[發(fā)明專利]螺栓預(yù)緊力測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410418888.0
• 申請(qǐng)日: 2014-08-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105372003B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳昊;倪徑達(dá);劉硯濤;郭冰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京強(qiáng)度環(huán)境研究所;中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01L5/24
• 分類號(hào): G01L5/24
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心11007
• 代理人: 高尚梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空航天測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種螺栓預(yù)緊力測(cè)量方法。

背景技術(shù)

在航空航天產(chǎn)品的艙體和部段中，大量地采用螺紋連接結(jié)構(gòu)件作為連接緊固件，其中尤其以部段對(duì)接面中螺栓的應(yīng)用最為廣泛。通過(guò)對(duì)螺栓施加擰緊力矩來(lái)產(chǎn)生預(yù)緊力，達(dá)到對(duì)部段間的連接和緊固。部段間連接件預(yù)緊力設(shè)計(jì)是否合理，直接影響到部段連接可靠性，如連接強(qiáng)度、剛度和防松等。

以往的螺紋連接預(yù)緊力設(shè)計(jì)都是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到的，而其實(shí)際載荷無(wú)從得知。這使得正式產(chǎn)品存在一定的安全隱患，預(yù)緊力過(guò)低會(huì)達(dá)不到連接和緊固的效果，預(yù)緊力過(guò)高則會(huì)損害對(duì)接面。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種螺栓預(yù)緊力測(cè)量方法，以有效的測(cè)量螺紋連接緊固件的真實(shí)預(yù)緊力。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

一種螺栓預(yù)緊力測(cè)量方法，該方法包括如下步驟：

步驟一：加工一環(huán)形墊圈，其上下端面分別加工一環(huán)形凸臺(tái)，上端面與下端面的凸臺(tái)直徑不同；

步驟二：在墊圈受彎處以90°均布加工四個(gè)凹槽，削弱其局部剛度，使其在受壓時(shí)產(chǎn)生更大的應(yīng)變；

步驟三：在墊圈四個(gè)凹槽處的上表面和下表面分別粘貼應(yīng)變片，共粘貼8片，R1-R4在上表面，R5-R8在下表面；

步驟四：安裝全橋電路對(duì)墊圈焊接導(dǎo)線，四個(gè)橋臂分別為R1R2、R3R4、R5R6、R7R8，U_i為輸入電壓，U_o為輸出電壓，兩者的關(guān)系如下所示：

其中R為應(yīng)變片電阻值，△R為應(yīng)變片電阻值變化量；

步驟五：將制作完成的墊圈送至具有相關(guān)資質(zhì)的計(jì)量所進(jìn)行標(biāo)定，得到預(yù)緊力與電壓輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系即標(biāo)定證書；得到預(yù)緊力與輸出電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如下所示：

P＝21.29U_o

P為預(yù)緊力，單位為KN；U_o為輸出電壓，單位為V；

步驟六：測(cè)量時(shí)，將螺栓依次穿過(guò)墊圈和對(duì)接面，并用螺母旋緊，墊圈引出的導(dǎo)線分別連接穩(wěn)壓直流電源和電壓表；通過(guò)力矩扳手對(duì)螺栓施加擰緊力矩，擰緊螺栓時(shí)產(chǎn)生的預(yù)緊力施加到墊圈上，在電壓表上讀取相應(yīng)的電壓值，對(duì)照標(biāo)定證書得到螺栓預(yù)緊力；

步驟七：分級(jí)別對(duì)螺栓施加擰緊力矩，同時(shí)分級(jí)測(cè)量墊圈相應(yīng)的輸出電壓，通過(guò)計(jì)算得到墊圈測(cè)得的預(yù)緊力值；

步驟八：擬合螺栓擰緊力矩與墊圈測(cè)得預(yù)緊力關(guān)系，得出公式如下：

P＝0.5159M+0.3436

注：P為螺栓預(yù)緊力(KN)、M為擰緊力矩(Nm)。

所述步驟一：當(dāng)墊圈受到軸向壓力時(shí)，會(huì)在兩個(gè)凸臺(tái)之間產(chǎn)生附加彎矩，使其上端面產(chǎn)生拉應(yīng)變，下端面產(chǎn)生壓應(yīng)變。

所述步驟七：分級(jí)別對(duì)螺栓施加擰緊力矩，依次加載25Nm、50Nm、75Nm、100Nm、125Nm。

本發(fā)明所取得的有益效果為：

本發(fā)明所述螺栓預(yù)緊力測(cè)量方法可以有效的測(cè)量螺紋連接緊固件的真實(shí)預(yù)緊力，并采用試驗(yàn)的手段對(duì)特定螺栓進(jìn)行擰緊力矩和預(yù)緊力的標(biāo)定，給出螺紋連接安裝時(shí)擰緊力矩的參考范圍。

附圖說(shuō)明

圖1為墊圈截面圖；

圖2為全橋電路圖；

圖3為墊圈四個(gè)凹槽處的上表面應(yīng)變片安裝示意圖；

圖4為墊圈四個(gè)凹槽處的下表面應(yīng)變片安裝示意圖；

圖5為擰緊力矩與預(yù)緊力關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明所述螺栓預(yù)緊力測(cè)量方法包括如下步驟：

步驟一：如圖1所示，加工一環(huán)形墊圈，其上下端面分別加工一環(huán)形凸臺(tái)，上端面與下端面的凸臺(tái)直徑不同。當(dāng)墊圈受到軸向壓力時(shí)，會(huì)在兩個(gè)凸臺(tái)之間產(chǎn)生附加彎矩，使其上端面產(chǎn)生拉應(yīng)變，下端面產(chǎn)生壓應(yīng)變；

步驟二：在墊圈受彎處以90°均布加工四個(gè)凹槽，削弱其局部剛度，使其在受壓時(shí)產(chǎn)生更大的應(yīng)變，增加其測(cè)量時(shí)的靈敏度；

步驟三：如圖3、圖4所示，在墊圈四個(gè)凹槽處的上表面和下表面分別粘貼應(yīng)變片，共粘貼8片，R1-R4在上表面，R5-R8在下表面；

步驟四：如圖2所示，安裝全橋電路對(duì)墊圈焊接導(dǎo)線，四個(gè)橋臂分別為R1R2、R3R4、R5R6、R7R8，U_i為輸入電壓，U_o為輸出電壓，兩者的關(guān)系如下所示：

其中R為應(yīng)變片電阻值，△R為應(yīng)變片電阻值變化量；