РАЗРАБОТКА ШКАЛЬНЫХ МОМЕНТНЫХ КЛЮЧЕЙ

Модестов МБ., Чудов В А., Шульженко АА.

Ключи моментные (динамометрические – устар.) иногда применяются при сборке, для затяжки резьбовых соединений нормированным усилием. Чаще всего они используются в автопромышленности и в автосервисе. Но и здесь лишь малая часть резьб требует затяжки под контролем момента. При этом и среди них особенно редко встречаются левые резьбы. Типы и конструкции ключей моментных ещё нельзя считать окончательно устоявшимися, что и подтверждается их большим разнообразием при отсутствии доминирующих моделей. Это побуждает нас к дальнейшей работе над подобными ключами на основе анализа соответствующей нормативной документации и наиболее ходовых моделей.

По аналогии со станкостроением эти ключи можно отнести к области активного контроля, когда технологическую операцию съёма металла ведут при непрерывном измерении размера объекта, прекращая обработку по показанию прибора, отвечающему заданной величине размера. Однако, в отличие от активного контроля геометрических параметров деталей, здесь результат не может быть проверен каким-либо дублирующим измерительным средством без «разрушения» выполненного объекта – затянутого соединения. Это требует ужесточения точностных и эргономических показателей конструкции ключей, чтобы облегчить работу сборщика, хотя бы частично уменьшить влияние фактора небрежности в условиях невозможности перепроверки качества соединения. В частности, для повышения объективности используют ключи предельные - с отсечкой момента. К тому же эти ключи более производительны, чем шкальные и потому особенно удобны на конвейерной сборке. Однако, они уступают последним в универсальности, простоте и износостойкости. Недостаток шкальных ключей – необходимость непрерывного наблюдения за движением стрелки по шкале вплоть до достижения заданного значения.

< в ГОСТ Р 51254-99 (ИСО 6789-92). Он охватывает ключи как шкальные, так и предельные (с отсечкой момента). Стандарт в частности, устанавливает как обязательные некоторые нормы и соотношения параметров шкал. Так, задан ряд значений допустимой погрешности (в процентах от воспроизводимого значения) и соответствующий ряд значений предельных цен деления ( в процентах от верхнего предела измерений):

2 и 2,5; 3 и 4; 4 и 5; 6 и 8; 8 и 10. При этом нижний предел измерений (воспроизведений) должен составлять не менее 20% от верхнего предела, хотя наличие нулевой отметки шкалы обязательно. Посмотрим, что дает такое нормирование, на примере третьей пары ряда – 4 и 5, кстати наиболее распространенной. Норма 5% не позволяет иметь на шкале менее двадцати делений (включая неиспользуемые первые 20% делений шкалы). Норма же 4% не ставит жестких ограничений, но делает нецелесообразным увеличение числа делений сверх двадцати пяти. так как использование цены деления, меньшего допустимой погрешности вводит оператора в заблуждение, создает иллюзию точности. Обычно считается, что цена деления должна примерно соответствовать допустимой погрешности. Цена деления обычно выражается целым числом, значащая цифра которого выбирается из ряда: 1, 2, 5. Это, а также соображения о числе делений на шкале создают некоторую определённость выбора диапазона при разработке ключей.

Остановимся на наиболее известных конструкциях шкальных ключей. Начнем с консольной схемы, где нажимной рычаг, преобразующий усилие на его конце в момент на присоединительном квадрате одновременно служит чувствительным элементом, а его прогиб – указателем текущего момента на квадрате. Шкала моментов закрепляется на рычаге вблизи рукоятки, а отсчетная стрелка – на другом его конце, где закреплён квадрат.

Ключ производства ЗИС [1] – рис. 1 - имел рычаг прямоугольного сечения, выпускался восемью типоразмерами на моменты от 35 до 350 Нм, с квадратами 10; 12,7 и 21мм, общей длиной 333; 400 и 500 мм . Ключ сложен в изготовлении. Он не имеет средств регулировки передаточного отношения, что завышает требования к точности изготовления рычага. Для ключей малых номиналов их длина слишком велика, что затрудняет работу с ними, а для больших номиналов недостаточная длина рычага требует использования недопустимо больших усилий – до 700 Н.

Ключ КМШ, разработанный предприятием ОРМЕТ, имеет рычаг круглого сечения , так же как и выпускаемый Новосибирским инструментальным заводом ключ КМШ-150– рис. 2, что упрощает производство. Диапазоны моментов – от 150 до 500Нм, квадраты – 12,5 и 20, длины от 270 до 650. В связи с превышением момента текучести материала рычага после работы на предельных моментах настройку нуля приходится восстанавливать.

Кроме консольных ключей сейчас широко используются торсионные ключи – рис.3, в которых ось упругого элемента кручения совмещена с осью квадрата. Такой ключ [2] выпускается совместно ООО «НИФОР» (Минск) и ООО «Экометр» (Москва) - рис.3. Торсион 1 в виде валика имеет на одном конце присоединительный квадрат 2 и трубчатый передаточный элемент 3, несущий тягу 4. На другом конце торсиона имеется поперечное отверстие под вороток 5. На этом конце также закреплен кронштейн, несущий рычажно-зубчатый передаточный механизм 6 с круговой шкалой и стрелкой. Входное плечо механизма соединено серьгой 7 с тягой 4. При работе торсион скручивается, и стрелочный механизм показывает угол его закрутки, то - есть крутящий момент на квадрате. Выпускаются ключи на диапазоны 60; 120; 150; 240; 500; 800; 1500 Нм. Привлекает компактность конструкции, так как вороток как бы не входит в комплект и его можно выбрать произвольно. Установка нуля достигается регулировкой начального положения тяги. Для регулировки передаточного отношения подгибают серьгу, меняя длину плеча. И всё же конструкция ключа достаточно сложна.

ИМАШ РАН и ООО ЭКОМЕТР работают над проблемами повышения удобства работы и упрощения производства ключа. Как отмечалось выше, при работе шкальным ключом приходится отслеживать момент совмещения стрелки с заданным делением шкалы, что перегружает внимание оператора. Этот недостаток может быть исправлен путём выполнения стрелки поворотной с фиксацией её на оси поворота и нанесения на шкалу обратной оцифровки. Как и в ключах предельных, перед затяжкой выполняют предустановку, выводя откреплённую стрелку на заданное деление шкалы и фиксируя её. При работе же достаточно уловить лишь момент выхода стрелки на нуль. Можно также разместить в нуле шкалы датчик положения (электроконтактный, индуктивный, оптический и т.п.) и вести затяжку, не глядя на стрелку до звукового или светового сигнала. Получается ключ с отсечкой момента. Так как шкала при этом используется лишь для предустановки, но не для отслеживания затяжки, её можно выполнить более компактной, менее «глазастой». Главное же в том, что можно обойтись лишь половиной шкалы, а для предустановки при затяжке левых резьб достаточно разместить на ней дополнительную, обратную оцифровку.

Мы решили разработать систему из одного базового ключа и набора мультипликаторов момента для перехода к большим диапазонам. В качестве мультипликатора естественно использовать удлинитель рычага (не путать с удлинителем квадрата по ГОСТ 25600-83). Такой удлинитель рычага показан на рис.4. Действующая длина рычага должна быть кратна действующей длине базового ключа – расстоянию между осью квадрата и серединой рукоятки. При выборе базовой модели надо учитывать, что усилие нажима на рукоятку не должно превышать 500Н, а для удобства работы длину ключа следует выбирать в пределах 200-400мм.

Если взять для базового ключа цену деления 5Нм, то верхний предел диапазона моментов можно принять 125Нм, действующая длина должна быть 250мм, а общая – около 300мм. Согласно ГОСТ Р 51254-99 нижний предел равен 20% от верхнего, то - есть 25Нм. Меньшие моменты могут быть обеспечены моментными отвертками. При этом на шкале – 25 делений (считая и первые пять, неработающие). По ГОСТ Р 51254-99 при выбранном диапазоне размер квадрата равен 10мм.

Нами разработана двухконсольная конструктивная схема ключа, напоминающая равнобедренный треугольник – рис. 5. В его вершине закреплёна головка 1 с присоединительным квадратом, а его стороны образуют рычаги 2, заделанные концами в головку. Другие концы рычагов связаны упругой стяжкой 3 и несут серьги 4, связанные по концам плоской пружиной 5 , на конце которой крепится стрелка 6 из мягкого алюминия для изгибания её при предустановке на заданный момент затяжки. Сопряжённая с ней шкала 7 установлена на одном из рычагов с возможностью её перемещения вдоль рычага при настройке передаточного отношения. Перед использованием ключа его устанавливают на заданный момент затяжки, для чего вне рабочей зоны в положении, удобном для наблюдения шкалы и манипулирования, изгибают стрелку, выводя её на заданное деление шкалы. При работе нажимают на рукоятку до тех пор, пока стрелка не укажет на нулевое деление шкалы. В ходе приложения нагрузки к рукоятке рычаги прогибаются, а их торцы под стяжкой поворачиваются, смещая серьги концами вдоль ключа в разные стороны, что изгибает пружину 5 и приводит к повороту стрелки. В сравнении с одноконсольной такая схема значительно увеличивает передаточное отношение, обеспечивая компактность ключа при достаточной его простоте.

И все же наибольшей простоты удалось достичь на основе одноконсольной схемы рис.2, изменив конструкцию рукоятки, чтобы поместить на ней шкалу – рис. 6.. При этом вместо поворота стрелки, как в двухконсольном ключе, предлагается её изгибать при преднастройке на заданную величину момента. Для этого стрелка вырезается из отожженного листового алюминия.

Этот ключ является базовым. Увеличение диапазона достигается использованием удлинителей рычага (см. рис. 4). Для удвоения диапазона (и цены деления) действующий размер удлинителя должен быть равен 250 мм , а для увеличения вчетверо – 750 мм .

Рассмотрим другой вариант базового ключа – с ценой деления 10 Нм. Здесь верхний предел диапазона моментов получается 250 Нм, а действующая длина рычага – 500 мм . Вряд ли это удобно, по крайней мере для автосервиса.

Оценим универсальность параметров принятой схемы. В модели ВАЗ 2106, например, наш ключ обеспечивает нормированную затяжку 80% табличных резьб, для одной необходим удлинитель, остальные требуют использования моментной отвертки.

Copyright © 2018, ООО "Экометр". Все права защищены.