SE427308B

SE427308B - Method and arrangement for measuring the mechanical stress in a rivet holding together at least two parts

Info

Publication number: SE427308B
Application number: SE8202663A
Authority: SE
Inventors: G Milazzo
Original assignee: Giuseppe Milazzo; Riv Officine Di Villar Perosa
Priority date: 1982-04-28
Filing date: 1982-04-28
Publication date: 1983-03-21

Abstract

Method and arrangement for measuring the tensile stress in riveted joints. The method involves the following procedural steps: at least two parts 2, 4 joined together by means of at least one rivet 5 are placed between a stop element 10 and a pressing element 11, which are arranged opposite each other and able to move toward each other; these elements 10, 11 are made to approach each other so as to elastically press together the parts 2, 4 with a predetermined force; whereupon one measures the length variation in the rivet 5 occurring on the basis of the elastic deformation of said parts 2, 4. <IMAGE>

Description

8202663- 4 _ 10 15 20 25 30 35 40 delar, som bildar buren. Härav uppstår nödvändigheten att kunna verifiera den mekaniska förspänningen hos nitarna ge- nom snabb och direkt mätning, både under tillverkningen och vid underhållsarbete på lagren. I dag är dylik verifering omöjlig för de lager som är i bruk, och vid många tillverk- ningsföretag utföres kontrollen med mycket långa intervall, genom indirekta metoder och under förstöring av den provade anordningen. Den önskade mätningen sker sålunda genom en för- störande, föga pålitlig och föga noggrann mätmetod. 8202663- 4 _ 10 15 20 25 30 35 40 parts, which form the cage. This gives rise to the need to be able to verify the mechanical preload of the rivets through fast and direct measurement, both during manufacture and during maintenance work on the bearings. Today, such verification is impossible for the bearings in use, and in many manufacturing companies the inspection is carried out at very long intervals, through indirect methods and during destruction of the tested device. The desired measurement is thus made by a destructive, unreliable and inaccurate measurement method.

Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sätt och vederbörlig apparatur för utförande av icke-förstörande kontroller på nitade förband, vilket sätt och vilken appara- tur med precision kan ange de reaktionsdragkrafter, för vil- ka nitarna är utsatta.The object of the present invention is to provide a method and appropriate apparatus for performing non-destructive checks on riveted joints, which method and which apparatus can accurately indicate the reaction tensile forces to which the rivets are exposed.

Detta syfte uppnås enligt föreliggande uppfinning, som avser ett sätt för att mäta den mekaniska spänningen i en nit, som sammanhåller minst två detaljer, anordnade mot varandra, var- vid sättet utmärker sig av följande förfaringssteg: - en av de två detaljerna placeras mot ett stopporgan, och ett tryckorgan placeras mittför stopporganet mot den andra av de två detaljerna, så att tryckorganet och stopporganet kan närmas varandra, - stopporganet och tryckorganet närmas varandra för att pres- sa de båda detaljerna mot varandra med förutbestämd kraft för att i dessa alstra en elastisk deformation, varvid - nitens längd mätes som resultat av den kompressionsspän- ning som de båda detaljerna utsättes för genom stopporganets och tryckorganets närmande mot varandra.This object is achieved according to the present invention, which relates to a method for measuring the mechanical stress in a rivet, which holds together at least two parts, arranged against each other, the method being characterized by the following method steps: - one of the two parts is placed against a stop means, and a pressure means is placed opposite the stop means against the other of the two parts, so that the pressure means and the stop means can approach each other, - the stop means and the pressure means approach each other to press the two parts against each other with predetermined force to produce a elastic deformation, the length of the rivet being measured as a result of the compressive stress to which the two parts are subjected by the approach of the stop member and the pressure member to each other.

Uppfinningen har även avseende på en anordning för mätning ' av den mekaniska spänningen i en nit, som sammanhâller minst tvâ detaljer, som är anordnade vid varandra, och vilken utmär- kes av att däri ingår: - ett stopporgan och ett tryckorgan, anordnade mittemot 10 15 20 25 30 35 40 8202663- 4 varandra och rörliga mot varandra, varvid ett utrymme är bil- dat mellan stopporganet och tryckorganet, avsett för att upp- taga de två detaljerna, som är fogade vid varandra medelst minst en nit, - drivorgan för närmande med förutbestämd kraft av stopporga- net och tryckorganet mot varandra för att med förutbestämt tryck mellan sig sammanpressade två vid varandra nitade detal- jerna, samt - "mätorgan för detektering av nitens längdförändringar.The invention also relates to a device for measuring the mechanical stress in a rivet, which holds together at least two parts, which are arranged next to each other, and which is characterized in that it includes: a stop means and a pressure means, arranged opposite 10 15 20 25 30 35 40 8202663- 4 each other and movable towards each other, a space being formed between the stop means and the pressure means, intended to receive the two parts, which are joined to each other by means of at least one rivet, - drive means for approaching with a predetermined force the stop means and the pressure means against each other so that with predetermined pressure compressed two parts riveted to each other, and - "measuring means for detecting changes in the length of the rivet.

För uppfinningens bättre förståelse kommer nu ett utförande av uppfinningen att beskrivas i form av ett icke-begränsande ut- föringsexempel med hänvisning till ritningen, som schematiskt visar en provutrustning enligt föreliggande uppfinnings lära, för provning av burar till lager.For a better understanding of the invention, an embodiment of the invention will now be described in the form of a non-limiting exemplary embodiment with reference to the drawing, which schematically shows a test equipment according to the teachings of the present invention, for testing cages for bearings.

I figuren anges med 1 en bur för lager, i föreliggande fall en bur för ett icke visat rullager med stora dimensioner för användning i järnvägssystem, omfattande två detaljer bildade av en tappring 2, försedd med ett flertal tappar 3, samt en bricka nade vid varandra med ett flertal stâlnitar 5, försedda med 4, företrädesvis gjord av koppar, och vilka är före- stukade, motsatta huvuden 6 och 7, och vilka är upptagna inuti tapparna 3. Sålunda uppvisar buren 1 ett flertal fönster 8, där icke visade rullar i lagret kan upptagas, och detaljerna 2 och 4 är vinkelvis förbundna vid varandra medelst friktions- koppling, i det att nitarna 5 försatts under dragspänning ge- nom en förspänning, varför de håller detaljerna 2 och 4 elas- tiskt hoppressade mot varandra.In the figure, 1 indicates a cage for bearings, in the present case a cage for a roller bearing (not shown) with large dimensions for use in railway systems, comprising two parts formed by a pin ring 2, provided with a plurality of pins 3, and a washer next to each other with a plurality of steel rivets 5, provided with 4, preferably made of copper, and which are pre-sprinkled, opposite heads 6 and 7, and which are received inside the pins 3. Thus, the cage 1 has a plurality of windows 8, where rollers not shown in the bearing can be accommodated, and the parts 2 and 4 are angularly connected to each other by means of friction coupling, in that the rivets 5 are put under tensile stress through a prestress, so that they keep the parts 2 and 4 elastically compressed against each other.

Buren 1 visas monterad på en apparat för utförande av en icke-förstörande kvalitetsprovning på minst två detaljer av godtyckligt slag, vilka är vända mot varandra och ömsesidigt hopfogade medelst minst en nit. Närmare bestämt är apparaten ägnad~ för att detektera mekanisk sträckspänning eller för- spänning, för vilken niten 5 är utsatt. Det är tydligt att utrustningen ;, såsom kommer att beskrivas i detalj senare, kan användas utan vidare för att utföra mätningar antingen 8202663-4 10 15 20 25 30 35 40 på buren 1 eller på någon annan nitad förbindelse.The cage 1 is shown mounted on an apparatus for performing a non-destructive quality test on at least two parts of any kind, which are facing each other and mutually joined by means of at least one rivet. More specifically, the apparatus is adapted to detect mechanical tensile stress or bias voltage to which the rivet 5 is exposed. It is clear that the equipment, as will be described in detail later, can be used without further ado to perform measurements either on the cage 1 or on any other riveted connection.

Apparaturenf omfattar ett stationärt stopporgan 10, som är utfört som en platta, och ett rörligt tryckorgan 11, anordnat mittemot organet 10 och rörligt mot detta senare genom aktive- ring av ett aktiveringsdon och/eller motormedel 12, exempel- vis utbildat som en luftcylinder, en hydraulisk cylinder, en elektrisk motor eller varje annat slag av anordning, som kan linjärt förflytta organet 11 med en förutbestämd kraft emot organet 10. Mellan dessa båda avgränsas ett säte 13, där de- taljerna 2 och 4 är anordnade, så att dessa senare sammanpres- sas mot varandra och mot elementet 10 genom frammatningen av elementet 11 med justerbar och förutbestämbar kraft, genom in- verkan av motormedlen 12.The apparatus comprises a stationary stop means 10, which is designed as a plate, and a movable pressure means 11, arranged opposite the means 10 and movable towards the latter by activating an actuator and / or motor means 12, for instance formed as an air cylinder, a hydraulic cylinder, an electric motor or any other type of device, which can linearly move the member 11 with a predetermined force against the member 10. Between these two a seat 13 is delimited, where the details 2 and 4 are arranged, so that the latter are compressed against each other and against the element 10 by the advancement of the element 11 with adjustable and predeterminable force, by the action of the motor means 12.

Dessutom är apparaten 'försedd med ett bärelement 14 för bu- ren 1 och med mätdon 15, omfattande en tolk 16, försedd med två avkännare, vari ingår fjädrande blad 18,vända mot varand- ra och anordnade att samverka med nitens 5 huvuden 6 och 7 för att detektera deras ömsesidiga förflyttningar och väsent- ligen mäta variationerna i nitens 5 längd på grund av den elastiska sammanpressningen av detaljerna 2 och 4 mot varand- ra. I medlen 15 ingår även givarmedel 19, som exempelvis kan utgöras av fyra elektriska trådtöjningsgivare, anordnade att detektera de elastiska deformationerna hos bladen 18, orsaka- de av förflyttningarna av huvudena 6 och 7. Elementen 10 och 11 har i det visade utföringsexemplet ringform och har var- dera ett flertal säten 20 för att upptaga avkännarna 18 och möjliggöra deras fria rörelse och samverkan med nitskallarna 6 och 7. I en icke visad variant är apparaturen även för sedd med andra mätdon, bildade av en andra tolk, liknande tol- ken 16, anordnad att samverka med ytor 21 och 22 på detaljer- na 2 och 4 för att mäta deras relativa förflyttning i axelrikt- ningen för niten 5, samt elektroniska komparatormedel, koppla- de både till trådtöjningsgivarna 19 och till givarmedel i den andra tolken för att jämföra förflyttningen hos ytorna 21 och 22 med längdvariationen hos niten 5.In addition, the apparatus is provided with a support element 14 for the cage 1 and with measuring devices 15, comprising an interpreter 16, provided with two sensors, comprising resilient blades 18, facing each other and arranged to cooperate with the heads 6 and 7 of the rivet 5. 7 to detect their mutual displacements and substantially measure the variations in the length of the rivet 5 due to the elastic compression of the parts 2 and 4 against each other. The means 15 also include sensor means 19, which may for instance consist of four electric wire strain sensors, arranged to detect the elastic deformations of the blades 18, caused by the movements of the heads 6 and 7. The elements 10 and 11 in the embodiment shown are annular and have each having a plurality of seats 20 to receive the sensors 18 and enable their free movement and interaction with the rivet heads 6 and 7. In a variant not shown, the apparatus is also seen with other measuring devices, formed by a second interpreter, similar to the interpreter 16 , arranged to cooperate with surfaces 21 and 22 on the details 2 and 4 to measure their relative displacement in the axial direction of the rivet 5, and electronic comparator means, connected both to the wire strain sensors 19 and to sensor means in the second interpreter to compare the displacement of the surfaces 21 and 22 with the length variation of the rivet 5.

Apparaturen,'w medelst vilken sättet för mätning av spänningen i niten 5, förenande detaljerna 2 och 4, får sin tillämpning, 10 15 20 25 30 35 40 8202663- 4 fungerar på följande sätt.The apparatus, by means of which the method for measuring the voltage in the rivet 5, joining the details 2 and 4, gets its application, operates in the following manner.

Till att börja med placeras buren 1 mellan elementen 10 och 11, så att dessa senare, när de närmar sig varandra, kan sam- manpressa detaljerna 2 och 4 mot varandra och sålunda medföra att spänningen i niten 5 minskas, och samtidigt placeras tol- ken 16 så att dess avkännare 18 samverkar med skallarna 6 och 7 till den nit, som man vill mäta spänningen i. Genom att se- dan starta drivmedlen 12 förflyttas elementet 11 mot elemen- tet 10, varigenom detaljerna 2 och 4 pressas mot varandra, och därför deformeras elastiskt och kortas i nitens 5 axelrikt- ning. Niten, som på grund av förspänningen är under spänning och elastiskt deformerad genom denna dragkraft, kan kompense- ra den elastiska deformationen genom att minska sin egen längd.To begin with, the cage 1 is placed between the elements 10 and 11, so that the latter, when they approach each other, can compress the parts 2 and 4 against each other and thus cause the tension in the rivet 5 to be reduced, and at the same time the interpreter is placed 16 so that its sensor 18 cooperates with the skulls 6 and 7 to the rivet in which the voltage is to be measured. By then starting the propellants 12, the element 11 is moved towards the element 10, whereby the parts 2 and 4 are pressed against each other, and therefore deformed elastically and shortened in the axis direction of the rivet. The rivet, which due to the preload is under tension and elastically deformed by this tensile force, can compensate the elastic deformation by reducing its own length.

Emellertid detekteras längdvariationen hos niten 5 genom av- kännarna 18 och överföres av givarna 19 till lämpliga indike- ringsmedel av känt slag, som här ej är visade.However, the length variation of the rivet 5 is detected by the sensors 18 and transmitted by the sensors 19 to suitable indicating means of known type, which are not shown here.

Sålunda består den metod, som föreslås enligt föreliggande upp- finning och som kan tillämpas medelst den ovan beskrivna appa- raturen, i att detaljerna 2 och 4 pressas mot varandra i om- rådet för enstaka tappar 3, så att man får en elastisk samman- pressning av en tapp, så att niten 5 fritt kan kortas, tills hela den elastiska deformationen på grund av förspänningen är helt kompenserad. Genom att mäta denna avkortning och då elas- ticitetsmodulen (E) för stålet och nitens tvärsnitt (S), lik- som dess längd, är kända, erhålles värdet på förspänningen ge- nom den kända och enkla formeln: = dl x E x S 1 P där dl är den längdvariation som detekteras av avkännarna 15.Thus, the method proposed according to the present invention and which can be applied by means of the apparatus described above, consists in that the parts 2 and 4 are pressed against each other in the area of individual pins 3, so that an elastic joint is obtained. pressing of a pin, so that the rivet 5 can be freely shortened, until the whole elastic deformation due to the pretension is completely compensated. By measuring this shortening and since the modulus of elasticity (E) of the steel and the cross section (S) of the rivet, as well as its length, are known, the value of the prestress is obtained by the known and simple formula: = dl x E x S 1 P where dl is the length variation detected by the sensors 15.

Det är tydligt att de fyra trådtöjningsgivarna 19, applicera- de på bladen 18, bör vara på lämpligt sätt anordnade i jäm- vikt, så att de är okänsliga för varje rörelse hos niten 5 under förflyttningen av elementen 10 och 11, med undantag för längdvariationen hos niten 5.It is clear that the four wire strain gauges 19, applied to the blades 18, should be suitably arranged in equilibrium, so that they are insensitive to any movement of the rivet 5 during the movement of the elements 10 and 11, with the exception of the length variation at the rivet 5.

Genom en konfiguration som den beskrivna möjliggöres detek- tering av värdena för den totala dragkraften på varje nit 5 8202663- 4 10 15 20 25 30 35 40 i buren 1, eller att på enkelt sätt fastställa huruvida ett dylikt värde är högre än ett förutbestämt minimivärde genom att genom enkla beräkningar utvälja lämpliga värden på tryck- kraften p, som skall utövas i området för tappen 3.By a configuration such as the one described, it is possible to detect the values of the total tensile force on each rivet in the cage 1, or to easily determine whether such a value is higher than a predetermined minimum value. by selecting by simple calculations suitable values of the compressive force p to be exerted in the area of the pin 3.

Genom att tillägga en ytterligare mätgivare vid buren 1 i en- lighet med den nämnda men icke visade varianten, är det möj- ligt att på samma sätt mäta elementets 11 tomgângsslag och därmed värdet på eventuella mellanrum mellan brickan 4 och tappringen 2.By adding an additional measuring sensor to the cage 1 in accordance with the mentioned but not shown variant, it is possible to measure in the same way the idle stroke of the element 11 and thus the value of any spaces between the washer 4 and the tapping ring 2.

En fördelaktig utföringsform för att samtidigt kontrollera alla tapparna, för det fall att stora kvantiteter av lager skall kontrolleras, kan uppnås genom att bredda den ovan be- skrivna konfigurationen. En tryckkrona kan bringas att verka på hela buren 1, vilken krona är försedd med ett flertal sä- ten 20 för införande av ett flertal tolkar 16, till ett antal motsvarande antalet tappar 3. Dessa är i apparaturen försed- da med radiella förskjutningsorgan, som möjliggör deras place- ring på buren 1 samtidigt. En elektronisk behandlingskrets av välbekant slag, och under utnyttjande av en helt självklar me- tod, förutom styrning av de successiva operationerna, medför att man kan avsöka nitarna en i taget eller till och med flera av dem samtidigt och bara indikera maximi- och minimivärdena bland dem, vilka detekteras och åstadkommer en alarmsignal, då det kontrollerade stycket är oacceptabelt.An advantageous embodiment for simultaneously checking all the pins, in case large quantities of bearings are to be checked, can be achieved by widening the configuration described above. A pressure crown can be caused to act on the entire cage 1, which crown is provided with a plurality of seats 20 for insertion of a plurality of interpreters 16, into a number corresponding to the number of pins 3. These are provided in the apparatus with radial displacement means, which enables their placement on cage 1 at the same time. An electronic treatment circuit of a well-known type, and using a completely obvious method, in addition to controlling the successive operations, means that one can scan the rivets one at a time or even several of them simultaneously and only indicate the maximum and minimum values among those which are detected and produce an alarm signal when the checked piece is unacceptable.

Genom sättet enligt föreliggande uppfinning kommer sålunda det kontrollerade stycket ej att bli förstört, så att det är möjligt att utföra ej blott en kontroll av bara stickprov utan även en hundraprocentig kontroll av tillverkade_artik- lar, liksom även av sådana som skall återanvändas, vid reno- veringskontroll.Thus, by the method of the present invention, the inspected piece will not be destroyed, so that it is possible to perform not only a check of only samples but also a one hundred percent check of manufactured articles, as well as of those to be reused, in renovation. weather control.

Vidare är systemet enligt föreliggande uppfinning enkelt, tillförlitligt, billigt och utmärker sig av mycket hög preci- sion.Furthermore, the system according to the present invention is simple, reliable, inexpensive and is characterized by very high precision.

Slutligen är det av det ovanstående klart att modifikationer och variationer kan göras av processen och vederbörlig appara- 8202663- 4 tur i enlighet med uppfinningen, utan att för den skull frân- gâ själva uppfinningstanken. Närmare bestämt är det möjligt att använda mätanordningar av andra typer än trâdtöjningsgi- Vare .Finally, it is clear from the above that modifications and variations can be made to the process and proper apparatus in accordance with the invention, without departing from the spirit of the invention itself for that purpose. More specifically, it is possible to use measuring devices of other types than wire strain gauges.

Claims

812 4026 6 3- 4 10 15 20 25 30 35 40 Patent claim

Method for measuring the mechanical stress in a rivet (5) holding together at least two parts (2, 4), arranged against each other, characterized by the following steps: - one of the two parts (2) is placed against a stop means (10), and a pressure means (11) are placed opposite the stop means (10) against the other (4) of the two details, so that the pressure means (11) and the stop means (10) can be approached to each other, - the stop means (10) and the pressure means (11) are approached to press the two parts (2, 4) against each other with predetermined force to produce an elastic deformation therein, the length of the rivet (5) being measured as a result of the compression stress which the two details (2, 4) are exposed by the approach of the stop member and the pressure member (10, 11) to each other.

Method according to claim 1, characterized in that the stop means (10) is stationary and the pressure means is movable towards the stop means and cooperates with activating means (12) for pressing the pressure means (11) against the said two details (2) with predetermined pressure. , 4), which are arranged against each other and thus these later against the stop means (10).

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the length of the rivet (5) is measured by means of measuring devices (15) arranged to co-operate with the opposite skulls (6, 7) of the rivet (5) in order to detect their mutual movements.

Method according to claim 3, characterized in that said measuring devices (15) comprise sensors (18), which are brought into contact with the skulls (6, 7) and thus are kept in contact with them during the successive steps of the process, and sensor means ( 19) arranged to measure the movement of the sensors (18).

A method according to any one of the preceding claims, wherein said two details (2, 4) consist of a tapping ring (2) and a washer (4) in a hole (1) for roller bearings, and which are connected to each other by a number of rivets (5), characterized in that the stop means (10) and the pressure means (11) have an annular shape and measuring devices (15) are arranged in the area of each of the mentioned rivets (5).

Device for measuring the mechanical stress in a rivet (5), which holds together at least two parts (2, 4), arranged against each other, characterized in that there is included a stop means (10) and a pressure means (11), arranged opposite each other and movable towards each other, a space being formed between the stop means (10) and the pressure means (11), intended to receive the two details (2, 4), which are joined to each other by at least a rivet (5), - drive means (12) for approaching with a predetermined force the stop means (10) and the pressure means (11) against each other in order to compress the two parts riveted to each other with a predetermined pressure (2, 4) , and - measuring devices (15) for detecting changes in the length of the rivet (5).

Device according to claim 6 ,. said two details (2, 4) being constituted by a tapping ring (2) and a washer (4) in a roller bearing for rail systems intended for railway systems, characterized in that the stop means (10) and the pressure means (11 ) have an annular shape and are each provided with a plurality of seats (20) for receiving the measuring devices (15).

Device according to claim 6 or 7, characterized in that the measuring devices (15) comprise an interpreter (16), provided with two elastic blades (18), placed opposite each other and arranged to cooperate with opposite skulls (6, 7). ) to the rivet (5) to follow their movements, and a plurality of wire strain sensors (19), arranged on the said blades (18) and suitable for detecting their deformations due to the movement of the skulls (6, 7). 8202663- 4

Device according to any one of claims 6-8, characterized in that it also includes other measuring devices for detecting the mutual movement of the two riveted parts (2, 4) and comparator means for comparing the said da the movement with the length change of the rivet (5).