[發(fā)明專利]一種螺栓擰緊力矩系數(shù)測(cè)量裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610152478.5
• 申請(qǐng)日: 2016-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN105606289A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于慶民;周紅磊;楊向錦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L5/24
• 分類號(hào): G01L5/24
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及螺栓試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)鍵是涉及螺紋連接預(yù)緊過程中擰緊力矩系數(shù)的 測(cè)量。

背景技術(shù)

螺栓連接具有連接剛性好，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)械結(jié) 構(gòu)中最為常見的一種連接方式，其在裝配時(shí)都需要施加一定的預(yù)緊力，目的是增 強(qiáng)連接的剛度、緊密性和防松能力，防止受載后被連接件之間出現(xiàn)縫隙或滑移。 預(yù)緊力過大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力的下降，連接螺栓在載荷作用下會(huì)發(fā)生螺紋屈 服、松脫、延遲斷裂；預(yù)緊力過小，被連接件在結(jié)構(gòu)工作載荷作用下會(huì)發(fā)生間隙 或松動(dòng)，使結(jié)構(gòu)不能正常工作。所以，裝配時(shí)需要對(duì)螺栓施加適當(dāng)?shù)妮S向預(yù)緊力。 目前在裝配工藝上最經(jīng)濟(jì)的方法是通過控制扭矩來間接實(shí)現(xiàn)對(duì)螺栓軸向預(yù)緊力 的控制，在裝配過程中直接測(cè)量預(yù)緊力是非常困難的，因此應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量螺栓預(yù)緊 過程中擰緊力矩系數(shù)的大小。

通過扭矩扳手施加擰緊力矩，使螺栓得到一定的預(yù)緊力，擰緊力矩T與它所 引起的螺栓預(yù)緊力之間的關(guān)系由擰緊力矩系數(shù)確定，如公式(1)。k的數(shù)值在螺 紋連接的設(shè)計(jì)計(jì)算及施工工藝中都很重要，德、美、日諸國對(duì)這方面的研究比較 重視，但也因k值在實(shí)測(cè)中離散性較大，而感到不易妥善處理。如德國在1956年 的標(biāo)準(zhǔn)中取k＝0.18，1983年改為k＝0.193，后來美、英兩國的規(guī)范又要求在使用的 螺栓中進(jìn)行抽樣扭矩?cái)Q緊試驗(yàn)來確定k值，均說明k值的影響因素較多，實(shí)測(cè)k值 離散性較大。

擰緊力矩與螺栓預(yù)緊力關(guān)系的簡單表達(dá)式為：

T＝k·F·d(1)

其中，k-擰緊力矩系數(shù)，d-螺栓公稱直徑(單位：mm)，F(xiàn)-預(yù)緊力(單位： KN)。

擰緊力矩系數(shù)k主要與螺旋升角、螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)、螺母與被連接件支承 面間的摩擦系數(shù)有關(guān)，實(shí)測(cè)螺栓的擰緊力矩系數(shù)對(duì)于指導(dǎo)螺栓的實(shí)際安裝具有重 要意義。

目前工程中螺栓預(yù)緊力的測(cè)量主要有以下幾種方法。

(1)螺栓桿上貼應(yīng)變片的方法

該方法可直接獲得螺栓或螺栓組的預(yù)緊力，但存在很多限制：首先，該方法 在實(shí)施過程中需要在每一個(gè)被測(cè)螺栓的螺桿上貼多個(gè)應(yīng)變片，不僅繁瑣，而且對(duì) 操作者粘貼應(yīng)變片的水平要求較高，應(yīng)變片需求量較大；其次，該方法要求被試 螺栓與被連接件之間留出足夠的空間放置應(yīng)變片引線，且在被連接件上要有可以 引出應(yīng)變片引線的空隙。最后，該方法對(duì)于短螺栓是不適用的，根據(jù)圣維南原理 可知，對(duì)于短螺栓來說，螺栓桿上的受力是不均勻的，通過直接在螺栓桿上貼應(yīng) 變片來測(cè)量僅能反映被測(cè)螺栓表面的應(yīng)力，并且螺栓在施擰時(shí)表面會(huì)產(chǎn)生一定的 剪切變形導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果與實(shí)際軸向應(yīng)力有偏差，所以，這種方法是不準(zhǔn)確的。

(2)直接測(cè)長法

直接測(cè)長法通過在螺栓擰緊前和擰緊后分別測(cè)量螺栓的長度，對(duì)比兩次數(shù)據(jù) 得出螺栓擰緊之后的伸長量，根據(jù)螺栓的有效連接長度以及螺栓剛度計(jì)算得到擰 緊后螺栓的預(yù)緊力。該方法可以比較精確地測(cè)得螺栓預(yù)緊力，但受被連接件形式 的限制較大，不能測(cè)量箱體等盲孔螺栓組的預(yù)緊力，實(shí)際操作起來比較困難。

(3)超聲波法

超聲波法是依據(jù)超聲波在不同應(yīng)力狀態(tài)的螺栓內(nèi)部傳播速度不同的原理實(shí) 現(xiàn)螺栓預(yù)緊力的測(cè)量。該方法為無損檢測(cè)方法，測(cè)試較為方便，但需要對(duì)螺栓兩 個(gè)端面進(jìn)行預(yù)處理，測(cè)量時(shí)需要耦合劑，而且測(cè)量精度受操作者的影響較大。

(4)墊片式力傳感器方法

該方法可直接測(cè)量螺栓連接中的螺栓在擰緊過程以及擰緊之后的預(yù)緊力變 化曲線，同時(shí)該方法便于裝配現(xiàn)場(chǎng)、振動(dòng)等環(huán)境中監(jiān)測(cè)螺栓擰緊過程中以及擰緊 之后的預(yù)緊力。但是，由于傳感器體積的限制，只能測(cè)量規(guī)格較大的螺栓，對(duì)于 短螺栓來說是不適用的。另外，傳感器的成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是：提供一種螺栓擰緊力矩系數(shù)的測(cè)試裝置，該 裝置能夠直觀、準(zhǔn)確的測(cè)量螺栓預(yù)緊力、擰緊力矩以便于得出螺栓的擰緊力矩系 數(shù)(擰緊力矩系數(shù)為：k＝T/(F·d))，且整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測(cè)量數(shù)據(jù) 穩(wěn)定可靠。