Устройство контроля осевой силы затяжки Советский патент 1988 года по МПК B25B21/00 G05B23/02 B23P19/06 

4;

и

о

Од 00

:о

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для автоматизации процессов сборки резьбовых соединений.

Цель изобретения - повышение точности контроля.

На фиг. 1 показана схема устройства; на фиг. 2 - зависимости силы затяжки и момента от угла поворота; на фиг. 3 - эпюры сигналов на блоках устройства.

Устройство содержит двигатель 1, электромагнитную муфту 2, рабочую головку 3, связанную с электромагнитной муфтой 2 посредством редуктора 4, датчик 5 угла и датчик 6 момента, установленные на шпинделе устройства и связанные с блоком 7 управления, содержашим компаратор 8, первым входом подключенный к выходу датчика 6 момента, вторым входом к выходу цифроаналогового преобразователя 9, а выходом через первый элемент И 10 - к счетному входу первого счетчика 11 импульсов, выходами подключенного к входам цифро- аналогового преобразователя 9, генератор 12 импульсов, второй элемент И 13, первым входом подключенный к выходу первого триггера 14, вторым входом - к инверсному выходу второго триггера 15, второй счетчик 16 импульсов, счетным входом подключенный к выходу третьего элемента И 17, первым входом подключенного к выходу первого элемента И 10, а вторым - к выходу второго элемента И 13, третий и четвертый триггеры 18 и 19, элемент НЕ 20, четвертый элемент И 21, ключ 22, например транзисторный, эмиттером подключенный к общей шине, а коллектором, через обмотку 23 возбуждения электромагнитной муфты 2 - к блоку питания, элемент 24 памяти, адресными выходами подключенный к выходам второго счетчика 16, а выходами - к вторым входам цифрового компаратора 25, первыми входами подключенного к выходам первого счетчика 11 импульсов, а выходом - к первому входу четвертого элемента И 21. Второй вход элемента И 21 через элемент НЕ 20 соединен с выходом второго элемента И 13, а выход элемента И 21 соединен с С-входами третьего и четвертого триггеров 18 и 19. Д-вход третьего триггера 18 соединен с шиной «Напряжение логической единицы, его выход - с Д-входами первого и четвертого триггеров 14 и 19. Инверсный выход четвертого триггера 19 подключен к управляющему входу ключа 22. Второй вход первого элемента И 10 подключен к выходу генератора 12 импульсов. D-вход второго триггера 15 подключен к выходу первого триггера 14, а С-входы первого и второго триггеров 14 и 15 подключены к выходу датчика 5 угла.

На фиг. 2, где обозначены: F - сила затяжки, ф - угол поворота, Аф2 - угол поворота, соответствующий желаемой силе

5

затяжки FP, М - крутящий момент, показано, что процесс затягивания резьбавого соединения имеет три последовательные стадии.

Первая стадия, заканчивающаяся в точке А, характеризуется нелинейной зависимостью между крутящим моментом и углом поворота. Величина производной крутящего момента по углу поворота возрастает.

В точке А начинается вторая стадия,

0 которая. характеризуется линейной зависимостью между крутящим моментом и углом поворота. Производная крутящего момента, по углу поворота постоянная и достигает своего максимального значения.

г От точки В начинается третья стадия, которая характеризуется нелинейной зависимостью между моментом и углом поворота, обусловленной пластической деформацией соединения. Величина производной крутящего момента на этой стадии умень0 шается. Таким образом, линейная чась графика (фиг. 2) соответствует упругой деформации соединения, а наклон кривой характеризует жесткость соединения.

Принцип работы заключается в том, что определяют производную dM/d(f между двумя произвольными точками М,, ff и Mg, Vj. . находящимися на линейном участке зависимости М ), причем произвольную вычисляют как отношение ДМ/Дф, где Д/И М2-MI, а Дф ф2-фь

0 Полученное значение производной умножается на величину угла поворота, которому в соответствии с экспериментально установленной жесткостью К резьбового соединения соответствует желаемая осевая сила затяжки Fp. Данное произведение

5 соответствует моменту М, при котором достигается сила затяжки Fp.

Устройство работает следующим образом. Предварительно экспериментально определяют значение минимальной и максип dM

мальвой производных-т- РУ Щ о момента

по углу поворота для группы затягиваемых резьбовых соединений. В соответствии с заданной точностью равномерно разбивают 5 полученный интервал значений производных и к каждому значению производных из этого ряда вычисляют значение крутящего момента AfH, при котором достигается требуемое значение осевой силы затяжки Fp.

Затем двоичные коды полученных значений крутящих моментов Мн записывают в элемент 24 памяти по адресам, соответствующим двоичным кодам производных

2, а в ячейку памяти с нулевым ад5 ресом записывается код предварительного момента затяжки М. После этого устройство устанавливают на резьбовое соединение, включают двигатель 1 и блок 7 управле0

ния, г.редварительно установленный в исходное состояние.

При этом триггеры 14, 15, 18, 19 и счетчики И и 16 устанавливаются в кулевое состояние. На инверсном выходе триггера 9 появляется напряжение «1х. Ключ 22 открывается и обмотку 23 возбуждения электромагнитной муфты к блоку питания. Муфта 2 включается и передает вращение двигателя 1 на рабочую головку 3. Начинается холостое навинчивание гайки.

Так как счетчик 11 находится в нулевом состоянии, то на выходе цифроанало- гового преобразователя 9 напряжение отсутствует. Напряжение отсутствует и на выходе датчика 6 момента, следовательно, на выходе компаратора 8 находится напряжение «О. Условие совпадения для элемента И 10 не выполняется, и выход генератора 12 отключен от счетного входа счетчика 11 импульсов.

После соприкосновения торца гайки с опорной поверхностью собираемого узла начинается процесс затяжки гайки. Момент на рабочей головке 3 устройства начинает возрастать, следовательно, начинает возрастать напряжение, снимаемое с выхода датчика б момента. Компаратор 8 срабатывает, на выходе появляется напряжение «1, и генератор 12 оказывается подключенным к счетному входу счетчика 11 импульсов. Последний начинает заполняться импульсами, следовательно, начинает возрастать напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 9. Как только напряжение на выходе преобразователя 9 превысит на величину одной ступени образцового напряжения напряжение, снимаемое с выхода датчика 6 момента, компаратор 8 возвращается в исходное состояние и отключает генератор 12 от счетного входа счетчика 11 импульсов.

Таким образом, в каждый момент времени в счетчике 11 записано количество импульсов, соответствующее величине крутящего момента на шпинделе устройства.

С выходов счетчика двоичный код текущего значения крутящего момента поступает на первые входы цифрового компаратора 25, на вторые входы которого поступает код с выходов элемента 24 памяти. Так как счетчик 16 находится в нулевом состоянии, то на выходах элемента 24 памяти находится код предварительного крутящего моментя-М/.

При работе устройства на выходе датчика 5 угла появляется импульс при повороте щпинделя на 1°. Эти импульсы поступают на тактирующие входы триггеров 14 и 15, которые остаются в «нулевом состоянии, так как на D-входе триггера 14 напряжение «О. При достижении крутящим моментом на щпинделе величины предварительного крутящего момента Ml, цифровой .компаратор 25 срабатывает, на его выходе.

появляется напряжение «1, которое через элемент И 21, для которого выполняется условие совпадения, поступает на тактирующие входы триггеров 18 и 19 и по переднему фронту этого импульса триггер 18 устанавливается в единичное состояние. С выхода триггера 18 напряжение «1 поступает на D-вхол. триггера 14. При поступлении импульса с выхода датчика 5 угла триггер 14 устанавливается в единичное состояние. Начинает выполняться условие совпадения для элемента И 13. На его выходе появляется напряжение «1, которое поступает на вход элемента И 17. Выход элемента И 10 оказывается подключенным

5 к счетному входу счетчика 16 импульсов. Последний синхронно со счетчиком 11 начинают заполняться импульсами с выхода ге- HepaYopa 12. Так как на выходе элемента И 13 напряжение «1, то на выходе элемента НЕ 20 - «О. Условия совпадения

0 для элемента И 21 не выполняются, и выход цифрового компаратора отключен от С-вхо- дов триггеров 18 и 19.

При поступлении следующего импульса с выхода датчика 5 угла на тактирующие

5 С-входы триггеров 14 и 15 второй триггер 15 устанавливается в единичное состояние. Условия совпадения для элемента И 13 перестают выполняться, и счетный вход счетчика 16 отключается от выхода элемента И 10. Таким образом, количество импульсов, посту0 пивщих на счетчик 16, равно приращению момента при повороте последнего на 1°. Код с выходов счетчика 16 поступает на адресные входы элемента 24 памяти, где по адресу кода приращения записано значение крутящего момента, при достижении которо5 го в данном резьбовом соединении обеспечивается расчетное усилие затяжки Fp. Код величины крутящего момента с выходом элемента памяти поступает на вторые входы цифрового компаратора 25. При до0 стижении крутящим моментом на рабочей головке устройства вычисленной величины на выходе цифрового компаратора появляется напряжение «1, которым триггер 19 устанавливается в единичное состояние. Ключ 22 закрывается и отключает об5 мотку 23 возбуждения электромагнитной муфты 2 от блока питания. Муфта 2 отключается, затяжка заканчивается.

Формула изобретения

0 Устройство контроля осевой силы затяжки, содержащее последовательно механически связанные двигатель, электромагнитную муфту, редуктор и рабочую головку, установленную на шпинделе, с которым кинематически связаны датчики угла и момента, причем выходы датчиков подключены к блоку управления, включающему в себя генератор импульсов, компаратор, первым входом подключенный к выходу датчика момента, вторым входом - к выходу циф- роаналогового преобразователя, а выходом через первый элемент И - к счетному входу первого счетчика импульсов, выходы которого подключены к входам цифроаналого- вого преобразователя, второй элемент И, первым входом подключенный к выходу первого триггера, а вторым входом - к инверсному выходу второго триггера, второй счетчик импульсов, счетным входом подключенный к выходу третьего элемента И, первый вход которого подключен к выходу первого элемента И, а второй вход - к выходу второго элемента И, третий и четвертый триггеры, четвертый элемент И и ключ, подключенный через обмотку возбуждения электромагнитной муфты к источнику питания, при этом второй вход первого элемента И подключен к выходу генератора импульсов, D-вход второго триггера подключен к выходу первого триггера, С-входы

0

jiepBoro и второго триггеров подключены к выходу датчика угла, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, блок управления снабжен элементом памяти, циф- ровым компаратором и элементом НЕ, причем адресные входы элементы п;амяти соединены с выходами второго счетчика импульсов, а выходы - с вторыми входами цифрового компаратора, первые входы которого соединены с выходами первого счетчика импульсов, а выход - с первым входом четвертого элемента И, вторым входом через элемент НЕ подключенного к выходу второго элемента И, выход четвертого элемента И подключен к С-входам третьего и 5 четвертого триггера, )-вход третьего триггера соединен с шиной «Напряжение логической единицы, его выход связан с D-BXO- дом первого и четвертого триггеров, а инверсный выход четвертого триггера подключен к управляющему входу ключа.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для автоматизации процессов сборки резьбовых соединений. Целью изобретения является повышение точности контроля. Устройство содержит механически связанные между собой двигатель, электромагнитную муфту, редуктор и рабочую головку, на шпинделе которой установлены датчики угла и момента. Выходы датчиков подключены к блоку управления. При включении устройства происходит включение электромагнитной муфты, которая начинает передавать вращение двигателя к рабочей головке, и начинается процесс завинчивания резьбового соединения. Момент на шпинделе устройства и угол его поворота датчиками момента и угла преобразуются в электрические сигналы, которые поступают в блок управления. В блоке управления вычисляются величина производной крутящего момента по углу поворота, по которой определяется расчетная величина крутящего момента затяжки Мн. При достижении на шпинделе расчетной величины крутящего момента затяжки блок управления выдает сигнал, по которому производитчя отключение электромагнитной муфты. 3 ил. i СЛ

//

&1

м А - /V К/

МИ

FP

о

-f(

f -fd J

Фие.2