RU2502591C2

RU2502591C2 - Method of making thread joints

Info

Publication number: RU2502591C2
Application number: RU2011128876/02A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Георгиевич Шуваев; Игорь Вячеславович Шуваев
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-12-27
Also published as: RU2011128876A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly, to making thread joints. Proposed method comprises pre-tightening of thread joint by applying torque to joint moving element and subjecting it to ultrasound oscillations. Current magnitudes of oscillation amplitude and frequency are used to define current values of joint dynamics.In case dynamic index reaches reference value said joint is locked by locking moment at acting by ultrasound oscillations to thread joint elements, ultrasound oscillation amplitude exceeding that of pre-tightening.

EFFECT: reliable locking.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при сборке резьбовых соединений.The invention relates to mechanical engineering and can be used in the assembly of threaded joints.

Известен способ сборки резьбового соединения, включающий предварительную затяжку путем приложения крутящего момента к подвижному элементу резьбового соединения и воздействия на элементы резьбового соединения и собираемые детали ультразвуковыми колебаниями и окончательную затяжку с контролем качества соединения (а.с. SU №1505770, МПК B25B 21/00, 07.09.89. Бюл. №33).A known method of assembling a threaded connection, including pre-tightening by applying torque to the movable element of the threaded connection and acting on the threaded connection elements and assembled parts by ultrasonic vibrations and the final tightening with quality control of the connection (AS SU No. 1505770, IPC B25B 21/00 09/07/89. Bull. No. 33).

Недостатком способа является низкая надежность соединений.The disadvantage of this method is the low reliability of the connections.

Наиболее близким по технической сущности является способ сборки резьбового соединения, включающий предварительную затяжку резьбового соединения путем приложения крутящего момента к подвижному элементу резьбового соединения и воздействия на элементы резьбового соединения и собираемые детали ультразвуковыми колебаниями, определение по текущим значениям амплитуды и частоты текущих значений коэффициента динамичности формируемого соединения, преобразование механических колебаний в электрический сигнал и окончательную затяжку резьбового соединения (патент РФ №2277041, МПК B25B 21/00, B23P 19/06; 27.05.2006. Бюл. №15).The closest in technical essence is a method of assembling a threaded connection, including pre-tightening the threaded connection by applying torque to the movable element of the threaded connection and acting on the elements of the threaded connection and assembled parts by ultrasonic vibrations, determining from the current values of the amplitude and frequency the current values of the dynamic coefficient of the formed connection , conversion of mechanical vibrations into an electrical signal and final tightening thread compounds (RF patent No. 2277041, IPC B25B 21/00, B23P 19/06; 05/27/2006. Bull. No. 15).

Недостатком известного способа являются низкие стопорящие свойства формируемого резьбового соединения.The disadvantage of this method is the low locking properties of the formed threaded connections.

В процессе эксплуатации резьбовых соединений в условиях тепловых и вибрационных нагрузок в результате объемных пластических деформаций происходит самопроизвольное увеличение пластических микроконтактных деформаций в витках резьбы, что приводит к снижению стопорящих свойств и самоотвинчиванию.During operation of threaded joints under thermal and vibrational stresses as a result of volumetric plastic deformations, a spontaneous increase in plastic microcontact deformations occurs in the threads, which leads to a decrease in locking properties and self-unscrewing.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении стопорящих свойств формируемых резьбовых соединений.The technical result of the invention is to increase the locking properties of the formed threaded connections.

Технический результат достигается тем, что в способе сборки резьбовых соединений, включающем предварительную затяжку резьбового соединения путем приложения крутящего момента к подвижному элементу резьбового соединения и воздействия на элементы резьбового соединения и собираемые детали ультразвуковыми колебаниями, определение по текущим значениям амплитуды и частоты текущих значений коэффициента динамичности формируемого соединения, преобразование механических колебаний в электрический сигнал и окончательную затяжку резьбового соединения, дополнительно при достижении коэффициентом динамичности эталонного значения фиксируют соединение стопорящим моментом путем воздействия на элементы резьбового соединения и собираемые детали ультразвуковыми колебаниями с амплитудой, превышающей амплитуду колебаний предварительной затяжки резьбового соединения.The technical result is achieved by the fact that in the method of assembling threaded connections, including pre-tightening the threaded connection by applying torque to the movable element of the threaded connection and acting on the threaded connection elements and assembled parts by ultrasonic vibrations, determining from the current values of the amplitude and frequency the current values of the dynamic coefficient of the generated connections, the conversion of mechanical vibrations into an electrical signal and the final tightening of the threaded compound, further when the coefficient of dynamic reference value fixed latching connection point by acting on the elements of the threaded connection and collected items ultrasonic oscillations having an amplitude greater than the amplitude of the pre-tightening of the threaded joint oscillations.

Ультразвуковые механические колебания используются одновременно для осуществления следующих полезных функций: во-первых, возбуждение резонансных колебаний приводит к снижению трения, устраняет перекосы и деформации в процессе свинчивания; во-вторых, механические колебания являются источником информации о параметрах динамического качества колебательной механической системы; в-третьих ультразвуковые колебания по окончании процесса свинчивания используются для формирования режима схватывания, повышая стопорящие свойства резьбовых соединений. Дополнительное введение механических колебаний в формируемое резьбовое соединение дает возможность совместить операции свинчивания и контроля качества, получать оперативную информацию о динамических параметрах качества соединения непосредственно в процессе сборки, а также предотвращать самоотвинчивание резьбовых деталей в процессе эксплуатации.Ultrasonic mechanical vibrations are used simultaneously to carry out the following useful functions: firstly, the excitation of resonant vibrations leads to a decrease in friction, eliminates distortions and deformations during make-up; secondly, mechanical vibrations are a source of information about the parameters of the dynamic quality of an oscillatory mechanical system; thirdly, ultrasonic vibrations at the end of the make-up process are used to form a setting mode, increasing the locking properties of threaded joints. The additional introduction of mechanical vibrations into the formed threaded joint makes it possible to combine the screwing and quality control operations, to obtain operational information about the dynamic quality parameters of the joint directly during assembly, and also to prevent the threaded parts from unscrewing during operation.

На рис.1 изображена структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа.Figure 1 shows a structural diagram of a device for implementing the proposed method.

Устройство содержит неподвижный элемент 1 резьбового соединения (болт), подвижный элемент 2 резьбового соединения (гайку), собираемые детали 3 и 4, концентратор 5 колебаний, пьезокерамический преобразователь 6, который зажат посредством шпильки 7 между концентратором 5 и частотопонижающим элементом 8 (демпфером). Пьезокерамический преобразователь 6 набран из дискретных шайб осевой поляризации, которые механически соединены последовательно, а электрически - параллельно. На одной из собираемых деталей 4 закреплен датчик вибрации 9, выход которого подключен к согласующему усилителю 10. К выходу согласующего усилителя 10 подключены частотомер 11 и измеритель 12 амплитуды вибрации, с выходом которого соединены блок 13 определения резонанса и первый вход программного блока 14, Ко второму и третьему входам программного блока 14 подключены выходы блока 13 определения резонанса и частотомера 11. Первый выход программного блока 14 подключен к блоку выдачи информации 15, а второй выход соединен с генератором колебаний 16.The device contains a fixed element 1 of a threaded connection (bolt), a movable element 2 of a threaded connection (nut), assembled parts 3 and 4, a vibration concentrator 5, a piezoceramic transducer 6, which is clamped by means of a pin 7 between the concentrator 5 and the frequency-reducing element 8 (damper). The piezoceramic transducer 6 is composed of discrete axial polarization washers that are mechanically connected in series and electrically in parallel. On one of the assembled parts 4, a vibration sensor 9 is fixed, the output of which is connected to a matching amplifier 10. A frequency counter 11 and a vibration amplitude meter 12 are connected to the output of the matching amplifier 10, with the output of which connected to the resonance detection unit 13 and the first input of the program unit 14, To the second and the third inputs of the program unit 14 are connected to the outputs of the resonance determination unit 13 and the frequency meter 11. The first output of the program unit 14 is connected to the information output unit 15, and the second output is connected to the oscillation generator 16.

Способ ультразвуковой сборки резьбовых соединений реализуют следующим образом.The method of ultrasonic assembly of threaded joints is implemented as follows.

Производят предварительную затяжку резьбового соединения. В контролируемом изделии, состоящем из собираемых деталей 3 и 4, в процессе свинчивания возбуждают и принимают колебания. С помощью генератора электрических колебаний 16 в пьезокерамическом преобразователе 6 возбуждают механические колебания и усиливают по амплитуде концентратором 5. В процессе навинчивания гайки на болт резьбового соединения происходит обжатие собираемых деталей 3 и 4, что приводит к увеличению площади контактирования деталей и изменению жесткости и. демпфирования колебательной механической системы. А это в свою очередь ведет к изменению резонансной частоты и коэффициента динамичности. Колебания, прошедшие через испытуемое соединение (болт 1, гайка 2 и собираемые детали 3 и 4), воспринимаются датчиком вибрации 9 и преобразуются в электрический сигнал, который после усиления в согласующем усилителе 10 поступает на входы частотомера 11 и измерителя 12 амплитуды вибрации. Сигнал с выхода измерителя 12 амплитуды вибрации поступает в блок 13 определения резонанса и первый вход программного блока 14. В состав блока 13 определения резонанса входит пиковый детектор, при помощи которого амплитуда вибрации запоминается в строгом соответствии «амплитуда-частота». Текущие значения амплитуды и частоты, поступающие на первый и третий входы программного блока 14, дают возможность построить амплитудно-частотную характеристику колебательной системы и определить текущее значение коэффициента динамичности. В программном блоке 14 предварительно устанавливают эталонные значения коэффициента динамичности для данного типа резьбового соединения.Pre-tighten the threaded connection. In a controlled product, consisting of assembled parts 3 and 4, vibrations are excited and received during make-up. Using the generator of electrical vibrations 16 in the piezoceramic transducer 6, mechanical vibrations are excited and amplified by the concentrator 5. In the process of screwing the nut onto the bolt of the threaded connection, the assembled parts 3 and 4 are compressed, which leads to an increase in the contact area of the parts and a change in stiffness and. damping of an oscillatory mechanical system. And this, in turn, leads to a change in the resonant frequency and dynamic coefficient. Vibrations that passed through the test connection (bolt 1, nut 2, and assembled parts 3 and 4) are sensed by vibration sensor 9 and converted into an electrical signal, which, after amplification in matching amplifier 10, is fed to the inputs of frequency counter 11 and vibration amplitude meter 12. The signal from the output of the vibration amplitude meter 12 enters the resonance determination unit 13 and the first input of the program unit 14. The resonance determination unit 13 includes a peak detector, by which the vibration amplitude is stored in strict accordance with the “amplitude-frequency”. The current values of the amplitude and frequency supplied to the first and third inputs of the program unit 14, make it possible to construct the amplitude-frequency characteristic of the oscillatory system and determine the current value of the dynamic coefficient. In the program unit 14, reference values of the dynamic coefficient for a given type of threaded connection are pre-set.

При достижении текущим значением коэффициента динамичности установленного эталонного значения программный блок 14 выдает сигналы на блок выдачи информации 15, на фиксацию (стопорение) крутящего момента М_кр и увеличение амплитуды сигнала с генератора электрических колебаний 16. По истечении заданной выдержки программный блок выдает команды на завершение процесса сборки.When the current value of the coefficient of dynamism reaches the established reference value, the program unit 14 gives signals to the information output unit 15, to fix (lock) the torque M _cr and increase the amplitude of the signal from the electric oscillation generator 16. After a specified shutter speed, the program unit issues commands to complete the process assembly.

Время выдержки и амплитуда ультразвуковых колебаний зависят от типа резьбового соединения. Так, в экспериментах для резьбы M10 достаточно надежное схватывание проявлялось при амплитудах ультразвуковых колебаний 6 мкм и времени выдержки 0,5-1,0 секунды.The exposure time and amplitude of ultrasonic vibrations depend on the type of threaded connection. So, in the experiments for the M10 thread, a sufficiently reliable setting was manifested at the amplitudes of ultrasonic vibrations of 6 μm and the exposure time of 0.5-1.0 seconds.

Предлагаемый способ ультразвуковой сборки резьбовых соединений позволяет обеспечить гарантированное качество каждого соединения без ужесточения технологии изготовления и сборки деталей за счет использования дополнительных ультразвуковых колебаний и соответствующих средств контроля.The proposed method for ultrasonic assembly of threaded joints allows you to ensure the guaranteed quality of each connection without tightening the manufacturing technology and assembly of parts through the use of additional ultrasonic vibrations and appropriate controls.

Claims

A method of assembling a threaded connection, including pre-tightening the threaded connection by applying torque to the movable element of the threaded connection and acting on the threaded connection elements and assembled parts by ultrasonic vibrations, determining from the current values of the amplitude and frequency the current values of the dynamic coefficient of the formed connection, converting mechanical vibrations into electrical the signal and the final tightening of the threaded connection, characterized in that when Using the dynamic coefficient of the reference value, the connection is fixed with a locking moment by acting on the elements of the threaded connection and the assembled parts by ultrasonic vibrations with an amplitude exceeding the amplitude of the preliminary tightening of the threaded connection.