RU2184026C2

RU2184026C2 - Power nut driver

Info

Publication number: RU2184026C2
Application number: RU2000111444/28A
Authority: RU
Inventors: В.М. Сучков; Г.В. Пикин
Original assignee: Зао "Инструм-Рэнд"
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2002-06-27

Abstract

FIELD: mechanized assembling of important threaded joints, possibly in different branches of machine engineering. SUBSTANCE: power driver has mechanism for deenergizing drive in the form of coaxially mounted on spindle end (opposite relative to head for wrench) tightening indicator frictionally connected with spindle and toothed carrier rotatably mounted on spindle. Toothed carrier is kinematically joined with pinion and it is provided with two limiting pins engaging with indicator. Boss of said indicator and boss of toothed carrier form screw gage performing mutual axial motion in range of rotation angle of indicator between two limiting pins; said angle is sufficient for operation of limit switch mounted along spindle axis and designed for engaging with indicator. Gearing for shifting spindle is internal gearing. EFFECT: enhanced accuracy of driver due to controlling tightening degree of threaded joint. 4 dwg

Description

Изобретение относится к механизированной сборке ответственных резьбовых соединений и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. The invention relates to the mechanized assembly of critical threaded joints and can be used in various industries.

Известно устройство для сборки резьбовых соединений, содержащее основание, опорную плиту, установленный между ними торсион, шпиндель с ключом, пневмодвигатель с планетарным редуктором, выходной вал которого жестко связан со шпинделем, механизм отключения пневмодвигателя, выполненный в виде дифференциала, одно центральное колесо которого закреплено на шпинделе, а другое центральное колесо выполнено с гнездом на торце под шарики, взаимодействующие с основанием, устройство снабжено шестерней, жестко связанной с венцовой шестерней планетарного редуктора и закрепленной своей ступицей на шпинделе, на которой установлено центральное колесо с гнездом с возможностью осевого перемещения на величину выступающей части шариков, конечным выключателем торсиона и зубчатым колесом, закрепленным на торсионе и взаимодействующим с шестерней, а водило дифференциала имеет регулируемый упор, установленный по отношению к конечному выключателю на угол, соответствующий заданному моменту затяжки резьбового соединения (см. авт. св. СССР 876410 от 30.10.81, бюл. 40 "Устройство для сборки резьбовых соединений"). A device for assembling threaded joints is known, comprising a base, a support plate, a torsion bar installed between them, a spindle with a key, an air motor with a planetary gearbox, the output shaft of which is rigidly connected to the spindle, an air motor shut-off mechanism made in the form of a differential, one central wheel of which is fixed to spindle, and the other central wheel is made with a socket at the end under the balls interacting with the base, the device is equipped with a gear rigidly connected to the ring gear plan gearbox and fixed with its hub on the spindle, on which a central wheel with a seat is mounted with the possibility of axial movement by the size of the protruding part of the balls, a torsion limit switch and a gear wheel mounted on the torsion bar and interacting with the gear, and the differential carrier has an adjustable stop mounted on with respect to the limit switch by an angle corresponding to the specified tightening torque of the threaded connection (see author St. USSR 876410 from 10.30.81, bull. 40 "Device for assembling threaded connections").

Недостатком данного устройства является использование в основе работы механизма отключения полярной системы координат с неподвижной осью - основанием устройства, что даже с поправкой в конечный момент затяжки в зависимости от коэффициентов трения резьбового соединения, устройство не обладает достаточной точностью достижения необходимой осевой силы затяжки и лишено возможности контролируемой затяжки до состояния текучести болта. Отсутствие постоянной кинематической связи звеньев дифференциала снижает технологические возможности устройства. Цель изобретения - повышение точности путем контроля затяжки резьбового соединения до состояния текучести болта. The disadvantage of this device is the use of the mechanism for turning off the polar coordinate system with a fixed axis - the base of the device, which even when adjusted at the final tightening moment depending on the friction coefficients of the threaded connection, the device does not have sufficient accuracy to achieve the necessary axial tightening force and is deprived of the possibility of controlled tightening to bolt flow. The lack of a constant kinematic connection of the differential links reduces the technological capabilities of the device. The purpose of the invention is to increase accuracy by controlling the tightening of the threaded connection to the state of fluidity of the bolt.

Поставленная цель достигается тем, что гайковерт содержит корпус, размещенные в нем планетарный редуктор с центральными зубчатыми колесами с наружными и внутренними зубьями, кинематически связанными сателлитами водила, привод с выходным валом, жестко связанным с центральным зубчатым колесом с наружными зубьями, торсион в виде динамометра, зубчатый шток которого кинематически связан с шестерней, закрепленной на ступице центрального зубчатого колеса с внутренними зубьями, крутильная жесткость которого задана пружиной, поджимающей зубчатый шток, шпиндель с головкой под ключ, кинематически связанный передачей смещения с водилом, механизм отключения привода с конечным выключателем, выполненный в виде коаксиально установленных на противоположном головке под ключ конце шпинделя сигнализатора затяжки, фрикционно связанного с ним, и зубчатого водила с возможностью поворота на шпинделе, зубчатое водило кинематически связано с шестерней и снабжено двумя ограничительными пальцами для взаимодействия с сигнализатором, ступица которого со ступицей зубчатого водила образуют винтовую пару, с относительным осевым движением в пределах угла поворота сигнализатора между ограничительными пальцами, достаточным для срабатывания конечного выключателя, установленного по оси шпинделя и предназначенного для взаимодействия с сигнализатором, а передача смещения шпинделя представляет собой передачу внутреннего зацепления. This goal is achieved by the fact that the wrench contains a housing, a planetary gear placed in it with central gears with external and internal teeth, kinematically connected satellite carriers, a drive with an output shaft rigidly connected to the central gear wheel with external teeth, a torsion bar in the form of a dynamometer, the gear rod which is kinematically connected with the gear fixed to the hub of the central gear wheel with internal teeth, the torsional rigidity of which is set by a spring compressing the tooth the same rod, a spindle with a turn-key head kinematically connected by a bias transmission with a carrier, a drive shutdown mechanism with a limit switch, made in the form of a spanner of the tightening indicator, friction-coupled with it, coaxially mounted on the opposite head and a gear carrier with the possibility of turning on spindle, the gear carrier kinematically connected to the gear and equipped with two restrictive fingers for interaction with the signaling device, the hub of which with the gear carrier hub form a screw pair, with relative axial movement within the angle of rotation of the indicator between the limiting fingers, sufficient to operate the limit switch installed along the axis of the spindle and designed to interact with the indicator, and the transmission of the spindle offset is an internal gear transmission.

На фиг.1 изображена кинематическая схема гайковерта;
на фиг.2 изображена схема звеньев механизма отключения привода в момент окончания затяжки резьбового соединения до требуемого состояния текучести болта;
на фиг.3 изображена схема звеньев механизма отключения привода в период затяжки резьбового соединения при упругих деформациях болта;
на фиг.4 изображено радиальное сечение винтовой пары сигнализатора и зубчатого водила.Figure 1 shows the kinematic diagram of a wrench;
figure 2 shows a diagram of the links of the drive shutdown mechanism at the end of the tightening of the threaded connection to the desired state of fluidity of the bolt;
figure 3 shows a diagram of the links of the drive shutdown mechanism during the tightening of the threaded connection with elastic deformation of the bolt;
figure 4 shows a radial section of a screw pair of the signaling device and the gear carrier.

Гайковерт содержит корпус 1, размещенные в нем планетарный редуктор 2 с центральными зубчатыми колесами 3 и 4 с наружными и внутренними зубьями, кинематически связанными сателлитами 5 водила 6, привод 7 с выходным валом 8, который жестко связан с центральным зубчатым колесом 3 с наружными зубьями. Реактивный момент при нагрузке в кинематической цепи гайковерта воспринимается торсионом в виде динамометра 9, зубчатый шток 10 которого поджат пружиной 11 и кинематически связан с шестерней 12, закрепленной на ступице 13 центрального зубчатого колеса 4 с внутренними зубьями. The wrench contains a housing 1, a planetary gearbox 2 located therein with central gears 3 and 4 with external and internal teeth, kinematically connected by satellites 5 of carrier 6, a drive 7 with an output shaft 8, which is rigidly connected to the central gear 3 with external teeth. The reactive moment under load in the kinematic chain of the wrench is perceived by the torsion in the form of a dynamometer 9, the gear rod 10 of which is pressed by the spring 11 and kinematically connected to the gear 12 mounted on the hub 13 of the central gear wheel 4 with internal teeth.

Шпиндель 14 гайковерта имеет головку 15 под ключ и кинематически связан передачей смещения с водилом 6. Передача смещения представляет собой передачу внутреннего зацепления, у которой зубчатое колесо 16 с наружными зубьями закреплено на водиле 6, а зубчатое колесо 17 с внутренними зубьями закреплено на шпинделе 14. The spindle 14 of the wrench has a turnkey head 15 and is kinematically connected by the offset transmission to the carrier 6. The offset transmission is an internal gear transmission, in which the gear 16 with the outer teeth is fixed on the carrier 6, and the gear 17 with the internal teeth is fixed on the spindle 14.

Механизм отключения привода содержит конечный выключатель 18, установленный по оси шпинделя и выполненный в виде коаксиально установленных на противоположном головке 15 под ключ конце шпинделя 14 зубчатого водила 19, с возможностью поворота на нем, и фрикционно связанного со шпинделем 14 сигнализатора 20 затяжки. Зубчатое водило 19 кинематически связано с шестерней 12 и снабжено двумя ограничительными пальцами 21 и 22 для взаимодействия с сигнализатором 20, ступица 23 которого со ступицей 24 зубчатого водила 19 образуют винтовую пару, с относительным осевым движением в пределах угла α поворота сигнализатора 20 между ограничительными пальцами 21 и 22. Осевое движение сигнализатора 20 должно быть достаточным (не менее хода) для срабатывания конечного выключателя 18 и предназначенного для взаимодействия с сигнализатором 20. The drive shutdown mechanism includes a limit switch 18 mounted on the axis of the spindle and made in the form of a coaxially mounted on the opposite head 15 turnkey end of the spindle 14 of the toothed carrier 19, with the possibility of rotation on it, and a tightening indicator 20 connected frictionly to the spindle 14. The toothed carrier 19 is kinematically connected with the gear 12 and is equipped with two restrictive fingers 21 and 22 for interaction with the signaling device 20, the hub 23 of which with the hub 24 of the gear carrier 19 form a helical pair, with relative axial movement within the angle α of rotation of the signaling device 20 between the restrictive fingers 21 and 22. The axial movement of the signaling device 20 should be sufficient (not less than the stroke) for operation of the limit switch 18 and intended for interaction with the signaling device 20.

Крутильная жесткость зубчатого колеса 4 с внутренними зубьями планетарного редуктора, задаваемая пружиной 11 динамометра 9, подбирается таким образом, чтобы в период упругих деформаций болта угол поворота зубчатого водила 19 по отношению к шпинделю имел положительные приращения, а в период состояния текучести болта отрицательные приращения. The torsional stiffness of the gear wheel 4 with the internal teeth of the planetary gear set by the spring 11 of the dynamometer 9 is selected so that during the period of elastic deformation of the bolt the rotation angle of the gear carrier 19 with respect to the spindle has positive increments, and in the period of the state of fluidity of the bolt, negative increments.

Фрикционная связь сигнализатора 20 и шпинделя 14 может быть выполнена из размещенного в сигнализаторе 20, поджатого пружиной 25 шарика 26 и контактирующего с образующей поверхностью диаметра шпинделя 14. Friction coupling of the indicator 20 and the spindle 14 can be made from the ball 26 placed in the indicator 20, pressed by the spring 25 of the ball 26 and in contact with the forming surface of the diameter of the spindle 14.

Регулирование затяжки может производится изменением относительного положения ограничительных пальцев 21 и 22, регулировкой положения конечного выключателя 18 вдоль оси шпинделя, регулировкой усилия динамометра. The adjustment of the tightening can be done by changing the relative position of the restrictive fingers 21 and 22, by adjusting the position of the limit switch 18 along the spindle axis, by adjusting the force of the dynamometer.

Гайковерт работает следующим образом. The wrench works as follows.

Гайковерт головкой 15 под ключ устанавливается на крепеж резьбового соединения. Включается привод 7 гайковерта. Вращение вала 8 привода 7 через планетарный редуктор 2 и передачу смещения с зубчатыми колесами 16 и 17 передается шпинделю 14 с головкой 15 под ключ. Происходит навинчивание и предварительная затяжка резьбового соединения, при этом звенья механизма отключения привода находятся в состоянии покоя, так как пружина 11 динамометра 9, находясь в предварительном поджатии, не позволяет повернуться зубчатому водилу 19, а сигнализатор 20 удерживается ограничительным пальцем 22. Шпиндель 14 поворачивается относительно сигнализатора по фрикционнной связи. A wrench with a turnkey head 15 is installed on the fasteners of the threaded connection. The 7 wrench drive is turned on. The rotation of the shaft 8 of the actuator 7 through the planetary gear 2 and the transmission of the displacement with the gears 16 and 17 is transmitted to the spindle 14 with the head 15 under the key. There is a screwing and pre-tightening of the threaded connection, while the links of the drive shutdown mechanism are at rest, since the spring 11 of the dynamometer 9, being in preliminary preload, does not allow the gear carrier 19 to turn, and the indicator 20 is held by the restrictive finger 22. The spindle 14 is rotated relative to signaling device for frictional communication.

При достижении затяжки, составляющей 40-80% от номинальной величины, начинается дифференциальный режим работы звеньев гайковерта. В этом случае каждому приращению поворота шпинделя 14 соответствует вполне определенная величина поворота зубчатого колеса 4 с шестерней 12 в реактивном направлении, при нагружении пружины 11 динамометра 9 за счет кинематической связи шестерни 12 и зубчатого штока 10. Кинематически связанное с шестерней 12 зубчатое водило 19 поворачивается в направлении вращения шпинделя 14 с положительным приращением угла поворота по отношению к сигнализатору 20 и шпинделю 14, и пальцем 21 начинает вести за собой сигнализатор 20. В этом относительном положении сигнализатора и зубчатого водила контакты конечного выключателя 18 разомкнуты за счет нижнего положения сигнализатора 20 в винтовой паре. Upon reaching a tightening component of 40-80% of the nominal value, the differential mode of operation of the wrench links begins. In this case, each rotation increment of the spindle 14 corresponds to a well-defined amount of rotation of the gear 4 with the gear 12 in the reactive direction, when the spring 11 of the dynamometer 9 is loaded due to the kinematic connection of the gear 12 and the gear rod 10. The gear carrier 19 kinematically connected to the gear 12 is rotated in the direction of rotation of the spindle 14 with a positive increment of the angle of rotation with respect to the indicator 20 and the spindle 14, and the finger 21 starts to lead the indicator 20 in this relative position the analyzer and the gear carrier, the contacts of the limit switch 18 are open due to the lower position of the signaling device 20 in a screw pair.

В условиях пластических деформаций болта (состояние текучести) жесткость резьбового соединения уменьшается, и зубчатое водило 19 получает по отношению к шпинделю отрицательное приращение угла поворота. Происходит отставание по вращению зубчатого водила 19 от сигнализатора 20, вращаемого шпинделем за счет фрикционной связи, который поворачивается в пределах относительного угла α между ограничительными пальцами, перемещается в осевом направлении (вверх), набирая достаточный ход для срабатывания конечного выключателя 18. При удобопреемлемом недобеге или максимум контакте сигнализатора 20 с ограничительным пальцем 22 зубчатого водила 19 происходит замыкание контактов конечного выключателя 18 и выключение привода 7, так как ход шпинделя в пределах угла α при дифференциальном режиме работы гайковерта позволяет передать в резьбовое соединение энергию для достижения заданной осевой силы затяжки (достижение состояния текучести). Under conditions of plastic deformation of the bolt (flow state), the rigidity of the threaded connection decreases, and the gear carrier 19 receives a negative increment of the angle of rotation with respect to the spindle. There is a lag in the rotation of the gear carrier 19 from the indicator 20, rotated by the spindle due to friction coupling, which rotates within the relative angle α between the restrictive fingers, moves in the axial direction (up), gaining sufficient travel to operate the limit switch 18. In case of an unacceptable shortage or maximum contact of the indicator 20 with the restrictive finger 22 of the gear carrier 19, the contacts of the limit switch 18 are closed and the drive 7 is turned off, since the spindle travel in The value of the angle α in the differential mode of operation of the screwdriver allows you to transfer energy to the threaded connection to achieve a given axial tightening force (achieving a yield state).

Далее под действием усилия пружины 11 динамометра 9 зубчатый шток 10 своим осевым усилием заставляет вернуться всем звеньям механизма отключения в исходное положение. Further, under the action of the force of the spring 11 of the dynamometer 9, the toothed rod 10, by its axial force, forces all links of the shutdown mechanism to return to their original position.

Планетарный редуктор в этом случае работает как мультипликатор при заторможенном шпинделе с уводом энергии, накопившейся в системе гайковерта, в направлении обесточенного двигателя. The planetary gearbox in this case works as a multiplier with a braked spindle with the removal of energy accumulated in the wrench system in the direction of the de-energized engine.

Головка 15 под ключ гайковерта 7 снимается с резьбового соединения и при ее установке на новое резьбовое соединение цикл затяжки повторяется. The wrench head 15 of the wrench 7 is removed from the threaded connection and when it is installed on a new threaded connection, the tightening cycle is repeated.

Claims

A wrench containing a housing, a planetary gearbox with central gears with external and internal teeth placed in it, kinematically connected planet carrier gears, a drive with an output shaft connected to a central gear wheel with external teeth, a torsion bar in the form of a dynamometer, the gear rod of which is kinematically connected with a gear fixed to the hub of the central gear wheel with internal teeth, the torsional rigidity of which is set by a spring pressing the gear rod, a spindle with a turnkey head, kine matically connected by the transmission of offset with the carrier, and a drive shutdown mechanism comprising a limit switch, characterized in that the drive shutdown mechanism is made in the form of a spindle of the tightening indicator, frictionally coupled with it, and a gear carrier, which can be rotated coaxially mounted on a turnkey opposite head on the spindle, and the toothed carrier kinematically connected to the gear and equipped with two restrictive fingers for interaction with the signaling device, the hub of which with the hub of the cog the carrier form a helical pair with relative axial movement within the angle of rotation of the indicator between the restrictive fingers, sufficient to operate the limit switch mounted on the axis of the spindle and designed to interact with the indicator, and the transmission of the spindle offset is an internal gear transmission.