Способ и устройство крепежной системы с индикацией нагрузки

Номер патента: 1307

Опубликовано: 25.12.2000

Автор: Сеней Стенли

Есть еще 2 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Аппарат для измерения нагрузки, содержащий

смонтированную снаружи камеру или лазер, причем любой из указанных компонентов закреплен в переносной чувствительной головке и выполнен с возможностью обнаружения изменения зазора между, с одной стороны, торцевой поверхностью стержня, закрепленного у основания отверстия в головке болта и тела крепежного устройства и, с другой стороны, базовой поверхностью головки болта крепежного устройства, причем указанный зазор вызывается продольным удлинением тела при его нагружении относительно базовой поверхности на головке болта, без контакта с движущимися относительно друг друга частями крепежного устройства, и

цепь генерации сигнала, реагирующую на обнаруженное изменение зазора для выработки выходного сигнала, характеризующего усилие затягивания, приложенного к крепежному устройству.

2. Аппарат для измерения нагрузки, содержащий

камеру или лазер, причем любой из указанных компонентов выполнен с возможностью съемной установки снаружи сверху на переносную чувствительную головку, установленную на верхнюю часть крепежного устройства для визуальной связи, или связи посредством светового луча, соответственно, с головкой болта крепежного устройства вдоль оси, параллельной продольной оси крепежного устройства, и с возможностью обнаружения изменения формы, вызванной отклонением первой части головки болта относительно второй части головки болта, когда крепежное устройство находится под нагрузкой, без контакта с указанными первой и второй частями головки болта, и

цепь генерации сигнала, реагирующую на обнаруженное изменение зазора для обеспечения выходного сигнала, характеризующего усилие затягивания, приложенного к крепежному устройству.

3. Измерительное устройство, содержащее переносную чувствительную головку, снабженную первой пластиной цилиндрического конденсатора, неподвижно закрепленной в переносной чувствительной головке, выполненной с возможностью съемной установки снаружи сверху на цельную головную часть крепежного устройства и обеспечения прямой емкостной связи со второй пластиной цилиндрического конденсатора, подвижно установленной в крепежном устройстве, для образования конденсатора для использования в цепи для обнаружения изменения зазора, измеряемого от опорной базовой плоскости головки болта крепежного устройства, причем изменение зазора в возникающее крепежном устройстве при его нагружении, вызывает изменение в емкостном реактивном сопротивлении цепи обнаружения без контакта между переносной чувствительной головкой и второй подвижной пластины конденсатора.

4. Измерительное устройство, содержащее цепь обнаружения, снабженную первой пластиной конденсатора, установленной съемно снаружи по отношению с расположенной рядом с отклоняющейся шайбой, установленной между цельной головной частью крепежного устройства и закрепляемой деталью, и выполненной с возможностью осуществления прямой емкостной связи со второй пластиной конденсатора, подвижно установленной на указанной шайбе крепежного устройства, с образованием конденсатора для использования в цепи обнаружения изменения зазора между первой и второй пластинами конденсатора, причем изменение зазора, возникающее в крепежном устройстве при его нагружении, вызывает изменение в емкостном реактивном сопротивлении цепи обнаружения без контакта между переносной чувствительной головкой и второй подвижной пластины конденсатора.

5. Измерительное устройство, содержащее переносную чувствительную головку, снабженную несколькими первыми пластинами конденсатора, неподвижно закрепленными в переносной чувствительной головке, выполненной с возможностью съемной установки снаружи сверху на цельную головную часть крепежного устройства и обеспечения прямой емкостной связи каждой из первых пластин конденсатора с общей второй пластиной, подвижно установленной в крепежном устройстве, с образованием конденсатора для использования в цепи для обнаружения изменения формы головки болта крепежного устройства, причем изменение формы, возникающее в крепежном устройстве при его нагружении, вызывает изменение в емкостном реактивном сопротивлении цепи обнаружения.

6. Измерительное устройство, содержащее переносную чувствительную головку, снабженную первыми, пространственно разделенными пластинами конденсатора, неподвижно зафиксированными в переносной чувствительной головке, выполненной с возможностью съемной установки снаружи сверху на цельную головную часть крепежного устройства и обеспечения прямой емкостной связи первых пластин конденсатора со второй пластиной, часть которой подвижно установлена в крепежном устройстве, с образованием нескольких конденсаторов для использования в цепи обнаружения изменения зазора, измеряемого от опорной базовой плоскости головки болта крепежного устройства, причем изменение зазора, возникающее в крепежном устройстве - при его нагружении, вызывает изменение в емкостном реактивном сопротивлении цепи обнаружения без контакта между переносной чувствительной головкой и второй подвижной пластиной конденсатора.

7. Измерительное устройство, содержащее

переносную чувствительную головку, снабженную первыми, пространственно разделенными пластинами конденсатора, неподвижно зафиксированными в переносной чувствительной головке, выполненной с возможностью съемной установки снаружи сверху на цельную головную часть крепежного устройства и обеспечения прямой емкостной связи первых пластин конденсатора со второй пластиной, часть которой подвижно установлена в крепежном устройстве, с образованием нескольких конденсаторов для использования в цепи обнаружения изменения зазора, измеряемого от опорной базовой плоскости головки болта крепежного устройства, причем изменение зазора, возникающее в крепежном устройстве при его нагружении, вызывает изменение в емкостном реактивном сопротивлении цепи обнаружения без контакта между переносной чувствительной головкой и второй подвижной пластиной конденсатора.

8. Устройство по пп.3, 5 или 6, отличающееся тем, что дополнительно содержит присоединительную часть, имеющую концевую часть для монтажа чувствительной головки на верхнюю часть головки крепежного устройства.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что концевая часть дополнительно содержит глухое отверстие в чувствительной головке, ориентированное вдоль продольной оси и оканчивающееся торцевой плоскостью, перпендикулярной к указанной оси, для охвата центровочного буртика крепежного устройства.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что концевая часть дополнительно содержит установленный внутри нее магнит.

11. Устройство по пп.3, 5 или 6, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один реактивный конденсатор содержит пару установленных концентрично кольцевых конденсаторов.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что нижние поверхности обоих кольцевых конденсаторов равноудалены от торцевой плоскости чувствительной головки, перпендикулярной продольной оси чувствительной головки.

13. Устройство по пп.5 или 6, отличающееся тем, что несколько первых пластин конденсатора дополнительно содержат конденсатор цилиндрической формы, установленный концентрично с конденсатором кольцевой формы.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что нижние поверхности конденсатора кольцевой формы и установленного концентрично с ним конденсатора цилиндрической формы равноудалены от торцевой плоскости чувствительной головки, перпендикулярной к ее продольной оси.

15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что нижние поверхности конденсатора кольцевой формы и установленного концентрично с ним конденсатора цилиндрической формы расположены на некотором расстоянии друг от друга и от торцевой плоскости чувствительной головки, перпендикулярной ее продольной оси.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

1 Область техники Настоящее изобретение относится к крепежным устройствам, выполненным с возможностью индикации нагрузок, которым они подвергаются, и в особенности, к бесконтактному электронному устройству, такому как, например, реактивный конденсатор, измеряющему изменение воздушного зазора или формы, происходящее, когда крепежное устройство нагружено, и в особенности, к бесконтактному устройству обработки изображений или лазерному устройству, измеряющему изменение воздушного зазора или формы, происходящее при нагружении крепежного устройства. Уровень техники Для того чтобы обеспечить структурную целостность болтового крепежного соединения,желательно, чтобы подобные крепежные устройства были затянуты точно до расчетных уровней нагрузки. Хорошо известно, что индикация напряжения дает верное отображение нагрузки, создаваемой в крепежных устройствах. Динамометрические ключи широко используются для затягивания крепежных устройств до заданных уровней момента, но они подвержены влиянию непредсказуемого по величине трения, так что созданное напряжение может быть очень неточным. Иными словами, контроль величины момента усилия затягивания не приведет к нагружению крепежного устройства точно до заданного значения. Известные устройства для измерения удлинения крепежных устройств Некоторые измерительные устройства, например, линейные преобразователи, для функционирования требуют физического контакта. Подобные контактные способы по своей природе сложны для использования в данной области техники. Измеряемые изменения напряжения очень малы, и любое загрязнение поверхности(коррозия, грязь, продукты естественного износа, повреждения в процессе эксплуатации и т.п.) приводят к значительным ошибкам. Соответственно, задачей настоящего изобретения является измерение напряжений посредством использования устройства для бесконтактного способа. Известные бесконтактные устройства и способы измерения растяжения крепежных элементов Известные устройства бесконтактного типа и способы измерения растяжения крепежного устройства под нагрузкой используют электрические компоненты в каждом индивидуальном крепежном элементе, обычно в болте или шпильке. Использование известных способов связано с рядом существенных проблем. Одна проблема, присущая известным бесконтактным измерительным устройствам, состоит в том, что оснащение каждого отдельного крепежного элемента электрическими компонентами является недопустимо дорогим. Кроме того, встроенные средства измерения ставят под 2 угрозу целостность крепежного устройства, что неприемлемо для работы в тяжелых условиях во многих областях применения. Соответственно,задачей изобретения является создание приемлемого по стоимости крепежного устройства с индикацией нагрузки, в котором само крепежное устройство не несет никаких электрических частей. Еще одна проблема, связанная с бесконтактными измерительными устройствами, состоит в том, что они обычно требуют сложной модификации крепежного устройства, затрудняющей процесс изготовления. Соответственно,задачей настоящего изобретения является измерение растяжения крепежного устройства с использованием простого устройства и способа,требующего лишь незначительной модификации крепежного устройства, которое доступно и легко может быть встроено в процессе изготовления. Сущность изобретения Далее излагается сущность изобретения,посредством которого решены вышеуказанные и другие задачи и которое обеспечивает названные и описываемые далее выгоды и преимущества настоящего изобретения, воплощенного в подробно описанных далее вариантах. Настоящее изобретение охватывает независимо устройство и способы, описываемые далее, которые обеспечивают решение задач и достижение преимуществ настоящего изобретения. Оба объекта изобретения описаны ниже, и заявитель считает целесообразным включить их в формулу изобретения, заявлены оба вида, далее с целью большей ясности и краткости заявитель использует либо один, либо другой объект для описания различных аспектов и отличительных особенностей изобретения. В соответствии с настоящим изобретением предлагается крепежное устройство с индикацией нагрузки, содержащее тело, к которому при использовании крепежного устройства прилагается нагрузка, средства, чувствительные к нагрузке, содержащие части, выполненные с возможностью относительного перемещения при изменении длины или формы тела или связанной шайбы под приложенной нагрузкой, и отдельное бесконтактное устройство измерения зазора, например, электронное устройство, содержащее реактивный конденсатор, или, например, устройство обработки изображений, или,например, лазерное устройство (далее обозначаемые вместе или раздельно как "бесконтактное устройство измерения зазора"), которое, при закреплении рядом с крепежным устройством,регистрирует указанное относительное перемещение движущихся частей бесконтактным способом. Крепежное устройство может быть выполнено в форме болта или шпильки, гайки и шайбы, или может принимать другие формы. Крепежное устройство в виде болта содержит го 3 ловку и тело болта, выполненные по существу стандартной формы. Аналогично, крепежное устройство в виде шпильки содержит тело шпильки, выполненное по существу стандартной формы. Применительно к каждой из указанных форм шайба может содержать средства индикации движущихся частей, обнаруживаемых отдельным бесконтактным устройством измерения зазора вышеописанного типа. В случае болта или шпильки чувствительный к нагрузке элемент реагирует на изменение длины тела под приложенной нагрузкой. В случае шайбы чувствительный к нагрузке элемент обнаруживает изменение формы шайбы под приложенной нагрузкой. Желательно, чтобы устройство измерения зазора могло быть прикреплено у головки болта, у его резьбового конца, у конца шпильки, или у шайбы, где оно может быть легко закреплено в случае использования крепежного устройства. Чувствительный к нагрузке элемент обеспечивает индикацию изменения длины тела крепежного устройства, или изменения в форме шайбы, или изменения в форме головки болта, в процессе затягивания крепежного устройства и когда крепежное устройство затянуто. Таким образом, в процессе затягивания крепежного устройства, приложенные нагрузки будут регистрироваться бесконтактным устройством измерения зазора, которое будет показывать, когда крепежное устройство достигнет требуемой рабочей нагрузки. Бесконтактное устройство измерения зазора может быть прикреплено к крепежному устройству и выдавать результат замера, который может быть отображен на мониторе(дисплее) компьютера, или на другом устройстве отображения. Этот замер может быть использован в процессе затягивания. Замер может быть использован после первоначального затягивания для проверки любых изменений в первоначальных условиях нагрузки. Фактические нагрузки крепежного устройства могут быть отображены на мониторе, и электрический выходной сигнал может быть использован для управления затягивающим инструментом с силовым приводом или для отображения сигнала предупреждения, когда достигнута желаемая нагрузка крепежного устройства. Чувствительные к нагрузке средства могут быть выполнены с возможностью регистрации приложенных нагрузок, вплоть до достижения расчетной нагрузки материала крепежного устройства, (расчетная нагрузка - это максимальная нагрузка, которую может выдерживать нагруженное устройство, прежде чем наступят необратимые изменения его первоначальных размеров). Образование зазора, величина которого изменяется при изменении нагрузки, может быть достигнуто различными путями. В предпочтительном варианте выполнения средства 4 для создания этого изменяющегося зазора содержат чувствительный к нагрузке элемент,расположенный в направлении, в котором напряжение прилагается к телу в процессе использования крепежного устройства, и содержит анкерную часть. Анкерная часть неподвижно прикреплена к телу у той его части, в которой имеет место перемещение при нагружении крепежного устройства. Воздушный зазор между бесконтактным устройством измерения зазора и элементом расширяется или уменьшается, в зависимости от того, увеличивается или уменьшается степень затягивания крепежного устройства. Бесконтактное устройство измерения зазоров реагирует посредством измерения воздушного зазора и отображает приложенную нагрузку на мониторе. Предпочтительно, чтобы чувствительный к нагрузке элемент был выполнен из того же материала, что и материал тела крепежного элемента, или, по меньшей мере, имел бы тот же коэффициент теплового расширения, что и материал тела. Таким образом, изменение температуры, при которой крепежное устройство может быть использовано, не повлияет на функционирование чувствительного к нагрузке элемента. В предпочтительном варианте выполнения чувствительный к нагрузке элемент выполнен в виде сплошного стержня, один конец которого содержит анкерную часть, а другой, свободный конец может перемещаться относительно крепежного устройства. По меньшей мере часть чувствительного к нагрузке элемента может быть расположена в глухом отверстии или канале, выполненном в теле крепежного элемента. Когда чувствительные к нагрузке средства содержат элемент, как описано выше, он может быть выполнен в виде вставки, устанавливаемой в часть у глухого конца отверстия или канала. Анкерная часть может быть закреплена в основании отверстия или канала. Отверстие или канал могут иметь меньшую базовую часть, в которой и закреплена анкерная часть. Предпочтительно, чтобы бесконтактное устройство измерения зазора было расположено вблизи свободного конца такого отверстия или канала. Может быть выполнено прямое крепление элемента к телу, например, посредством сварки, резьбового соединения или адгезивного соединения, или элемент может быть прикреплен к основанию,которое подходящим образом прикреплено к телу. Основание отверстия или канала может быть выполнено в форме отверстия под плотную посадку, в которое запрессовывают элемент для обеспечения надежного закрепления. Чувствительный к нагрузке элемент может быть выполнен с возможностью работы в заданном диапазоне изменений длины тела под приложенной нагрузкой. Это обычно достигается путем удлинения тела от ненагруженного состояния до расчетной нагрузки материала. Когда прилагается нагрузка, приводящая к рас 5 тяжению тела, чувствительный к нагрузке элемент перемещается внутрь тела от нулевой базы отсчета (база отсчета подразумевает закрепленную часть крепежного устройства в верхней части поверхности головки, которая не перемещается). Бесконтактное устройство измерения зазора прикрепляется к телу и измеряет разность между точкой базы отсчета (опорная точка или форма) на теле и чувствительным к нагрузке элементом, при этом бесконтактное устройство измерения зазора калибруют для индикации нагрузки. Для данного удлинения при расчетной нагрузке требуемая первоначальная длина может быть рассчитана из выражения: Первоначальная длина Е х А х удлинение Нагрузка где Е - модуль Юнга материала тела; А - площадь поперечного сечения тела. Для различных значений площади поперечного сечения и/или расчетных нагрузок требуемая первоначальная длина будет варьировать. Для диапазона типоразмеров крепежного устройства для индикации расчетной нагрузки могут быть предусмотрены, в случае необходимости, чувствительные элементы различной длины. Однако в общем случае легче и более экономично для производства изготавливать средства чувствительного к нагрузке элемента для крепежных устройств в соответствии с изобретением с чувствительными к нагрузке элементами стандартной длины, и компенсацию различий в расчетной нагрузке производить с помощью бесконтактного устройства измерения зазора. В соответствии с настоящим изобретением, возможно обеспечить очень точную индикацию нагрузок, приложенных к крепежному устройству. Отображение приложенных нагрузок посредством бесконтактного устройства измерения зазоров дает возможность оператору легко видеть, какова величина приложенной к крепежному устройству нагрузки. Это может осуществляться с помощью переносного монитора/дисплея с питанием от батареи, который может держать в руках оператор и который сочленен с бесконтактным устройством измерения зазоров с помощью соответствующей сопрягающей части. Крепежное устройство может быть выполнено без значительного повышения стоимости по сравнению с известным крепежным устройством аналогичного типа. Например, отверстия могут быть просверлены во время первоначального процесса изготовления. Далее, обычный крепежный элемент может быть легко приспособлен для добавления к нему чувствительных к нагрузке средств, выполненных в соответствии с настоящим изобретением. В другом варианте чувствительные к нагрузке средства могут быть выполнены с воз 001307 6 можностью регистрации прилагаемых нагрузок,вплоть до расчетной нагрузки материала, в виде шайбы с индикацией нагрузки. Шайба выполнена с возможностью отклонения под нагрузкой, приложенной к крепежному устройству,так что бесконтактное устройство измерения зазоров измеряет отклонение относительно статической части шайбы/болта. Бесконтактные устройства измерения зазоров калибруются для индикации нагрузки крепежного устройства, как описано выше. В другом варианте чувствительные к нагрузке средства могут быть выполнены с возможностью регистрации прилагаемых нагрузок вплоть до расчетной нагрузки материала посредством измерения отклонения специально сконструированной головки болта, когда болт находится под нагрузкой, причем измерение производится от двух частей, перемещающихся друг относительно друга, когда болт находится под нагрузкой. Бесконтактное устройство измерения зазоров калибруется для индикации нагрузки крепежного устройства, как описано выше. Способ, используемый в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, предусматривает измерение посредством реактивного сопротивления, в котором 1 Емкостное реактивное сопротивление =2FCG таким образом,G реактивное сопротивление =2FDA. Смещение = изменению величины зазора,где F - частота (Гц),С - емкость (Ф),D - диэлектрическая постоянная (для воздуха равна 1), А - площадь (см 2),G - зазор (см). Ниже перечислены некоторые преимущества настоящего изобретения: 1. Бесконтактное устройство измерения зазора, содержащее все необходимые электронные средства, измеряет изменение воздушного зазора или формы, происходящее, когда крепежное устройство нагружено, без необходимости физического контакта с измеряемыми движущимися частями. 2. Измерение посредством бесконтактного способа сводит к минимуму ошибку от загрязнения или от влияния окружающей среды. 3. Измеряемое расстояние определяется от среднего значения от всей измеряемой поверхности, что невозможно при использовании контактных способов. 7 4. Устройство и способ предлагают эффективное по стоимости решение, так как стоимость крепежного устройства изменится незначительно, если вообще изменится, поскольку для воплощения изобретения требуются лишь незначительные изменения в конструкцию крепежного устройства. 5. Крепежное устройство не несет никаких электрических частей. 6. Модификации конструкции крепежного устройства могут быть произведены в процессе его изготовления. 7. Крепежное устройство подходит даже для наиболее тяжелых областей применения. 8. Смещение прямо пропорционально реактивному сопротивлению и дает линейную диаграмму. 9. Индикация нагрузки крепежного устройства является высокоточной и повторяемой. 10. Устройство выполнено переносным и может быть использовано в данной области техники для легкого контроля и легкого считывания значений прилагаемых нагрузок. Перечень фигур чертежей На фиг. 1 изображены в вертикальной проекции, с частичным разрезом, крепежное устройство и измерительный элемент, встроенный в него для измерения зазора, выполненные согласно настоящему изобретению. Также изображена переносная головка конденсаторного типа с реактивным конденсатором кольцевого типа и реактивным конденсатором цилиндрического типа. Реактивный конденсатор кольцевого типа измеряет зазор между плоскостью реактивного конденсатора кольцевого типа и закрепленной частью крепежного устройства. Реактивный конденсатор цилиндрического типа измеряет зазор между поверхностью реактивного конденсатора цилиндрического типа и верхним свободным концом измеряемого элемента. Бесконтактное устройство измерения зазора вычисляет разность зазора между свободным концом измеряемого элемента и базовой плоскостью(опорной базы). Бесконтактное устройство измерения зазоров вычисляет разность между двумя измерениями, и результат точно калибруется для индикации усилия затягивания, создаваемого крепежным устройством при работе. Фиг. 2 изображает в виде, аналогичном фиг. 1, крепежное устройство, показанное на фиг. 1, но без переносной головки. Фиг. 3 изображает в виде, аналогичном фиг. 1, крепежное устройство в альтернативном варианте измерения зазора путем использования только реактивного конденсатора цилиндрического типа. Переносная головка прикреплена к закрепленной части базовой плоскости крепежного устройства. Реактивный конденсатор цилиндрического типа измеряет зазор между поверхностью реактивного конденсатора цилиндрического типа и верхним свободным концом поверхности измерительного элемента. Бескон 001307 8 тактное устройство измерения зазора вычисляет разность замеров зазора и калибруется для индикации усилия затягивания, создаваемого крепежным устройством при его использовании. Фиг. 4 изображает в виде, аналогичном фиг. 1, крепежное устройство со специально сконструированной шайбой, отклоняющейся,когда крепежное устройство находится под нагрузкой, и бесконтактное устройство измерения зазора. Реактивный конденсатор бесконтактного устройства измерения зазора, прикрепленный к болтовому соединению, измеряет зазор между поверхностью реактивного конденсатора и частью, измеряемой на шайбе. Фиг. 5 изображает в виде, аналогичном фиг. 1, крепежное устройство со специально сконструированной шайбой, деформирующей головку крепежного устройства, так что положения двух различных частей головки могут быть измерены относительно друг друга с помощью реактивного конденсатора бесконтактного устройства измерения зазора, когда крепежное устройство находится под нагрузкой. Фиг. 6 изображает в виде, аналогичном фиг. 1, еще одну модифицированную форму выполнения настоящего изобретения с использованием устройства измерения зазора типа устройства обработки изображений или лазерного устройства. Фиг. 7 изображает в виде, аналогичном фиг. 1, головку крепежного устройства, выполненную так, что она отклоняется под нагрузкой,когда крепежное устройство нагружено усилием растяжения. Фиг. 8 изображает в виде, аналогичном фиг. 1, еще одну модификацию крепежного устройства, выполненного согласно настоящему изобретению и содержащего специально сконструированную шайбу, отклоняющуюся, а также отклоняющую головку крепежного устройства под нагрузкой, когда крепежное устройство нагружено усилием растяжения. Фиг. 9 изображает в виде, аналогичном фиг. 1, еще одну модификацию крепежного устройства, выполненного согласно настоящему изобретению, содержащего специально сконструированную шайбу, изображенную на фиг. 8,отклоняющуюся под нагрузкой, когда крепежное устройство нагружено усилием растяжения,и изменение зазора измеряется сбоку устройства. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На фиг. 1 и 2 показан вариант выполнения крепежного устройства с индикацией нагрузки в болтовом соединении 25, в котором, чтобы обеспечить возможность измерения изменения зазора между поверхностями реактивных конденсаторов 15, 16 и тела 4 болта, предлагаются болтовое крепежное устройство 1, содержащее металлическое тело 2, выполненное из стали,например, содержащее шестигранную головку 3 9 и тело 4, причем тело 4 содержит часть 5 с наружной резьбой, отделенную от головки 3 цилиндрической частью 6 без резьбы, шайбы 26,27, гайку 28, и реактивный конденсатор 15 А,который, в варианте выполнения, показанном на фиг. 1, содержит цилиндрический реактивный конденсатор 15 и кольцевой реактивный конденсатор 16 для измерения изменения зазора. В теле 2 крепежного элемента соосно с осью вращения просверлено глухое отверстие 7,проходящее от верхней части головки 3 через головку 3 и в тело 4 примерно на четверть длины цилиндрической части 6 без резьбы. У закрытого внутреннего конца отверстия 7 выполнено отверстие 9 меньшего диаметра с жестким допуском, служащее средством крепления измерительного элемента 8. В отверстии 7 расположены чувствительные к нагрузке средства,содержащие измерительный элемент 8, выполненный из того же материала, что и тело 2. Элемент 8 закреплен в отверстии 7 с использованием анкера, входящего в отверстие 9. Закрепление анкера может быть выполнено, например,путем его запрессовки в отверстие 9 или любым другим способом. Верхняя поверхность головки 3 обработана таким образом, чтобы сформировать на ней центрирующий буртик 10, верхнюю базовую плоскость 11 и нижнюю поверхность 12. Свободный конец 8 А элемента 8 установлен заподлицо с верхней базовой плоскостью 11 головки 3. При использовании крепежного устройства элемент 8 реагирует на нагрузки, приложенные к телу 4 посредством гайки 28. Реакция выражается в удлинении тела 4 под воздействием приложенных нагрузок. Элемент 8 выполнен чувствительным к приложенным нагрузкам и с возможностью их индикации вплоть до величины расчетной нагрузки для материала тела 2. Таким образом, элемент 8 выполнен с возможностью реагирования на удлинение тела 4 до величины удлинения, вызываемой расчетной нагрузкой. Для решения этой задачи элемент 8 установлен в отверстии 7 тела так, что анкер, введенный в отверстие 9, обеспечивает перемещение элемента 8 внутрь тела 2 или в противоположном направлении, в зависимости от нагрузки, воспринимаемой телом 4. Таким образом, свободный конец 8 А элемента 8 перемещается относительно верхней базовой плоскости 11 головки 3 в зависимости от того, нагружается или разгружается тело 4. Когда тело 4 свободно от нагрузки,элемент 8 и верхняя базовая плоскость 11 головки расположены на одном уровне, что показывает отсутствие нагрузки на тело 4. Так как процесс деформации материала подчиняется закону Гука, зазор, образующийся между свободным концом 8 А элемента 8 и верхней базовой плоскостью 11 головки 3, может быть откалиброван для индикации нагрузки с помощью переносной головки измерительного устройства 13 вплоть до величины расчетной нагрузки ма 001307 10 териала тела 4. Индикация нагрузки является воспроизводимой при условии, что расчетная нагрузка не превышается. Переносная головка 13 содержит реактивные конденсаторы 15, 16 и сконструирована так,чтобы точно устанавливаться на центровочный буртик 10 головки 3. Переносная головка 13 крепится к головке 3 с помощью магнита 14,установленного на нижней части переносной головки 13, или переносная головка 13 может быть закреплена на головке 3 другими известными средствами. Реактивный конденсатор 16 кольцевого типа измеряет зазор между нижней поверхностью конденсатора 16 и верхней базовой плоскостью 11 головки 3. Реактивный конденсатор 15 цилиндрического типа измеряет зазор между нижней поверхностью конденсатора 15 и свободным концом 8 А элемента 8. Указанные зазоры между указанными поверхностями и двумя конденсаторами 15, 16 сравниваются с помощью бесконтактного устройства измерения зазора и связанных с ним электронных элементов, содержащих реактивные конденсаторы 15, 16, емкостной усилитель 22, формирователь 23 сигнала, и дисплей 24, откалиброванные для индикации нагрузки, которой подвергается тело 4 при его использовании. Реактивный конденсатор 16 кольцевого типа, показанный на фиг. 1, в варианте по фиг. 3 заменен сплошным металлическим диском 17,установленным в переносной головке 17 А и расположенным впритык к верхней базовой плоскости 11 головки 3. Реактивный конденсатор 15 работает таким же образом, как описано применительно к фиг. 1. Все другие детали те же самые, что и описанные со ссылкой на фиг. 1. Реактивный конденсатор 15 сравнивает разность между положениями базовой плоскости 11 и элемента 8, перемещающегося в процессе использования устройства. Как показано на фиг. 4, при использовании представленного на нем крепежного устройства 1 оно отклоняет шайбу 18. Реактивный конденсатор 31 измеряет зазор между поверхностью 32 конденсатора 31 и поверхностью 20 шайбы 18. Устройство работает так же, как это было описано применительно к фиг. 1. На фиг. 5 показана специально сконструированная шайба 21, отклоняющая головку 3 болта. В этом варианте кольцевые реактивные конденсаторы 16 А, 16 В, установленные в переносной головке 33 А и зафиксированные над головкой 3 болта с помощью центровочного штифта 33, сравнивают положение двух частей головки 3 друг относительно друга для индикации нагрузки. Устройство работает так же, как это было описано применительно к фиг. 1. Как показано на фиг. 6, переносная головка 34 А несет камеру или лазер 34, сопряженный с процессором 35 изображений, соединенным с устройством 36 индикации. Переносная головка 34 А выполнена с возможностью точной уста 11 новки на центровочный буртик 10 головки 3. Переносная головка 34 А прикрепляется к головке 3 с помощью магнита 14, установленного на нижней части переносной головки 34 А, или с помощью других известных средств. Камера или лазерное устройство 34, 35 измеряют зазор между поверхностью 8 А свободного конца элемента 8 и верхней базовой плоскостью 11 головки 3. Зазоры между базовой плоскостью 11 и свободным концом 8 А элемента 8 сравниваются камерой или лазерным устройством 34, 35 и калибруются для индикации нагрузки, которой подвергается тело 4 в процессе его использования. Вместо камеры 34, может устанавливаться лазер 34, связанный с процессором 35 и с устройством 36 индикации или с компьютером (не показан). На фиг. 7 иллюстрируется альтернативный вариант измерения отклонения головки 40 крепежного устройства при его использовании. Специально сконструированная головка 40 выполнена с кольцевой канавкой 41, центровочным буртиком 10, имеющим кольцевую наружную поверхность 42, окружающую выемку 43, с дном 44 и цилиндрическими стенками 45. Переносный монитор 34 А (см фиг. 6) с камерой или лазером 34 обнаруживает изменение в форме головки, когда она подвергается нагрузке. Электронные устройства калибруются для создания шкалы нагружения от нуля до величины расчетной нагрузки материала, и обеспечивают индикацию нагрузки, воспринимаемой крепежным устройством. Вариант выполнения, показанный на фиг. 8, аналогичен варианту по фиг. 7, но здесь специальная шайба 21 вызывает отклонение специально сконструированной головки 46, содержащей выемку 43 с дном 44 и стенками 45 и наружную вогнутую поверхность. Вариант выполнения, показанный на фиг. 9, также аналогичен варианту по фиг. 7, но в этом случае изменение формы специальной шайбы 22 при нагрузке крепежного устройства вплоть до величины расчетной нагрузки материала обнаруживается либо камерой, либо лазером 34, как это показано на чертеже. Вышеприведенное описание предпочтительного варианта выполнения изобретения,известного заявителю на момент подачи заявки,представлено только с целью иллюстрации и объяснения изобретения. Описание не является исчерпывающим или ограничивающим изобретение конкретной формой, и в свете вышеизложенного, очевидно, что возможны много модификаций и вариантов. Вариант выполнения был выбран и описан для лучшего понимания принципов изобретения и его практическое применение дает, таким образом, специалистам в данной области, возможность наилучшего использования изобретения в различных вариантах выполнения и с различными модификациями,подходящими для ожидаемого практического 12 применения. Рамки изобретения ограничены лишь прилагаемой формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Аппарат для измерения нагрузки, содержащий смонтированную снаружи камеру или лазер, причем любой из указанных компонентов закреплен в переносной чувствительной головке и выполнен с возможностью обнаружения изменения зазора между, с одной стороны, торцевой поверхностью стержня, закрепленного у основания отверстия в головке болта и тела крепежного устройства и, с другой стороны, базовой поверхностью головки болта крепежного устройства, причем указанный зазор вызывается продольным удлинением тела при его нагружении относительно базовой поверхности на головке болта, без контакта с движущимися относительно друг друга частями крепежного устройства, и цепь генерации сигнала, реагирующую на обнаруженное изменение зазора для выработки выходного сигнала, характеризующего усилие затягивания, приложенного к крепежному устройству. 2. Аппарат для измерения нагрузки, содержащий камеру или лазер, причем любой из указанных компонентов выполнен с возможностью съемной установки снаружи сверху на переносную чувствительную головку, установленную на верхнюю часть крепежного устройства для визуальной связи, или связи посредством светового луча, соответственно, с головкой болта крепежного устройства вдоль оси, параллельной продольной оси крепежного устройства, и с возможностью обнаружения изменения формы,вызванной отклонением первой части головки болта относительно второй части головки болта,когда крепежное устройство находится под нагрузкой, без контакта с указанными первой и второй частями головки болта, и цепь генерации сигнала, реагирующую на обнаруженное изменение зазора для обеспечения выходного сигнала, характеризующего усилие затягивания, приложенного к крепежному устройству. 3. Измерительное устройство, содержащее переносную чувствительную головку, снабженную первой пластиной цилиндрического конденсатора, неподвижно закрепленной в переносной чувствительной головке, выполненной с возможностью съемной установки снаружи сверху на цельную головную часть крепежного устройства и обеспечения прямой емкостной связи со второй пластиной цилиндрического конденсатора, подвижно установленной в крепежном устройстве, для образования конденсатора для использования в цепи для обнаружения изменения зазора, измеряемого от опорной ба 13 зовой плоскости головки болта крепежного устройства, причем изменение зазора, возникающее в крепежном устройстве при его нагружении,вызывает изменение в емкостном реактивном сопротивлении цепи обнаружения без контакта между переносной чувствительной головкой и второй подвижной пластиной конденсатора. 4. Измерительное устройство, содержащее цепь обнаружения, снабженную первой пластиной конденсатора, установленной съемно снаружи по отношению с расположенной рядом с отклоняющейся шайбой, установленной между цельной головной частью крепежного устройства и закрепляемой деталью, и выполненной с возможностью осуществления прямой емкостной связи со второй пластиной конденсатора,подвижно установленной на указанной шайбе крепежного устройства, с образованием конденсатора для использования в цепи обнаружения изменения зазора между первой и второй пластинами конденсатора, причем изменение зазора, возникающее в крепежном устройстве при его нагружении, вызывает изменение в емкостном реактивном сопротивлении цепи обнаружения без контакта между переносной чувствительной головкой и второй подвижной пластиной конденсатора. 5. Измерительное устройство, содержащее переносную чувствительную головку, снабженную несколькими первыми пластинами конденсатора, неподвижно закрепленными в переносной чувствительной головке, выполненной с возможностью съемной установки снаружи сверху на цельную головную часть крепежного устройства и обеспечения прямой емкостной связи каждой из первых пластин конденсатора с общей второй пластиной, подвижно установленной в крепежном устройстве, с образованием конденсатора для использования в цепи для обнаружения изменения формы головки болта крепежного устройства, причем изменение формы, возникающее в крепежном устройстве при его нагружении, вызывает изменение в емкостном реактивном сопротивлении цепи обнаружения. 6. Измерительное устройство, содержащее переносную чувствительную головку, снабженную первыми, пространственно разделенными пластинами конденсатора, неподвижно зафиксированными в переносной чувствительной головке, выполненной с возможностью съемной установки снаружи сверху на цельную головную часть крепежного устройства и обеспечения прямой емкостной связи первых пластин конденсатора со второй пластиной, часть которой подвижно установлена в крепежном устройстве, с образованием нескольких конденсаторов для использования в цепи обнаружения изменения зазора, измеряемого от опорной базовой плоскости головки болта крепежного устройства, причем изменение зазора, возникающее в крепежном устройстве при его нагруже 001307 14 нии, вызывает изменение в емкостном реактивном сопротивлении цепи обнаружения без контакта между переносной чувствительной головкой и второй подвижной пластиной конденсатора. 7. Измерительное устройство, содержащее переносную камеру или лазер, причем любое из указанных устройств, будучи съемно установлено снаружи и рядом с головкой болта и отклоняющейся шайбой крепежного устройства и связано визуально или посредством светового луча соответственно с головкой болта и указанной шайбой вдоль оси, пересекающей продольную ось крепежного устройства под значительным углом, обнаруживает изменение зазора или формы, вызванное в крепежном устройстве,когда указанное крепежное устройство находится под нагрузкой, не вступая в контакт с измеряемыми частями устройства, испытывающими существенное относительное перемещение. 8. Устройство по пп.3, 5 или 6, отличающееся тем, что дополнительно содержит присоединительную часть, имеющую концевую часть для монтажа чувствительной головки на верхнюю часть головки крепежного устройства. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем,что концевая часть дополнительно содержит глухое отверстие в чувствительной головке,ориентированное вдоль продольной оси и оканчивающееся торцевой плоскостью, перпендикулярной к указанной оси, для охвата центровочного буртика крепежного устройства. 10. Устройство по п.8, отличающееся тем,что концевая часть дополнительно содержит установленный внутри нее магнит. 11. Устройство по пп.3, 5 или 6, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один реактивный конденсатор содержит пару установленных концентрично кольцевых конденсаторов. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем,что нижние поверхности обоих кольцевых конденсаторов равноудалены от торцевой плоскости чувствительной головки, перпендикулярной продольной оси чувствительной головки. 13. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что несколько первых пластин конденсатора дополнительно содержат конденсатор цилиндрической формы, установленный концентрично с конденсатором кольцевой формы. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем,что нижние поверхности конденсатора кольцевой формы и установленного концентрично с ним конденсатора цилиндрической формы равноудалены от торцевой плоскости чувствительной головки, перпендикулярной к ее продольной оси. 15. Устройство по п.13, отличающееся тем,что нижние поверхности конденсатора кольцевой формы и установленного концентрично с ним конденсатора цилиндрической формы расположены на некотором расстоянии друг от друга и от торцевой плоскости чувствительной головки, перпендикулярной ее продольной оси.

МПК / Метки

МПК: F16B 31/02, G01N 21/00, G01B 7/16, H01F 5/00

Метки: крепежной, устройство, нагрузки, способ, системы, индикацией

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/10-1307-sposob-i-ustrojjstvo-krepezhnojj-sistemy-s-indikaciejj-nagruzki.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и устройство крепежной системы с индикацией нагрузки</a>

Похожие патенты