Способ затяжки газового стыка

Способ затяжки газового стыка

Реферат

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено в автомобилестроении, например в двигателестроительной промышленности.

Известен способ затяжки и контроля по крутящему моменту [1]. Недостатком данного способа является то, что разброс осевого усилия стягивающих болтов (шпилек) достигает ±25%, что снижает надежность и долговечность газового стыка.

Известно устройство [2, 3, с.347-350], работа которого основана на способе затяжки газового стыка по пределу текучести материала болта или шпильки, с контролем затяжки при помощи электронного устройства. Данный способ принят за прототип. Сущность его заключается в том, что в процессе затяжки электронное устройство производит сравнение сигналов приращения крутящего момента от угла поворота болта (гайки). При выходе на участок текучести материала равенство сравниваемых сигналов нарушается и затяжка прекращается.

Недостатком данного способа является следующее. При работе двигателя, в случае большой разности температурных коэффициентов линейных расширений материалов болтов и головки цилиндра (в 2 и более раз), напряжения растяжения в болтах увеличивается на 30...40%, а внутри цилиндров, кроме того, всегда действует пульсирующая газовая нагрузка, дополнительно нагружающая болты. Эти факторы приводят к тому, что напряжения растяжения болтов могут превысить не только предел текучести, но и зону упрочнения материала, хотя в стадии упрочнения на образце уже намечается место будущего разрыва (при плавной динамической нагрузке) [4, с.53, 54]. Совокупность вышеперечисленных факторов на практике часто приводит к релаксации структуры материала, которая со временем вызывает остаточные деформации в теле болта (шпильки), приводящие к ослаблению газового стыка.

Задача, решаемая изобретением, - повышение надежности и долговечности работы газового стыка.

Указанная задача выполняется за счет того, что контроль затяжки производится с помощью электронного устройства, а затяжка газового стыка завершается на нелинейном участке диаграммы растяжения материала стягивающего болта (шпильки), причем усилие затяжки ограничено точкой предела пропорциональности, с одной стороны, и точкой предела упругости, с другой стороны.

Такая совокупность известных и новых признаков позволяет повысить надежность и долговечность газового стыка.

Сущность предложенного технического решения можно объяснить по диаграмме растяжения материалов [4, с.61], где σ_n - предел пропорциональности, а σ_y - предел упругости, до которого материал не получает остаточных деформаций. Точки σ_n и σ_у отличаются между собой по параметру относительной деформации (ε) всего на 0,001...0,005, % и их нахождение возможно только при применении высокоточного (прецизионного) лабораторного оборудования, специальных методик измерения и обработки результатов. Практика затяжки газовых стыков двигателей внутреннего сгорания требует более доступных и простых способов регистрации точек σ_n и σ_y. Предлагаемый способ основан на определении точек перегиба σ_n’ и σ_y’ (первой производной от точек σ_n и σ_y) с помощью известного в математике приема “исследование функций” [5, с.520 и 6, с.371, 372] и их регистрации с помощью, например, магнитострикционных датчиков сил или крутящих моментов [7, с.156, 157 и 196].

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежом:

а) диаграмма зависимости σ (ε) [4, с.61], где:

σ - напряжение, развиваемое в материале болта (шпильки);

ε - относительная деформация болта (шпильки);

σ_n - предел пропорциональности;

σ_y - предел упругости;

б) диаграмма зависимости σ′(ε) - первая производная от функции σ(ε), где:

σ_n’ - точка перегиба, соответствующая пределу пропорциональности;

σ_y’ - точка перегиба, соответствующая пределу упругости.

Способ осуществляется следующим образом.

Во время затяжки газового стыка с помощью электронного устройства, в качестве которого могут быть использованы магнитострикционные датчики сил, крутящих моментов, работа которых основана на регистрации первой производной σ′(ε) [7, с.156, 157 и 196], определяется скорость изменения функции σ′(ε). При достижении точки σ_n (фиг.1а), соответствующей пределу пропорциональности, датчик фиксирует резкое изменение функции σ′(ε) (фиг.1б), что является сигналом для окончания процесса затяжки. Тем самым фиксируется величина относительной деформации (ε) на уровне 0,001%. Настройкой магнитострикционного датчика на значение относительной деформации (ε) в пределах 0,001...0,005% обеспечивается регистрация усилия затяжки в диапазоне между точками σ_n и σ_y. Учитывая, что упругие свойства материала сохраняются до напряжения, называемого пределом упругости [4, с.61], данный способ обеспечивает технический эффект, а также может быть осуществлен с помощью известных технике средств.

Источники информации

1. Гордеев В.Н., Бурьянов В.А. Повышение надежности газового стыка дизеля ВАЗ-341, Автомобилестроение: Информационный сборник. Тольятти, 1989 г.

2. А.с. РФ №1550341. Устройство для контроля затяжки резьбовых соединений, автор Гордеев В.Н., БИ №10, 1990 г.

3. Автоматизация затяжки газового стыка ДВС и повышение его надежности. Материалы всероссийской научно-технической конференции “Технический ВУЗ-наука, образование и производство в регионе”, ч.2, Тольятти, 2001 г.

4. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - М., Наука, изд. 6, Гл. редакция физико-математической литературы, 1972 г.

5. Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М., 1874 г.

6. И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. - М., 1980 г.

7. Е.С. Левшина, П.В. Новицкий. Электрические измерения физических величин (измерительные преобразование), Учебное пособие для вузов. - Л., Энергоатомиздат, Ленинградский отд., 1983 г.

Способ затяжки газового стыка, при котором контроль затяжки производят с помощью электронного устройства, а затяжку завершают при усилии, которое соответствует точке, расположенной в диапазоне нелинейного участка диаграммы растяжения материала стягивающего болта или шпильки, отличающийся тем, что усилие затяжки ограничивают диапазоном, соответствующим диапазону, расположенному между точкой предела пропорциональности и точкой предела упругости.