Введение

Инструмент, используемый для приложения определенного крутящего момента.

Динамометрический ключ – это инструмент, используемый для приложения определенного крутящего момента к крепежу, такому как гайка, болт или лаговый винт. Обычно он представляет собой накидной ключ с индикаторной шкалой или внутренним механизмом, который сигнализирует (например, щелчком, определенным движением рукоятки инструмента относительно головки инструмента) о достижении заданного (настраиваемого) значения крутящего момента при затяжке. Динамометрический ключ используется там, где точность затяжки винтов и болтов является критически важным параметром сборки или регулировки. Он позволяет оператору установить крутящий момент, прилагаемый к крепежу, в соответствии со спецификацией для конкретного применения. Это обеспечивает правильное натяжение и нагрузку всех деталей. Динамометрические отвертки и динамометрические ключи имеют схожие цели и могут использовать аналогичные механизмы.

История

Первый патент на динамометрический ключ был подан Джоном Х. Шарпом из Чикаго в 1931 году. Этот ключ назывался ключом для измерения крутящего момента и сегодня классифицируется как указательный динамометрический ключ. В 1935 году Конрад Бар и Джордж Пфферле запатентовали регулируемый трещоточный динамометрический ключ. Инструмент обеспечивал звуковую индикацию и предотвращал обратный ход трещотки при достижении заданного крутящего момента. Бахр, работавший в водоснабжении Нью-Йорка, был недоволен непостоянной затяжкой фланцевых болтов, с которыми он сталкивался при исполнении своих обязанностей. Он утверждал, что изобрел первый инструмент, ограничивающий крутящий момент, в 1918 году, чтобы решить эти проблемы. Партнер Бара, Пфферле, был инженером компании S. R. Dresser Manufacturing Co и обладал несколькими патентами.

Луч

Самый простой вид динамометрического ключа состоит из двух балок. Первая – рычаг, используемый для приложения крутящего момента к крепежу, который затягивается, и одновременно служит рукояткой инструмента. При приложении силы к рукоятке она отклоняется предсказуемо и пропорционально этой силе в соответствии с законом Гука. Вторая балка прикреплена только одним концом к головке ключа и свободна другим, выполняя функцию индикаторной балки. Обе эти балки проходят параллельно друг другу, когда инструмент находится в состоянии покоя, при этом индикаторная балка обычно расположена сверху. Свободный конец индикаторной балки может свободно перемещаться по калиброванной шкале, прикрепленной к рычагу или рукоятке, с отметками в единицах крутящего момента. Когда ключ используется для приложения крутящего момента, рычаг изгибается, а индикаторная балка остается прямой. Таким образом, конец индикаторной балки указывает на величину прикладываемого крутящего момента. Этот тип ключа прост, обладает внутренней точностью и недорог. Динамометрический ключ балочного типа был разработан в период с конца 1920-х по начало 1930-х годов Уолтером Перси Крайслером для Chrysler Corporation и компании Micromatic Hone. Пол Аллен Стюртвант – торговый представитель компании Cedar Rapids Engineering Company в то время – получил лицензию от Крайслера на производство его изобретения. Стюртвант запатентовал динамометрический ключ в 1938 году и стал первым человеком, начавшим продавать динамометрические ключи. Более сложная версия динамометрического ключа балочного типа имеет индикатор с циферблатом на корпусе, который можно настроить для визуальной или электрической индикации при достижении заданного крутящего момента.

Отклоняющий луч

Двойной ключ с отклоняющимся лучом был запатентован австралийской компанией Warren and Brown в 1948 году. Он использует принцип приложения крутящего момента к отклоняющемуся лучу, а не к спиральной пружине. Утверждается, что это помогает продлить точность ключа в течение всего срока службы, обеспечивает больший запас прочности при максимальной нагрузке и предоставляет более стабильные и точные показания во всем диапазоне каждого ключа. Оператор может услышать щелчок сигнала, а также увидеть (и почувствовать) физический индикатор при достижении желаемого крутящего момента. Ключ функционирует аналогично обычному ключу с отклоняющимся лучом. Имеются два луча, оба соединены с головной частью, но крутящий момент прикладывается только к одному из них. Несущий луч прямой и проходит от головки до рукоятки, отклоняясь при приложении крутящего момента. Другой луч (индикаторный луч) проходит непосредственно над отклоняющимся лучом примерно на половине его длины, а затем изгибается в сторону под углом к отклоняющемуся лучу. Индикаторный луч сохраняет свою ориентацию и форму во время работы. В результате этого между двумя лучами возникает относительное смещение. Ключ с отклоняющимся лучом отличается от обычного ключа с отклоняющимся лучом способом использования этого относительного смещения. К отклоняющемуся лучу прикреплена шкала, на которой установлен клин, который может скользить вдоль шкалы параллельно отклоняющемуся лучу. Этот клин используется для установки желаемого крутящего момента. Непосредственно напротив этого клина находится сторона углового индикаторного луча. С этой стороны выступает штифт, который действует как спусковой механизм для другого штифта, последний штифт пружинный и выбрасывается из конца индикаторного луча, как только спусковой штифт контактирует с регулируемым клином. Этот выброс производит громкий щелчок и дает визуальный и тактильный сигнал о достижении желаемого крутящего момента. Индикаторный штифт можно вернуть в исходное положение, просто нажав на него обратно в индикаторный луч.

Обувь

Ключ динамометрический скользящего типа состоит из механизма с роликом и кулачком (или аналогичного). Кулачок крепится к приводной головке, ролик прижимается к кулачку, фиксируя его с определенным усилием, создаваемым пружиной (которая во многих случаях регулируется). Если приложенный крутящий момент превышает удерживающую силу ролика и пружины, ключ проскальзывает, и дальнейшее усилие на болт не передается. Ключ динамометрический скользящего типа не допускает перетяжки крепежа, предотвращая превышение заданного момента затяжки.

Нажмите

Более сложный метод предварительной установки крутящего момента – использование калиброванного механизма сцепления. Одной из распространенных конструкций является шариковый фиксатор и пружина, при этом пружина предварительно сжата регулируемой винтовой резьбой, откалиброванной в единицах крутящего момента. Шариковый фиксатор передает усилие до достижения заданного крутящего момента, в этот момент усилие пружины преодолевается, и шарик "выскакивает" из своего гнезда. Эта конструкция обеспечивает более высокую точность, а также тактильную и звуковую обратную связь. После достижения требуемого крутящего момента ключ не начинает проскальзывать, а лишь щелкает и слегка изгибается головкой; оператор может продолжать прикладывать крутящий момент к ключу без каких-либо дополнительных действий или предупреждений. Существует множество вариантов этой конструкции для различных областей применения и диапазонов крутящего момента. Модификация этой конструкции используется в некоторых дрелях для предотвращения повреждения головок винтов при затягивании. Дрель начнет проскальзывать, как только будет достигнут желаемый крутящий момент.

"Безконтактный" ключ

Это специализированные динамометрические ключи, используемые сантехниками для затяжки хомутов на муфтах беструбных канализационных труб. Обычно это ключи с Т-образной рукояткой, оснащенные односторонним храповым механизмом и муфтой с автоматическим отключением. Они предварительно настроены на определенный крутящий момент, достаточный для надежной фиксации муфты, но недостаточный для ее повреждения.

Электрические крутящие ключи

При электронных (указывающих) динамометрических ключах измерение осуществляется с помощью тензодатчика, прикрепленного к торсионному стержню. Сигнал, генерируемый датчиком, преобразуется в требуемую единицу крутящего момента (например, Н·м или lbf·ft) и отображается на цифровом дисплее. Можно сохранить несколько различных установок (деталей измерения или предельных значений). Эти запрограммированные предельные значения затем постоянно отображаются в процессе затяжки с помощью светодиодов или дисплея. Одновременно, ключи данного поколения могут сохранять все произведенные измерения во внутренней памяти показаний. Эту память показаний можно легко передать на ПК через интерфейс (RS232) или распечатать. Распространенное применение таких динамометрических ключей – для документирования процесса или контроля качества. Типичный уровень точности составляет ±0,5%–4%.

Программируемые электронные ключи крутящего момента / угла

Измерение крутящего момента производится тем же способом, что и с электронным динамометрическим ключом, но дополнительно измеряется угол затяжки от момента начала приложения усилия или порогового значения. Угол измеряется с помощью датчика угла или электронного гироскопа. Процесс измерения угла позволяет идентифицировать соединения, которые уже были затянуты. Встроенная память для хранения результатов измерений позволяет проводить статистическую обработку данных. Кривые затяжки могут быть проанализированы с помощью программного обеспечения через встроенную систему кривых затяжки (график зависимости силы от хода). Этот тип динамометрического ключа также может использоваться для определения момента отрыва, момента преднатяга и конечного момента затяжки. Благодаря специальному процессу измерения, также возможно отображение точки текучести (контроль затяжки по текучести). Эта конструкция динамометрического ключа пользуется большой популярностью у автопроизводителей для документирования процессов затяжки, требующих контроля как крутящего момента, так и угла, поскольку в этих случаях к предписанному крутящему моменту необходимо приложить определенный угол (например, +90° – здесь "+" обозначает момент начала приложения усилия или пороговое значение, а +90° указывает, что после достижения этого порога необходимо приложить дополнительный угол). В 1995 году компания Saltus Werk Max Forst GmbH подала заявку на международный патент на первый электронный динамометрический ключ с измерением угла, не требующий опорного рычага.

Мехатронные крутящие ключи

Измерение крутящего момента производится тем же способом, что и с динамометрическим ключом с щелчком, но при этом крутящий момент измеряется как цифровое показание (щелчок и конечный крутящий момент), как и с электронным динамометрическим ключом. Таким образом, это комбинация электронных и механических измерений. Все измерения передаются и документируются посредством беспроводной передачи данных. Пользователи узнают о достижении необходимого момента затяжки по звуковому сигналу ключа.