RU104110U1 - THERMOMECHANICAL WRENCH - Google Patents
THERMOMECHANICAL WRENCH Download PDFInfo
- Publication number
- RU104110U1 RU104110U1 RU2010151676/02U RU2010151676U RU104110U1 RU 104110 U1 RU104110 U1 RU 104110U1 RU 2010151676/02 U RU2010151676/02 U RU 2010151676/02U RU 2010151676 U RU2010151676 U RU 2010151676U RU 104110 U1 RU104110 U1 RU 104110U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power element
- shank
- thermomechanical
- wrench
- support
- Prior art date
Links
Landscapes
- Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
Abstract
1. Термомеханический гайковерт, содержащий гаечную головку, силовой элемент и электронагреватель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит опору, хвостовик и индикатор, причем силовой элемент выполнен в виде трубы из материала с памятью формы и установлен без зазора между хвостовиком и опорой, а на его наружной поверхности коаксиально ему расположен электронагреватель, при этом гаечная головка размещена внутри опоры с возможностью свободного вращения, а индикатор вставлен в хвостовик. ! 2. Термомеханический гайковерт по п.1, отличающийся тем, что длина силового элемента в три-четыре раза меньше длины затягиваемого болта. 1. Thermomechanical wrench containing a nut head, a power element and an electric heater, characterized in that it further comprises a support, a shank and an indicator, the power element being made in the form of a pipe made of material with shape memory and installed without a gap between the shank and the support, and an electric heater is coaxially located on its outer surface, while the nut head is placed inside the support with the possibility of free rotation, and the indicator is inserted into the shank. ! 2. Thermomechanical wrench according to claim 1, characterized in that the length of the power element is three to four times less than the length of the bolt to be tightened.
Description
Полезная модель относится к механизированным устройствам для сборки и разборки резьбовых соединений больших размеров, порядка M120 и более.The utility model relates to mechanized devices for assembling and disassembling threaded joints of large sizes, of the order of M120 or more.
Известен гайковерт, принцип действия которого основан на гидравлической передаче рабочего усилия заданной величины на вытяжку болта или шпильки. Далее гайка без трения завертывается свободно до упора специальным ключом.Known wrench, the principle of which is based on the hydraulic transmission of the working force of a given value to the hood bolt or stud. Further, the nut without friction is wrapped freely until it stops with a special key.
(см. Патент РФ 2177401, кл. В25В 021/00, 2000 г.)(see RF Patent 2177401, class B25B 021/00, 2000)
Данный гайковерт предназначен для затяжки резьбы большого диаметра, например, для затяжки шпилек M170 с использованием гидравлических домкратов с усилием 400 т, смонтированных на планшайбе и оборудованных крановым хозяйством.This nutrunner is designed to tighten large diameter threads, for example, to tighten M170 studs using 400 ton hydraulic jacks mounted on the faceplate and equipped with crane equipment.
Недостатком этого гайковерта является отсутствие безопасности в его работе, т.к. гидравлика находится под высоким давлением.The disadvantage of this wrench is the insecurity in his work, because hydraulics are under high pressure.
Известен термомеханический гайковерт, содержащий гаечную головку, силовой элемент и электронагреватель.Known thermomechanical wrench containing a nut head, a power element and an electric heater.
(см. Шишкин С.В., Махутов Н.А. Расчет и проектирование силовых конструкций на сплавах с эффектом памяти формы. - М.: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2007. - 412 с.)(see Shishkin S.V., Makhutov N.A. Calculation and design of power structures on alloys with a shape memory effect. - M.: Research Center "Regular and chaotic dynamics", 2007. - 412 p.)
Силовой элемент представляет из себя трубу из сплава ТН1, в котором инициирована возвратная память формы. Для сплава ТН1 наибольшая величина относительного перемещения в свободном состоянии (объем возвратной памяти формы) составляет 1÷1,2%. При нагреве электронагревателем силовой элемент в результате термомеханического возврата удлиняется и вытягивает болт, при этом гайка с помощью гаечной головки свободно завертывается.The power element is a pipe made of TN1 alloy, in which a returnable shape memory is initiated. For the TN1 alloy, the largest value of the relative displacement in the free state (the volume of the return form memory) is 1–1.2%. When heated by an electric heater, the power element, as a result of thermomechanical return, lengthens and pulls out the bolt, while the nut is freely wrapped with a nut head.
Преимуществом термомеханического гайковерта является его безопасность и надежность.The advantage of a thermomechanical wrench is its safety and reliability.
Недостатком этого гайковерта является сложность его конструкции и большие габариты, следствием чего является неравномерность затяжки болтов.The disadvantage of this wrench is the complexity of its design and large dimensions, resulting in uneven bolt tightening.
Неравномерность затяжки болтов вызывает снижение герметичности и других эксплуатационных характеристик уплотняемых стыков ответственных конструкций (главный разъем атомного реактора, крепление генератора ГЭС, энергетическое и металлургическое оборудование и др.). Неравномерность затяжки возникает из-за неодновременного затягивания болтов вследствие изгиба фланцев и зависит от жесткости стягиваемых деталей пакета. В свою очередь величина усилия затяжки заметно меняется при незначительных деформациях болта и промежуточных деталей пакета, так, как происходит при упругом нагружении узла.The unevenness of the bolt tightening causes a decrease in tightness and other operational characteristics of the sealed joints of critical structures (the main connector of the nuclear reactor, fastening the hydroelectric generator, power and metallurgical equipment, etc.). The inhomogeneity of the tightening occurs due to the non-simultaneous tightening of the bolts due to the bending of the flanges and depends on the rigidity of the tightened parts of the package. In turn, the magnitude of the tightening force varies markedly with slight deformations of the bolt and intermediate parts of the package, as occurs with elastic loading of the node.
Неравномерность затяжки существенно уменьшается при последовательной обтяжке болтов или шпилек малыми шагами. Однако в этом случае возрастает трудоемкость сборки, а также исчерпывается часть ресурса болтов, что ведет к снижению надежности соединений.The inhomogeneity of the tightening is significantly reduced by sequential tightening of bolts or studs in small increments. However, in this case, the complexity of the assembly increases, and also a part of the resource of bolts is exhausted, which leads to a decrease in the reliability of the connections.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции гайковерта без снижения надежности соединений.The technical result of the utility model is to simplify the design of a wrench without compromising the reliability of the joints.
Указанный технический результат достигается тем, что гайковерт, содержащий гаечную головку, силовой элемент и электронагреватель дополнительно содержит опору, хвостовик и индикатор, причем силовой элемент, выполнен в виде трубы из материала с памятью формы, установлен без зазора между хвостовиком и опорой, а на его наружной поверхности коаксиально ему расположен электронагреватель, гаечная головка размещена внутри опоры с возможностью свободного вращения, а индикатор вставлен в хвостовик.The specified technical result is achieved by the fact that the wrench containing a nut head, a power element and an electric heater additionally contains a support, a shank and an indicator, and the power element, made in the form of a pipe made of material with shape memory, is installed without a gap between the shank and the support, and on it the outer surface is coaxially located with an electric heater, the nut head is placed inside the support with the possibility of free rotation, and the indicator is inserted into the shank.
При этом желательно, чтобы длина силового элемента была в три-четыре раза меньше длины затягиваемого болта.It is desirable that the length of the power element was three to four times less than the length of the bolt being tightened.
На фиг.1 представлена конструкция гайковерта.Figure 1 shows the design of a wrench.
На фиг.2. тарировочная номограмма гайковерта.In figure 2. Wrench calibration nomogram.
Термомеханический гайковерт (фиг.1) включает гаечную головку 1, опору 2, хвостовик 3, привод в виде силового элемента 4 с электронагревателем 5. В резьбовое отверстие хвостовика 3 вкручивается втулка 7, в отверстие которой по посадке устанавливают индикатор 8 с измерительным стержнем 6. Гаечная головка 1 имеет шесть сквозных резьбовых отверстий, перпендикулярных ее оси вращения и изготовленных через равный угловой шаг 60 град. Гаечная головка 1 свободно устанавливается на гайку Е за счет внутреннего шестигранного отверстия, профиль которого точно повторяет ответное продольное сечение гайки Е. Силовой элемент 4 представляет из себя трубу из сплава ТН1, в котором инициирована возвратная память формы в осевом направлении при заданной деформации сжатием. Для того, чтобы затянуть стык, состоящий из нижнего А и верхнего С фланцев с прокладкой В, с помощью болта D гайкой Е, на нее свободно надевается гаечная головка и устанавливается опора. Первоначально гайка Е на болте D завернута до упора в верхний фланец С. Затем на болт D навертывается резьбовой хвостовик гайковерта при предварительной установке без зазоров силового элемента, который центрируется по кольцевым проточкам на верхней плоскости опоры и нижней поверхности хвостовика.Thermomechanical wrench (figure 1) includes a nut head 1, support 2, shank 3, a drive in the form of a power element 4 with an electric heater 5. A sleeve 7 is screwed into the threaded hole of the shank 3, into which an indicator 8 with a measuring rod 6 is installed to fit in the hole. The nut head 1 has six through threaded holes perpendicular to its axis of rotation and made through an equal angular pitch of 60 degrees. The nut head 1 is freely mounted on the nut E due to the internal hexagonal hole, the profile of which exactly repeats the reciprocal longitudinal section of the nut E. The power element 4 is a pipe made of the TN1 alloy, in which the axial shape memory is initiated for a given compression deformation. In order to tighten the joint, consisting of lower A and upper C flanges with gasket B, using bolt D with nut E, a nut head is freely put on it and a support is installed. Initially, nut E on bolt D is completely screwed into the upper flange C. Then, a screwdriver shank of the nutrunner is screwed onto bolt D when pre-installing the power element without gaps, which is centered along the annular grooves on the upper support plane and the lower surface of the shank.
Термомеханический гайковерт работает следующим образом.Thermomechanical wrench works as follows.
При нагреве электронагревателем 5 силовой элемент 4 в результате термомеханического возврата удлиняется и, опираясь одним концом на опору 2, через заплечики хвостовика 3 вытягивает болт D. При этом паразитные деформации пакета А-В-С измеряются индикатором 8, установленным по посадке в резьбовой втулке 7 хвостовика 3, с помощью измерительного стержня 6. Гайка Е с помощью гаечной головки 1 и стержня с резьбовым хвостовиком (на фиг.1 не показан) свободно завертывается на заданный угол φ° через боковую прорезь в опоре 2. После затяжки болта D с тарированным усилием кольцевой нагреватель 5 снимается и происходит естественное охлаждение на воздухе силового элемента 4. В результате он сокращается в осевом направлении, после чего с помощью стержня можно легко открутить резьбовой хвостовик 3, снять опору 2 и гаечную головку 1. Так как гайка Е завертывается на угол φ° не до упора, то между ее торцом и поверхностью фланца имеется зазор. При снятии усилия обжатия от силового элемента этот зазор выбирается и болт нагружается требуемым усилием Рδ. Т.к. величина упругого пружинения деталей пакета меньше обратного осевого перемещения силового элемента, то его легко снять после охлаждения, при этом хвостовик откручивается без усилия.When heated by an electric heater 5, the power element 4 is lengthened as a result of thermomechanical return and, resting one end on the support 2, pulls the bolt D through the shoulders of the shank 3. In this case, the parasitic deformations of the package A-B-C are measured by indicator 8 installed by fitting in the threaded sleeve 7 shank 3, using a measuring rod 6. Nut E, using a nut head 1 and a rod with a threaded shank (not shown in Fig. 1), is freely screwed to a predetermined angle φ ° through the side slot in the support 2. After tightening the bolt D with the gauge With this force, the annular heater 5 is removed and natural cooling of the power element 4 occurs. As a result, it decreases axially, after which the threaded shank 3 can be easily unscrewed with the rod, the support 2 and the nut head 1 can be removed. Since nut E is screwed onto angle φ ° is not completely, then there is a gap between its end and the surface of the flange. When removing the compression force from the power element, this gap is selected and the bolt is loaded with the required force P δ . Because the elastic springing of the package parts is less than the reciprocal axial displacement of the power element, it is easy to remove it after cooling, while the shank is unscrewed without effort.
Термомеханический гайковерт обеспечивает затяжку болтов и шпилек в определенном интервале диаметров и шагов резьбы и укладывается в чемодан с набором резьбовых головок, а также гаечных головок с разным внутренним шестигранным отверстием под гайку.Thermomechanical wrench provides tightening of bolts and studs in a certain range of diameters and thread steps and fits into a suitcase with a set of threaded heads, as well as nut heads with a different internal hex hole for the nut.
Рабочее усилие термомеханического силового привода падает по мере перемещения вплоть до нуля. Для сплава ТН1 наибольшая величина относительного перемещения в свободном состоянии (объем возвратной памяти формы) составляет εv=1÷1,2%. Для построения зависимости развиваемого усилия от перемещения Р(δ) осуществляется тарировка силового элемента, которую проводят на прессе, оснащенном показателем усилия. Осевое перемещение задают за счет зазора между силовым элементом и опорой пресса, величина которого определяется толщиной мерной прокладки. В результате нагрева при реализации памяти силовой элемент выбирает начальный зазор, а затем развивает реактивное усилие термомеханического возврата. Его измерение должно осуществляться при значительной жесткости силовой системы пресса, в противном случае рабочая характеристика будет заниженной, а усилие затяжки болта - завышенным. Меняя толщину мерных прокладок при нескольких испытаниях получают всю зависимость Р(δ).The working force of the thermomechanical power drive drops as it moves down to zero. For the TN1 alloy, the largest relative displacement in the free state (the volume of the return form memory) is ε v = 1 ÷ 1.2%. To build the dependence of the developed effort on the displacement P (δ), the calibration of the force element is carried out, which is carried out on a press equipped with a force indicator. Axial movement is set due to the gap between the power element and the support of the press, the value of which is determined by the thickness of the measured gasket. As a result of heating, when the memory is realized, the power element selects the initial gap, and then develops the reactive force of the thermomechanical return. Its measurement should be carried out with significant rigidity of the press power system, otherwise the performance will be underestimated, and the bolt tightening force will be overestimated. By changing the thickness of the measured gaskets with several tests, the entire dependence P (δ) is obtained.
При затяжке болта потери полезного усилия, развиваемого силовым элементом 4, происходят в результате паразитных деформаций стягиваемых деталей, выборки люфтов из-за отклонений их поверхностей от плоскости, а также растяжения хвостовика 3 и податливости в резьбе "хвостовик-болт" (см. фиг.1). Эти смещения контролируются по индикатору 8 с помощью измерительного стержня 6. Хвостовик индикатора 8 по посадке устанавливается в отверстие втулки 7.When the bolt is tightened, the loss of useful force developed by the power element 4 occurs as a result of parasitic deformations of the parts being pulled together, backlash sampling due to deviations of their surfaces from the plane, as well as extension of the shank 3 and flexibility in the shank-bolt thread (see Fig. one). These displacements are monitored by indicator 8 using the measuring rod 6. The shank of the indicator 8 on landing is installed in the hole of the sleeve 7.
Рассмотрим задачу установки требуемого усилия затяжки Рδ по углу поворота рукоятки φ°, вкручиваемой в резьбовое отверстие гаечной головки 1 через прорезь в опоре 2. Угол поворота φ° отсчитывается по лимбу с точностью до 0,5° на наружной цилиндрической поверхности опоры 2.Consider the task of setting the required tightening force P δ according to the angle of rotation of the handle φ °, screwed into the threaded hole of the nut head 1 through the slot in the support 2. The rotation angle φ ° is measured along the limb with an accuracy of 0.5 ° on the outer cylindrical surface of the support 2.
Из условия совместности деформаций можем записатьFrom the condition of compatibility of deformations, we can write
, (1) , (one)
где εS - деформация недовосстановления;where ε S is the deformation of underreduction;
εf - термически обратимая деформация силового элемента 4;ε f - thermally reversible deformation of the power element 4;
εV - объем памяти формы;ε V is the amount of shape memory;
р, l - шаг резьбы болта D и длина силового элемента 4;p, l is the thread pitch of the bolt D and the length of the power element 4;
δu - суммарная величина паразитных смещений сопрягаемых деталей узла, измеряемая индикатором 8.δ u - the total value of spurious displacements of the mating parts of the node, measured by indicator 8.
Если для экспериментально полученной рабочей характеристики начало координат поместить в точку Р=0 и направить ось абсцисс в обратную сторону, то, откладывая на ней величину деформации δ/l, нетрудно пересчитать зависимостьIf, for the experimentally obtained working characteristic, the coordinate origin is placed at the point P = 0 and the abscissa axis is directed in the opposite direction, then, putting the strain value δ / l on it, it is easy to recalculate the dependence
, (2) , (2)
где A, m - экспериментальные коэффициенты.where A, m are experimental coefficients.
Отсюда, при Р=Рб, получаемHence, with P = P b , we obtain
. (3) . (3)
Тарировочная номограмма для определения угла φ° при заданном усилии затяжки Рб для определенного типоразмера силового элемента термомеханического гайковерта приведена на фиг.2.A calibration nomogram for determining the angle φ ° at a given tightening force P b for a specific size of the power element of a thermomechanical wrench is shown in figure 2.
В целях эксплуатационной безопасности в ответственных конструкциях величина напряжения от затяжки не должна превышать половину предела текучести материала болта σ≤σT/2. Осевая деформация термического восстановления силового элемента 4 под нагрузкой обычно составляет не более 0,3%. Поэтому длина силового элемента 4 должна быть меньше длины болта D в 3-4 раза.For operational safety in critical structures, the magnitude of the tension from the tightening should not exceed half the yield strength of the bolt material σ≤σ T / 2. The axial deformation of the thermal recovery of the power element 4 under load is usually not more than 0.3%. Therefore, the length of the power element 4 should be 3-4 times less than the length of the bolt D.
Для более равномерного нагрева с одной стороны и обеспечения устойчивости в осевом направлении с другой - толщину стенки h силового элемента 4 берут в пределах 8-16 мм. Отсюда, диаметр срединной поверхности (Dcp) силового элемента 4 приближенно равенFor more uniform heating on the one hand and stability in the axial direction on the other, the wall thickness h of the power element 4 is taken in the range of 8-16 mm. Hence, the diameter of the middle surface (D cp ) of the power element 4 is approximately equal
, (4) , (four)
где σR - напряжение возврата, которое принимают равным σR~200 МПа.where σ R is the return voltage, which is taken equal to σ R ~ 200 MPa.
Предлагаемые термомеханические гайковерты могут быть установлены на каждой гайке или через одну автономно. При этом затяжка всех болтов стыка производится одновременно при включении устройств в единую электрическую цепь, что обеспечивает равномерность затяжки всех болтов стыка.The proposed thermomechanical wrenches can be installed on each nut or through one independently. In this case, the tightening of all joint bolts is performed simultaneously when the devices are included in a single electrical circuit, which ensures uniform tightening of all joint bolts.
Использование предложенного термомеханического гайковерта по сравнению с известным, обеспечивает надежность и долговечность устройства в эксплуатации, транспортабельность, малый вес, габариты, высокую ремонтопригодность, автономность в работе, снижение численности обслуживающего персонала.Using the proposed thermomechanical wrench in comparison with the known one ensures the reliability and durability of the device in operation, transportability, low weight, dimensions, high maintainability, autonomy in operation, reducing the number of staff.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010151676/02U RU104110U1 (en) | 2010-12-17 | 2010-12-17 | THERMOMECHANICAL WRENCH |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010151676/02U RU104110U1 (en) | 2010-12-17 | 2010-12-17 | THERMOMECHANICAL WRENCH |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU104110U1 true RU104110U1 (en) | 2011-05-10 |
Family
ID=44732951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010151676/02U RU104110U1 (en) | 2010-12-17 | 2010-12-17 | THERMOMECHANICAL WRENCH |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU104110U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USD975173S1 (en) * | 2020-08-04 | 2023-01-10 | Rockler Companies, Inc. | Typeface |
-
2010
- 2010-12-17 RU RU2010151676/02U patent/RU104110U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USD975173S1 (en) * | 2020-08-04 | 2023-01-10 | Rockler Companies, Inc. | Typeface |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103423274B (en) | Method of guaranteeing fan high-strength bolt pretightening force to be accurately exerted | |
| JP4659218B2 (en) | Fluid pressure nut for tension application | |
| CN110298118B (en) | Bolt critical loosening load calculation method considering thread flexibility | |
| CN105452686A (en) | Double-bolt loose proof method | |
| US4603588A (en) | Device for gripping specimens | |
| CN105300671B (en) | A kind of precision bolt connects moment of torsion pretightning force mapping relations measurement apparatus | |
| CN112179554B (en) | Thread torque and pretightening force measuring device of small-size bolt fastener | |
| CN103195957B (en) | Spring safety valve with online monitoring and inspection functions | |
| CN105424481A (en) | Threaded fastener guarantee load testing apparatus and testing method thereof | |
| CN103674389B (en) | Test method of determining catheter sealing joint tightening torque | |
| CN102778397B (en) | Loading device and method for durability test of compression concrete | |
| RU104110U1 (en) | THERMOMECHANICAL WRENCH | |
| CN105485125B (en) | A kind of bolt and measuring method for surveying pretension elongation | |
| CN205352847U (en) | Threaded fastener guarantees load testing arrangement | |
| CN109520922A (en) | A kind of test device and test method of bolt coefficient of friction and torque coefficient | |
| CN101890699B (en) | Stay bolt adjusting mechanism of gas turbine pull rod type rotor and operating method thereof | |
| CN219348037U (en) | Fastening axial force detection core mold of torsional shear type bolt | |
| CN203965078U (en) | A kind of high-strength bolt pretightening force measuring apparatus | |
| D’Eramo et al. | An experimental validation of load distribution in screw Threads | |
| CN116577013A (en) | Testing device for tightening torque and axial force of threaded structure | |
| CN202883627U (en) | Screw joint device easy to disassemble and assemble | |
| Kenny et al. | The distribution of load and stress in the threads of fasteners-a review | |
| CN106272216A (en) | Spacecraft fastener torque tightens switching device | |
| CN111852526B (en) | Length-adjustable real-time monitoring anchor rod device | |
| CN110977873B (en) | Stud bolt mounting tool and use method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RH1K | Copy of utility model granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20141208 |
|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20141218 |