螺栓扭矩系數(shù)測量試驗臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測量螺栓扭矩系數(shù)的試驗平臺，尤其是一種用于測定螺栓擰緊力 矩與軸向力(應(yīng)力）之間的關(guān)系，還可間接測量螺栓螺紋嚙合面、螺帽下沿接觸端面的摩擦 系數(shù)的測量試驗臺。
【背景技術(shù)】
[0002] 螺栓聯(lián)接廣泛應(yīng)用于機械設(shè)備，多數(shù)螺栓在裝配時都需要預(yù)緊，一般通過控制螺 栓的擰緊力矩來控制預(yù)緊力。螺栓擰緊力矩T用于克服螺紋副的螺紋阻力矩Tl以及螺帽下 沿與被聯(lián)接件接觸端面摩擦力矩T2。記螺栓軸向拉力為F，則有T=KXFXd, d為螺栓公稱 直徑，K為螺栓扭矩系數(shù)，與螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)形式、材料屬性、接觸面潤滑狀態(tài)等因素有關(guān)。 在機械設(shè)計中，扭矩系數(shù)一般通過查閱《機械設(shè)計手冊》或依靠設(shè)計經(jīng)驗來確定，往往具有 很大的不確定性，在確定螺栓擰緊力矩時具有較大偏差，不能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計需要。
[0003] 目前，市面上已出現(xiàn)螺栓扭矩系數(shù)測量儀器，可以測量出螺栓原始預(yù)拉力、平均預(yù) 拉力、平均扭矩、扭矩系數(shù)、標準偏差，但根據(jù)其說明書中的技術(shù)參數(shù)，只能測試M12~M30 的七種螺栓，對于M30以上的螺栓無法測量。國內(nèi)也有專門用于螺栓扭矩系數(shù)測量的扭矩 儀，一般通過扭矩扳手擰緊，只能測試定量擰緊力矩下扭矩系數(shù)，以此得出試驗批次螺栓扭 矩系數(shù)的平均值，并作為該批產(chǎn)品擰緊力矩的指導(dǎo)數(shù)據(jù)。該方法僅以一點的數(shù)據(jù)反映加載 全過程的扭矩擰緊力關(guān)系，造成試驗數(shù)據(jù)可信度不高，特別是安裝扭矩與測試扭矩相差較 大時，誤差將更大。同時，由于采用扭矩扳手擰緊，很難保擰緊力矩數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與精確性。
[0004] 在螺栓聯(lián)接中，適當(dāng)?shù)臄Q緊力矩對于螺栓以及被聯(lián)接件都是必要的。擰緊力矩過 大往往會導(dǎo)致聯(lián)接失效，甚至?xí)霈F(xiàn)螺栓強度不足而斷裂；過小的擰緊力矩又使得螺栓聯(lián) 接不可靠，受工作載荷后容易因應(yīng)力幅過大而發(fā)生疲勞破壞。因此，確定螺栓扭矩系數(shù)對于 螺栓擰緊力矩的準確施加以及螺栓聯(lián)接的正常工作起著至關(guān)重要的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于通過測定螺栓擰緊力矩與軸向力之間的關(guān)系，進而確定螺栓扭 矩系數(shù)，以求精確控制螺栓桿部預(yù)緊應(yīng)力，而提供一種螺栓扭矩系數(shù)測量試驗臺。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種螺栓扭矩系數(shù)測量試驗臺，由電阻 應(yīng)變儀、扭矩傳感器、蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)、支架、被測螺栓連接組件組成，所述被測螺栓連接 組件固定于支架的底板上，被測螺栓連接組件中的被試螺栓桿部貼有應(yīng)變計，應(yīng)變計與電 阻應(yīng)變儀連接；所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)中的蝸輪下端連接扭矩傳感器，扭矩傳感器通過六 角套筒連接被試螺栓，測量時，所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)給被試螺栓施加擰緊力矩，通過扭矩 傳感器讀取擰緊力矩數(shù)值，電阻應(yīng)變儀采集被試螺栓桿部應(yīng)變并換算為被試螺栓桿部軸向 力，由此測出被試螺栓的扭矩系數(shù)。
[0007] 所述支架由頂板、立柱、底板構(gòu)成，兩根立柱分別固定連接在底板上面左、右兩端， 兩根立柱上端固定連接有頂板；所述立柱內(nèi)側(cè)上裝有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上配合滑動連接滑板，滑板 上面通過兩根提升螺桿及其上的螺母支撐于頂板上；所述滑板下面連接蝸輪蝸桿傳動機 構(gòu)。
[0008] 所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)包括第一軸承、蝸輪、蝸桿、手輪、第二軸承，所述蝸桿通過 第二軸承安裝在滑板下面兩側(cè)的支座上，與蝸桿嚙合連接的蝸輪上端通過第一軸承安裝在 滑板中間內(nèi)，所述蝸桿一端連接手輪。
[0009] 所述被測螺栓連接組件包括螺栓被聯(lián)接件、壓板、被試螺栓，所述被試螺栓置于螺 栓被聯(lián)接件中，螺栓被聯(lián)接件通過壓板固定在底板上。
[0010] 本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明通過扭矩傳感器測定螺栓擰緊力矩數(shù)值，通過電阻應(yīng)變儀測定螺栓桿部應(yīng)力應(yīng) 變數(shù)值，據(jù)此可以定量確定螺栓擰緊力矩與軸向力的關(guān)系，測定螺栓扭矩系數(shù)。該試驗臺采 用蝸輪蝸桿機構(gòu)施加扭矩，經(jīng)過試驗測試，對于2900N.m以下的擰緊力矩可由單人施加，因 此，本試驗機構(gòu)用于測試M45以下螺栓(擰緊力矩小于2900N. m)具有成功實例。
[0011] 本發(fā)明通過蝸輪蝸桿機構(gòu)施加扭矩傳動平穩(wěn)，且機構(gòu)具有自鎖性，即只能通過蝸 桿帶動蝸輪傳動，這樣可保證試驗過程中測試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；蝸輪蝸桿機構(gòu)是一種較為省 力的機構(gòu)，可在較小的空間內(nèi)由單人施加較大的扭矩，用于需要施加較大擰緊力矩的螺栓 的扭矩系數(shù)的測量；通過扭矩傳感器、電阻應(yīng)變儀可實時測定螺栓聯(lián)接組件強度范圍內(nèi)任 意大小擰緊力矩及此時的螺栓桿部軸向力，從而確定該狀態(tài)下的螺栓扭矩系數(shù)。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的螺栓扭矩系數(shù)測量試驗臺的結(jié)構(gòu)主剖視圖； 圖2為圖1的左剖視圖； 圖3為本發(fā)明的螺栓扭矩系數(shù)測量試驗臺的立體示意圖之一； 圖4為本發(fā)明的螺栓扭矩系數(shù)測量試驗臺的立體示意圖之二； 圖5為螺栓加載過程中擰緊力矩-軸向力關(guān)系曲線圖。
【具體實施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0014] 如圖1至圖4所示，一種螺栓扭矩系數(shù)測量試驗臺，由電阻應(yīng)變儀、扭矩傳感器15、 蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)、支架、被測螺栓連接組件組成。主要包括提升螺桿1、頂板2、滑板3、立 柱4、第一軸承5、蝸輪6、蝸桿7、手輪8、第二軸承9、螺栓被聯(lián)接件10、底板11、導(dǎo)軌12、壓 板13、被試螺栓14、扭矩傳感器15、六角套筒16。
[0015] 被測螺栓連接組件固定于支架的底板11上，被測螺栓連接組件中的被試螺栓14 桿部貼有應(yīng)變計，應(yīng)變計與電阻應(yīng)變儀連接。蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)中的蝸輪6下端連接扭矩 傳感器15,扭矩傳感器15通過六角套筒16連接被試螺栓14,測量時，所述蝸輪蝸桿傳動機 構(gòu)給被試螺栓14施加擰緊力矩，通過扭矩傳感器15讀取擰緊力矩數(shù)值，電阻應(yīng)變儀采集被 試螺栓14桿部應(yīng)變并換算為被試螺栓14桿部軸向力，由此測出被試螺栓14的扭矩系數(shù)。
[0016] 支架由頂板2、立柱4、底板11構(gòu)成，兩根立柱4分別固定連接在底板11上面左、 右兩端，兩根立柱4上端固定連接有頂板2 ;所述立柱4內(nèi)側(cè)上裝有導(dǎo)軌12,導(dǎo)軌12上配合 滑動連接滑板3,滑板3上面通過兩根提升螺桿1及其上的螺母支撐于頂板2上；所述，滑 板3下面連接蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)。
[0017] 蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)包括第一軸承5、蝸輪6、蝸桿7、手輪8、第二軸承9,所述蝸桿7 通過第二軸承9安裝在滑板3下面兩側(cè)的支座上，與蝸桿7嚙合連接的蝸輪6上端通過第 一軸承5安裝在滑板3中間內(nèi)，蝸桿7 -端連接手輪8。
[0018] 被測螺栓連接組件包括螺栓被聯(lián)接件10、壓板13、被試螺栓14,所述被試螺栓14 置于螺栓被聯(lián)接件10中，螺栓被聯(lián)接件10通過壓板13固定在底板11上。
[0019] 使用時，調(diào)節(jié)蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)的位置，使其套筒與螺栓六角頭配合完成，轉(zhuǎn)動蝸 輪蝸桿傳動機構(gòu)，擰緊螺栓。通過扭矩傳感器讀取螺栓擰緊力矩數(shù)值，加載到一定程度時， 由電阻應(yīng)變儀采集螺栓桿部應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值，換算為測定擰緊力矩與軸向力的定量關(guān)系（圖 5) 〇
[0020] 試驗時，被試螺栓14桿部貼好應(yīng)變計并與電阻應(yīng)變儀連接完成后，與螺栓被聯(lián)接 件10組成被試螺栓聯(lián)接組件，固定于試驗臺架底板11上。將六角套筒16與被試螺栓14 六角頭對準，旋松提升螺桿1上的螺母，使滑板3沿導(dǎo)軌12向下滑動至六角套筒16伸入被 試螺栓14六角頭，手動旋轉(zhuǎn)手輪8,蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)給被試螺栓14施加擰緊力矩，通過扭 矩傳感器15讀取擰緊力矩數(shù)值，電阻應(yīng)變儀采集被試螺栓14桿部應(yīng)變并換算為螺栓桿部 軸向力(應(yīng)力)，由此可測出螺栓扭矩系數(shù)。
[0021] 為說明本試驗臺測試效果，選取一組試驗數(shù)據(jù)為例證。該試驗中，螺栓螺紋部涂二 硫化鉬潤滑劑，螺帽與被聯(lián)接件接觸表面涂密封劑，共進行了 5次試驗，每次加載完成(均 加載至2900N. m)后完全卸載。試驗數(shù)據(jù)如下： 表1螺栓扭矩系數(shù)測量試驗臺測試結(jié)果
擰緊力矩、軸向應(yīng)變(力）為測量值，扭矩系數(shù)、螺紋摩擦系數(shù)、螺帽摩擦系數(shù)均為換算 值。
[0022] 通過試驗測試結(jié)果，螺紋部涂二硫化鉬潤滑劑，螺帽與被聯(lián)接件接觸表面涂密封 劑的狀態(tài)下，螺栓扭矩系數(shù)可取〇. 11。
【主權(quán)項】
1. 一種螺栓扭矩系數(shù)測量試驗臺，由電阻應(yīng)變儀、扭矩傳感器（15)、蝸輪蝸桿傳動機 構(gòu)、支架、被測螺栓連接組件組成，其特征在于：所述被測螺栓連接組件固定于支架的底板 (11)上，被測螺栓連接組件中的被試螺栓（14)桿部貼有應(yīng)變計，應(yīng)變計與電阻應(yīng)變儀連 接；所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)中的蝸輪（6)下端連接扭矩傳感器（15)，扭矩傳感器（15)通過 六角套筒（16)連接被試螺栓（14)，測量時，所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)給被試螺栓（14)施加擰 緊力矩，通過扭矩傳感器（15)讀取擰緊力矩數(shù)值，電阻應(yīng)變儀采集被試螺栓（14)桿部應(yīng)變 并換算為被試螺栓（14)桿部軸向力，由此測出被試螺栓（14)的扭矩系數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓扭矩系數(shù)測量試驗臺，其特征在于：所述支架由頂板 (2)、立柱（4)、底板（11)構(gòu)成，兩根立柱⑷分別固定連接在底板（11)上面左、右兩端，兩 根立柱（4)上端固定連接有頂板（2);所述立柱（4)內(nèi)側(cè)上裝有導(dǎo)軌（12)，導(dǎo)軌（12)上配合 滑動連接滑板（3)，滑板（3)上面通過兩根提升螺桿（1)及其上的螺母支撐于頂板（2)上； 所述滑板（3)下面連接蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓扭矩系數(shù)測量試驗臺，其特征在于：所述蝸輪蝸桿傳動 機構(gòu)包括第一軸承（5)、蝸輪（6)、蝸桿（7)、手輪（8)、第二軸承（9)，所述蝸桿（7)通過第二 軸承（9)安裝在滑板（3)下面兩側(cè)的支座上，與蝸桿（7)嚙合連接的蝸輪（6)上端通過第 一軸承（5)安裝在滑板（3)中間內(nèi)，所述蝸桿（7) -端連接手輪（8)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓扭矩系數(shù)測量試驗臺，其特征在于：所述被測螺栓連接 組件包括螺栓被聯(lián)接件（10)、壓板（13)、被試螺栓（14)，所述被試螺栓（14)置于螺栓被聯(lián) 接件（10)中，螺栓被聯(lián)接件（10)通過壓板（13)固定在底板（11)上。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種螺栓扭矩系數(shù)測量試驗臺，由電阻應(yīng)變儀、扭矩傳感器、蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)、支架、被測螺栓連接組件組成，所述被測螺栓連接組件固定于支架的底板上，被測螺栓連接組件中的被試螺栓桿部貼有應(yīng)變計，應(yīng)變計與電阻應(yīng)變儀連接；所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)中的蝸輪下端連接扭矩傳感器，扭矩傳感器通過六角套筒連接被試螺栓，測量時，所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)給被試螺栓施加擰緊力矩，通過扭矩傳感器讀取擰緊力矩數(shù)值，電阻應(yīng)變儀采集被試螺栓桿部應(yīng)變并換算為被試螺栓桿部軸向力。本發(fā)明通過扭矩傳感器測定螺栓擰緊力矩數(shù)值，通過電阻應(yīng)變儀測定螺栓桿部應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值，據(jù)此可以定量確定螺栓擰緊力矩與軸向力的關(guān)系，測定螺栓扭矩系數(shù)。
【IPC分類】G01M13/00
【公開號】CN105300683
【申請?zhí)枴緾N201510867287
【發(fā)明人】楊文凱, 謝清程, 胡舉喜, 王國亮, 史俊武
【申請人】中國船舶重工集團公司第七0四研究所
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年12月1日