, nie związany z urządzeniem ultradźwiękowym. Po dokręcaniu śruby do chwili oparcia się jej łba o powierzchnię, w którąjest wkręcanajej długość jest mierzona za pomocą urządzenia ultradźwiękowego i zapamiętywana jako wartość odniesienia. Następnie śruba jest dalej dokręcana kluczem ajej długość jest ponownie sprawdzana za pomocą urządzenia ultradźwiękowego. Wielkość naprężeń powstających w śrubie podczas dokręcania można łatwo określić porównując nowy wynik pomiaru jej długości z wynikiem odniesienia. Technika kolejnych przybliżeń umożliwia dokręcanie śrub ze z góry ustalonym naprężeniem.

Inną znaną obecnie techniką, jest dokręcanie śrub za pomocą automatycznego urządzenia dokręcającego i pomiar naprężeń występujących podczas dokręcania. W technice tej stosuje się głowicę dokręcającą zaopatrzoną w integralny przetwornik ultradźwiękowy mierzący wydłużenie śruby.

W tym przypadku przetwornik ultradźwiękowy jest umieszczony w takim położeniu, żeby praktycznie stykał się z górną powierzchnią łba śruby, osadzonego w tulei. W celu zapewnienia odpowiedniego sprzężenia pomiędzy przetwornikiem a łbem śruby, pomiędzy obie powierzchnie wprowadzanajest cienka warstwa płynu przewodzącego ultradźwięki, np. gliceryny, tłuszczu lub oleju ciężkiego.

Podczas dokręcania śruby głowica dokręcająca obraca się, w wraz z nią obraca się przetwornik; podczas dokręcania przetwornik ultradźwiękowy wysyła dane o długości śruby do jednostki centralnej, która na ich podstawie oblicza długość śruby, a tym samym naprężenia wywołane w niej dokręcaniem.

Niektóre z urządzeń tego typu można również podłączyć do urządzenia sterującego, które w wyniku sygnałów otrzymanych z przetwornika może automatycznie zaprzestać dokręcania w chwili osiągnięcia naprężeń o z góry zadanej wartości.

Jednakże znane, opisane powyżej techniki, nie są wolne od wad. Wadą pierwszej z nich jest konieczność wykonania co najmniej dwóch pomiarów śruby - pierwszego, umożliwiającego określenie wartości odniesienia z chwilą zetknięcia się łba śruby z powierzchnią, w którą śruba jest wkręcana oraz następnego, po dokręceniu śruby za pomocą odpowiedniego klucza, koniecznego do określenia wydłużenia śruby, a tym samym naprężenia wywołanego w niej wskutek dokręcania. W związku z tym wymagane naprężenie uzyskuje się metodą kolejnych przybliżeń, co jest pracochłonne i długotrwałe.

Druga z przedstawionych technik ma znaczną zaletę w porównaniu z pierwszą, bowiem dokręcanie śruby i pomiar jej wydłużenia odbywają się równocześnie, bez konieczności przerywania dokręcania; jednakże obracanie się przetwornika ultradźwiękowego wraz z głowicą wkręcającą stwarza problemy z przekazywaniem sygnałów z przetwornika do jednostki centralnej, umieszczonej poza głowicą dokręcającą.

Problem przekazywania sygnałów z przetwornika, obracającego się wraz z głowicą, do nieruchomej jednostki centralnej, nie został dotychczas rozwiązany w sposób dostatecznie zadowalający. Obecnie stosowane są styki ślizgowe albo styki rtęciowe. W praktyce, przetwornik generuje bardzo niskie napięcie, rzędu kilku miliwoltów, które podczas przekazywania do jednostki centralnej są poważnie tłumione i zakłócane przez zmienne co do wartości spadki napięcia na stykach ślizgowych; poza tym styki ślizgowe są narażone na intensywne zużycie, co z kolei wymaga częstej obsługi technicznej całej głowicy wkręcającej. Z kolei styki zanurzone

168 670 w rtęci muszą być trzymane w szczelnej komorze i są niebezpieczne ze względu na toksyczność rtęci. Poza tym, ze względu na niedoskonałość płaskości górnej powierzchni łba śruby, wynikającą z nieprecyzyjnego wykończenia lub czasami z istnienia odpowiednich znaków technologicznych i identyfikacyjnych, połączenie pomiędzy przetwornikiem ultradźwiękowym a powierzchnią łba śruby nie jest doskonałe, nawet wtedy, kiedy pomiędzy przetwornikiem a łbem śruby znajduje się cienka warstwa płynu przewodzącego ultradźwięki. Niedoskonałość połączenia pomiędzy przetwornikiem a łbem śruby często zwiększa awaryjność oraz w, pewnych przypadkach, fałszuje pomiary długości, a tym samym naprężenia wywołane w śrubie dokręcaniem.

Celem wynalazku jest skonstruowanie urządzenia dokręcającego, wyposażonego w urządzenie do pomiaru naprężeń wywołanych w śrubie jej dokręcaniem, umożliwiającego szybkie dokręcanie śruby z jednoczesnym pomiarem powstających w niej naprężeń, w którym na dokładność pomiarów nie ma wpływu stan wykończenia górnej powierzchni łba śruby. Dokładność pomiaru naprężeń wywołanych dokręcaniem musi być również niezależna od konstrukcji i zespołów linii do przekazywania sygnałów pomiędzy przetwornikiem a jednostką centralną.

Urządzenie do dokręcania śrub, zawierające przyrząd pomiarowy do pomiaru naprężeń powstających w śrubach podczas ich dokręcania, posiadające ramię nośne z umieszczonymi wewnątrz elementami przekazującymi sygnał z przyrządu pomiarowego i głowicę dokręcającą osadzoną w tym ramieniu za pośrednictwem wałka przekazującego, połączonego z elementami przekazującymi, przy czym głowica dokręcająca jest zamocowana ruchomo względem ramienia nośnego oraz posiadające uchwyt, na którym osadzony jest przyrząd pomiarowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że przyrząd pomiarowy osadzony jest za pomocą zespołu zawierającego uchwyt umieszczony w głowicy dokręcający i przymocowany na stałe do ramienia oraz wydrążony w środku wałek, stanowiący obudowę dla pręta, na którym jest osadzony uchwyt, a ponadto zawierającego przewód do przekazywania sygnału pomiędzy przyrządem i centralnąjednostką do przetwarzania danych, umieszczoną poza urządzeniem dokręcającym oraz przewód do doprowadzania płynu przewodzącego ultradźwięki do przyrządu pomiarowego.

Korzystnie głowica dokręcająca zawiera płyno-szczelną uszczelkę, umieszczoną pomiędzy dolnym występem głowicy a górną powierzchnią śruby osadzonej w głowicy oraz drugą płyno-szczelną uszczelkę, umieszczoną pomiędzy powierzchnią wewnętrzną głowicy, a odpowiednią powierzchnią zewnętrzną uchwytu, przy czym szczelna dla płynów komora utworzona pomiędzy głowicą dokręcającą, przyrządem pomiarowym oraz górną powierzchnią śruby jest w warunkach roboczych wypełniona płynem przewodzącym ultradźwięki.

Korzystnie stały uchwyt zawiera cylindryczną komorę, w której zamontowany jest przyrząd pomiarowy, przy czym komora na pierwszym końcu, zwróconym w kierunku powierzchni górnej śruby, posiada otwór przelotowy, przez który jest wyprowadzony przyrząd pomiarowy, zaś naprzeciwległym drugim końcu posiada otwór przelotowy, w którym osadzony jest przewód do przekazywania sygnału, przy czym w uchwycie usytuowany jest otwór przelotowy dla przepływu płynu poza komorą oraz elementy obrotowe umieszczone pomiędzy uchwytem, a głowicą, do obrotowego łączenia głowicy z uchwytem w ustalonym osiowym położeniu.

Korzystnie przyrząd pomiarowy stanowi w zasadzie cylindryczny piezoelektryczny przetwornik ultradźwiękowy, mający pierwszy koniec i drugi, przeciwległy koniec zwrócony w kierunku łba śruby, przy czym okrągłe osadzenie na przetworniku przyrządu jest osadzone w komorze uchwytu i zabezpieczone w położeniu stycznym z okrągłym uskokiem w komorę, za pomocą sprężyny, która z kolei jest osadzona w komorze.

Korzystnie przewód doprowadzający płyn przewodzący ultradźwięki stanowi elastyczna rurka.

Korzystnie przewód do przekazywania sygnału stanowi przewód wielożyłowy.

Zalety wynalazku wynikają z zamieszczonego powyżej opisu; umieszczenie przetwornika ultradźwiękowego wewnątrz urządzenia dokręcającego umożliwia ciągły pomiar naprężeń występujących w śrubie podczas dokręcania, a także jego połączenie z układem umożliwiającym automatyczne zatrzymywanie urządzenia dokręcającego z chwilą osiągnięcia z góry wyznaczonego naprężenia; nieruchomy przetwornik eliminuje również problemy związane ze stosowaniem styków ślizgowych lub rtęciowych do przekazywania sygnałów oraz problemy związane z ich konserwacją..

168 670

Ponadto, wprowadzenie pomiędzy nieruchomy przetwornik a łeb jednorodnej śruby warstwy płynu przewodzącego ultradźwięki eliminuje problemy związane z jakością wykończenia łba śruby, co umożliwia nawet stosowanie śrub o różnej jakości wykończenia lub ze znakami identyfikacyjnymi nabitymi na górne powierzchnie łbów, bez konieczności wyrównywania ich powierzchni przed dokręcaniem.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiono w przekroju i częściowo w widoku urządzenie do dokręcania śrub.

Urządzenie 1 składa się z ramienia nośnego 2, w którym osadzone są elementy przekazujące, nie pokazane na rysunku ze względu na to, że ich konstrukcja jest znana; w ramieniu 2 jest zamontowany wałek 3 z elementami przekazującymi, na którym jest osadzona głowica dokręcająca 4, mająca możliwość poruszania się względem ramienia 2.

W rozwiązaniu według wynalazku, w głowicy dokręcającej 4 jest osadzony nieruchomo uchwyt 5, w którym z kolei jest zainstalowany przetwornik ultradźwięków 6, na przykład typu piezoelektrycznego, przeznaczony do pomiaru długości śruby 7.

Wałek przekazujący 3 jest wydrążony w środku i stanowi obudowę dla pręta 8, na którym jest osadzony i zamocowany uchwyt 5; przez wałek 3 przechodzi również przewód 11 którym płyną sygnały pomiędzy przetwornikiem 6, a centralną jednostką do przetwarzania danych, nie pokazaną na rysunku ze względu na to, że jej konstrukcja jest znana oraz elastyczny przewód 12, doprowadzający płyn przewodzący ultradźwięki do przetwornika 6.

Uchwyt 5 jest połączony i wycentrowany na obrotowej części 14 głowicy 4 za pomocą trzech pierścieniowych elementów obrotowych 15a, 15b i 15c, z których pierwszy znajduje się pomiędzy pierścieniem wewnętrznym 16, a pierścieniem zewnętrznym 17, natomiast pozostałe dwa znajdują się pomiędzy pierścieniem zewnętrznym, a dwoma pierścieniami 18; pierścienie 16 i 18 są przymocowane do uchwytu 5, natomiast pierścień 17 jest przymocowany do obrotowego zespołu 14.

Na rysunku pokazano śruby 19 i 20, mocujące pierścień 18 do uchwytu 5 i pierścień 17 do części 14.

Elementy obrotowe 15a przenoszą obciążenia promieniowe, natomiast elementy obrotowe 15b i 15c, obciążenia osiowe.

Pomiędzy zewnętrzną powierzchnią boczną 23 na jednym końcu 22 uchwytu 5, a wewnętrzną powierzchnią boczną 24 ruchomego zespołu 14 głowicy 4 znajduje się uszczelka 25; druga uszczelka 26 jest zainstalowana pomiędzy występem 27 na dolnej części ruchomego zespołu 14 głowicy 4, a górną powierzchnią 28 łba 31 śruby 7; zatem w warunkach roboczych pomiędzy uchwytem 5, przetwornikiem 6, górną powierzchnią 28 śruby 7 i wewnętrzną ścianką 24 ruchomego zespołu 14 głowicy dokręcającej 4 powstaje szczelna dla płynów komora 29, w której może znajdować się płyn doprowadzony rurką 12 i osiowym otworem 41, znajdującym się w uchwycie 5.

Według wynalazku, w uchwycie 5 znajduje się w zasadzie cylindryczna komora 32, w której w warunkach roboczych mieści się przetwornik 6; pierwszy koniec 33 komory 32 jest zwrócony w kierunku górnej powierzchni 28 śruby 7 - znajduje się w nim otwór 34, przez który wychodzi przetwornik 6; w przeciwległym końcu 35 komory znajduje się przelotowy otwór 36, przez który w warunkach roboczych wychodzi przewód 11; w komorze 32 znajduje się również uskok wewnętrzny 37.

Przetwornik ultradźwiękowy 6 jest w zasadzie cylindryczny i znajduje się w komorze 32; pierwszy koniec 42 przetwornika 6, zwrócony w kierunku górnej powierzchni 28 łba 31 śruby 7, wychodzi z uchwytu 5; drugi, przeciwległy koniec 43 przetwornika 6 ma osadzenie 44 opierające się w warunkach roboczych o uskok 37 w komorze 32.

Według wynalazku, przetwornik 6 opiera się o uskok 37 w komorze 32 i jest przytrzymywany w tym położeniu przez sprężynę 45, której jeden z końców 46 styka się z przetwornikiem 6 natomiast drugi, przeciwległy 47 styka się z powierzchnią końcową 48 komory 32.

Jak widać na rysunku, korzystnie, szczelna dla płynów komora 29 oraz profilowana wnęka 50 znajdują się w tulei 52 przymocowanej w dowolny, odpowiedni sposób do zewnętrznego zespołu 14 głowicy dokręcającej 4.

168 670

W warunkach roboczych śruba 7 jest osadzona w profilowanej wnęce 50 w końcu 51 głowicy dokręcającej 4, w styczności z uszczelką 26. Płyn przewodzący ultradźwięki jest wtryskiwany rurką elastyczną 12 i otworem 41 do komory 29, wskutek czego następuje jej całkowite i równomierne napełnienie. Od tej chwili może rozpocząć się wstępna faza dokręcania, podczas której ruchomy zespół 14 głowicy 4 jest obracany w taki sposób, żeby śruba 7 była wkręcana w przeznaczony dla niej otwór, nie pokazany na rysunku.

Na tym etapie przetwornik 6 mierzy długość śruby 7 zarówno w stanie spoczynkowym jak i po zetknięciu się jej łba 31 z powierzchnią (nie pokazaną na rysunku) posiadającą otwór, w którym śruba 7 jest wkręcana.

Jak z powyższego wynika istnieje zatem możliwość łatwego znalezienia naprężenia powstającego w śrubie 7 podczas jej dokręcania na podstawie jej wydłużenia.

Według rozwiązania konstrukcyjnego, nie pokazanego na rysunku, istnieje możliwość połączenia urządzenia dokręcającego 1, bez odchodzenia od istoty wynalazku, z centralną jednostką do przetwarzania danych, która może przechowywać w pamięci z góry określoną wartość naprężenia i automatycznie zatrzymać obroty ruchomego zespołu 14 głowicy 4 z chwilą osiągnięcia w śrubie 7 naprężeń o zadanej z góry wartości.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do dokręcania śrub, zawierające przyrząd pomiarowy do pomiaru naprężeń powstających w śrubach podczas ich dokręcania, posiadające ramię nośne z umieszczonymi wewnątrz elementami przekazującymi sygnał z przyrządu pomiarowego i głowicę dokręcającą osadzoną w tym ramieniu za pośrednictwem wałka przekazującego, połączonego z elementami przekazującymi, przy czym głowica dokręcająca jest zamocowana ruchomo względem ramienia nośnego oraz posiadające uchwyt, na którym osadzony jest przyrząd pomiarowy, znamienne tym, że przyrząd pomiarowy (6) osadzony jest za pomocą zespołu zawierającego uchwyt (5), umieszczony w głowicy dokręcający (4) i przymocowany na stałe do ramienia (2) oraz wydrążony w środku wałek (3), stanowiący obudowę dla pręta (8), na którym jest osadzony uchwyt (5), a ponadto zawierającego przewód (11) do przekazywania sygnału pomiędzy przyrządem (6) i centralną jednostką do przetwarzania danych, umieszczoną poza urządzeniem dokręcającym oraz przewód (12) do doprowadzania płynu przewodzącego ultradźwięki do przyrządu pomiarowego (6).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że głowica dokręcająca (4) zawiera płyno-szczelną uszczelkę (26), umieszczoną pomiędzy dolnym występem (27) głowicy (4), a górną powierzchnią (28) śruby (7), osadzonej w głowicy (4) oraz drugą płyno-szczelną uszczelkę (25), umieszczoną pomiędzy powierzchnią wewnętrzną (24) głowicy (4), a odpowiednią powierzchnią zewnętrzną (23) uchwytu (5), przy czym szczelna dla płynów komora (29) utworzona pomiędzy głowicą dokręcającą (4), przyrządem pomiarowym (6) oraz górną powierzchnią (28) śruby (7) jest w warunkach roboczych wypełniona płynem przewodzącym ultradźwięki.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że stały uchwyt (5) zawiera cylindryczną komorę (32), w której zamontowany jest przyrząd pomiarowy (6), przy czym komora (32) na pierwszym końcu (33), zwróconym w kierunku powierzchni górnej (28) śruby (7), posiada otwór przelotowy (43), przez który jest wyprowadzony przyrząd pomiarowy (6), zaś na przeciwległym drugim końcu (35), posiada otwór przelotowy (36), w którym osadzony jest przewód (11) do przekazywania sygnału, przy czym w uchwycie (5) usytuowany jest otwór przelotowy (41) dla przepływu płynu poza komorą (32) oraz elementy obrotowe (15a, 15b, 15c), umieszczone pomiędzy uchwytem (5), a głowicą (4), do obrotowego łączenia głowicy (4) z uchwytem (5) w ustalonym osiowym położeniu.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że przyrząd pomiarowy (6) stanowi w zasadzie cylindryczny piezoelektryczny przetwornik ultradźwiękowy (6), mający pierwszy koniec (43) i drugi, przeciwległy koniec (42), zwrócony w kierunku łba (31) śruby (7), przy czym okrągłe osadzenie (44) na przetworniku przyrządu (6) jest osadzone w komorze (32) uchwytu (5) i zabezpieczone w położeniu stycznym z okrągłym uskokiem (37) w komorze (32), za pomocą sprężyny (45), która z kolei jest osadzona w komorze (32).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przewód (12) doprowadzający płyn przewodzący ultradźwięki stanowi elastyczna rurka (12).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przewód (11) do przekazywania sygnału stanowi przewód wielożyłowy (11).