[發明專利]一種測試螺紋緊固件總摩擦系數的裝置

在審

• 申請號: 201910967827.2
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110658129A
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 劉志峰;閆興;鄭銘坡;王寶恩;徐文祥
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02;G01L5/24
• 代理公司: 11203 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種測試螺紋緊固件總摩擦系數的裝置，該裝置由基座、螺母(1)、墊圈(2)、套筒(3)、應變片(4)、待測試螺栓(5)、緊定螺釘(6)以及數據采集系統組成；本發明具有測試過程簡單、設備體積小、使用靈活、價格低廉的有益效果。該裝置由被測試螺紋緊固件、套筒、基座、應變片以及數據采集系統組成，套筒通過螺紋連接固定在基座上，且套筒是根據實際連接工況定制的，其材料、成型方式(鑄造、鍛造等)、表面粗糙度以及表面處理方式(電鍍鋅、陽極氧化等)與實際夾緊元件是相同的，應變片用于測試套筒的軸向應變以獲得螺紋緊固件的軸向預緊力，應變片與數據采集系統相連以采集記錄應變值。

技術領域

本發明涉及一種測試螺紋緊固件總摩擦系數的裝置，屬于測試裝置技術領域。

背景技術

螺紋緊固件因其易于拆卸和維修而被廣泛應用于各類機械機構中，是應用最廣泛的連接方式之一。其在擰緊過程中產生的預緊力的大小和穩定性將直接決定螺紋連接的安全性和可靠性。在大多數工程應用中，緊固件的預緊力是通過扭矩扳手在螺釘/螺栓頭部或螺母上施加擰緊力矩來實現的。

擰緊過程中緊固件的總摩擦系數對扭矩-預緊力(T-F_V)關系有著顯著的影響。通過扭矩扳手施加的擰緊力矩主要用于克服兩個地方的摩擦：由于螺栓頭部或螺母與支承面相對滑動引起的支承面摩擦和內螺紋與外螺紋之間的螺紋摩擦，只有一小部分扭矩用于使緊固件伸長并產生夾緊力。

對螺紋緊固件摩擦系數的不準確估計可能導致對螺紋連接性能的高估或低估。過高估計摩擦系數可能造成對螺紋緊固件施加較大的擰緊力矩，得到的實際夾緊力過大，進而導致被連接件因應力過大而斷裂失效；相反，過低估計摩擦系數會導致實際得到的夾緊力過小，進而出現松動、噪聲、泄露等各種問題。因此對螺紋緊固件摩擦系數的錯誤估計會導致非常危險的失效，尤其是在涉及人們生命安全的重要應用中。

扭矩-預緊力關系通常通過使用常數K，即扭矩系數來簡化。一些文獻和標準對扭矩系數給出了0.20的近似值，但是說明將它用于重要連接時應該慎重。此外，還有一些標準和文獻給出了螺紋緊固件在各種材料、成型方式以及表面條件等不同組合下扭矩系數的平均值。然而，其都具有很大的分散性，無法保證得到一個準確可靠的夾緊力值，尤其是在一些關鍵的應用中。

對螺紋緊固件的摩擦進行準確的測試對于提升螺紋連接的可靠性以及安全性具有非常重要的意義。目前常見的測試螺紋的摩擦系數的裝置大多是基于壓力傳感器、旋轉扭矩傳感器、角度編碼器以及直流電動機等測試元件以及動力元件，不僅造價高昂而且操作復雜，不利用大范圍的推廣使用。因此，設計一種操作簡單、價格低廉、滿足實際工程應用的測試裝置，用于評估工程中螺紋緊固件的總摩擦系數，對保證螺紋連接的安全性以及可靠性具有非常重要的意義。

發明內容

本發明公開了一種測試螺紋緊固件總摩擦系數的裝置。

在一些標準和文獻中，常用扭矩系數K來簡化扭矩-預緊力(T-F_V)關系，其可表示為式(1)所示：

T＝K·F_V·d (1)

其中，T(N·m)是作用在螺栓/螺釘頭部或螺母上的擰緊力矩，K是扭矩系數(或稱螺母系數)，F_V(kN)是預緊力，d(mm)是螺紋公稱直徑。并且對扭矩系數K給出了0.20的近似值。此外，還有一些標準和文獻給出了螺紋緊固件在各種材料、成型方式以及表面條件等不同組合下扭矩系數的平均值。然而，其都具有很大的分散性，無法保證得到一個準確可靠的夾緊力值，尤其是在一些關鍵的應用中。

在VDI2230中，提出了一個更加精確的T-F_V關系，如式(2)所示，擰緊扭矩被分成三個分量，螺紋力矩T_p，螺紋摩擦力矩T_t，支承面摩擦力矩T_b。其中，螺紋力矩分量T_p用于使緊固件伸長并產生夾緊力。