CN101451910A - 螺钉轴向力与扭矩关系测量装置和螺钉扭矩设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种螺钉扭矩设定方法，用以获得设定螺钉轴向力下所需的设定扭矩，据此进行螺钉装配。该方法包括以下步骤：将螺钉装配于一试验工装中，并使螺钉帽和螺钉底端露出；在该螺钉帽上和螺钉底端分别设置一第一微移测量表和一第二微移测量表；对该螺钉帽依次施加一逐渐增大的拧紧扭矩，同时根据该拧紧扭矩下该第一微移测量表所测量的第一微移和该第二微移测量表所测量的第二微移计算螺钉伸长量；以及当该螺钉伸长量达到由一设定螺钉轴向力所确定的所需螺钉伸长量时，停止增大该拧紧扭矩，并记录该拧紧扭矩作为设定扭矩。

Description

螺钉轴向力与扭矩关系测量装置和螺钉扭矩设定方法

技术领域

本发明涉及一种机械装置壳体的螺钉的装配，尤其涉及通过获得螺钉轴向力与扭矩的对应关系，以进行螺钉装配时的扭矩设定的方法。

背景技术

在许多机械装置中，往往使用螺钉来安装壳体。举例来说，如图1所示，用于汽车空调压缩机的壳体1安装的贯穿螺钉6，不但起固定作用，因其在拧紧时产生一定的轴向弹性变形，所以对壳体有挤压的作用，使壳体端面之间的贴合力产生变化。在螺钉的弹性变形范围内，贴合力较大时，端面的密封效果较好。另一方面，壳体1受到螺钉6轴向作用，同样发生轴向变形，对于主轴5与壳体1之间的轴向配合间隙，也有一定的影响。

由于螺钉的轴向力对压缩机有上述的影响，所以控制螺钉的轴向力对于装配较为关键。在压缩机的装配中，比较容易控制的是螺钉的扭矩，因此如果能找出扭矩与轴向力的关系，则可控制螺钉的轴向力。

一般采用如下公式来计算螺钉的扭矩与轴向力之间的关系：

$T=F_f\left\{\frac{d_2}{2}(\frac{\mathrm{\μ}}{\cos \mathrm{\α}}+\tan \mathrm{\β}){\mathrm{\μ}}_n\frac{d_n}{2}\right\}/1000(N\·m)$

其中，T为拧紧扭矩，F_f为轴向力，d₂为螺纹有效直径，d_n为螺钉头部有效直径，μ是指螺钉螺纹处的摩擦系数，μ_n是指螺钉头部端面的摩擦系数，α为螺纹半角，β为螺旋角。

在上述公式中，摩擦系数μ和μ_n很难精确测得，而且由于各种因素的影响，一般不同批次的零件之间，机械性能可能产生微小的差异，这样就导致原先设定的扭矩值不再适合新的装配。为了保证壳体的密封，需要通过一种可行而又简易的方法，推断出合理的扭矩数值，来保证螺钉的轴向力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种螺钉扭矩设定方法，用以获得设定螺钉轴向力下所需的设定扭矩，据此进行螺钉装配。

本发明还提供一种螺钉轴向力与扭矩关系测量装置，用以测量设定螺钉轴向力下所需的设定扭矩。

已知弹性件在弹性范围内的受力情况可以由虎克定律求得，即F＝kx，其中，F为弹性件的受力，k为弹性系数，x为伸长量。而螺钉从螺钉法兰面至与壳体螺纹联接处之间的一段受到拉伸力产生弹性变形，可应用此公式计算，因此，只要测得一系列已知扭矩下的螺钉伸长量，结合弹性系数，就可以得到一系列扭矩与轴向力的关系。其中弹性系数可由专业研究部门事先测定而获知，因此测量扭矩与轴向力的关系将转变为主要是螺钉的伸长量与扭矩的关系。

基于上述观点，本发明所提出的一种螺钉扭矩设定方法，包括以下步骤。首先，将螺钉装配于一试验工装中，并使螺钉帽和螺钉底端露出。接着，在该螺钉帽上和螺钉底端分别设置一第一微移测量表和一第二微移测量表。之后，对该螺钉帽依次施加一逐渐增大的拧紧扭矩，同时根据该拧紧扭矩下该第一微移测量表所测量的第一微移和该第二微移测量表所测量的第二微移计算螺钉伸长量。当该螺钉伸长量达到由设定的螺钉轴向力确定的所需螺钉伸长量时，停止增大该拧紧扭矩，并记录该拧紧扭矩作为设定扭矩。

上述的方法中，该第一微移测量表和该第二微移测量表是百分表或千分表。

上述的方法中，计算该螺钉伸长量的方法是：

x＝|x₂|—|x₁|，其中x为螺钉伸长量，x₂为第二微移，x₁为第一微移。

上述的方法中，是根据设定的螺钉轴向力和已知的弹性系数确定该所需的螺钉伸长量。

上述的方法中，在对该螺钉帽依次施加一系列扭矩之前，还包括先对螺钉帽施加一预紧力，然后使该第一微移测量表和第二微移测量表清零。

另一方面，本发明提出一种螺钉轴向力与扭矩的关系的测量装置，包括一模拟螺钉真实安装环境的试验工装，用于安装螺钉并使螺钉帽和螺钉底端露出；一扭矩施加部件，用以对该螺钉帽施加一扭矩，并测量所施加的该扭矩；一第一微移测量表，设在该螺钉帽上以测量该扭矩下的第一位移；以及一第二微移测量表，设在螺钉底端上以测量该扭矩下的第二位移。

其中，该第一微移测量表和该第二微移测量表是百分表或千分表。该试验工装是例如汽车空气压缩机壳体，而该螺钉是该壳体的轴向贯穿螺钉。

本发明由于通过获得螺钉轴向力与扭矩的对应关系，以进行螺钉装配时的扭矩设定，可以获得更为准确和合理的轴向力，实现更好的安装效果。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是汽车空调压缩机的剖视图。

图2是加工前的压缩机汽缸盖图。

图3是加工后的压缩机汽缸盖图。

图4是图3中汽缸盖加工部位的M-M剖视图。

图5是本发明一个实施例的测量装置图。

图6是本发明一个实施例的扭矩设定方法流程图。

具体实施方式

参照图1所示，以汽车空调压缩机的壳体安装为例，贯穿螺钉6从壳体1的前盖2贯穿到气缸盖3的位置，以提供一支持壳体1的轴向力。

在进行测量之前，先制作模拟螺钉安装真实环境的试验工装，首先如图2～4所示，将贯穿螺钉底端6b安装的部位，即汽缸盖3加工去除一部分，形成一通孔30，以露出螺纹孔60。应当注意，汽缸盖的去除部分以能将微移测量表能伸入测量为宜，去除太多会影响汽缸盖3上的螺纹。

参照图5并结合图6所示，在步骤101，用同一批次的贯穿螺钉6将壳体1以及其它影响轴向尺寸的零件装配起来。在此，同一批次的贯穿螺钉被认为是经过同一工艺制作且具有相同和近似工艺参数的螺钉。壳体1包括前盖2、汽缸体4、汽缸盖3。有时壳体密封圈7和阀板部件8也会调节轴向的装配位置，较佳地也将这些零件依压缩机的装配顺序装配起来。在此装配过程中，贯穿螺钉6并不拧紧，以防止螺钉产生过量的变形。

如图5所示，在形成的试验工装10中，螺钉帽6a和螺钉底端6b均已露出。将试验工装10固定，在工装10的侧面设置有第一微移测量表11和第二位移测量表，用以测量螺钉6在螺钉帽6a处的第一微移x₁和在螺钉底端6b处的第二微移x₂(步骤102)。第一微移测量表11和第二微移测量表12例如是百分表或者千分表，测量之前百分表或千分表需要先清零。

在进行下列测量之前，先设定汽车空调压缩机壳体装配所需的轴向力F，并获知该批次螺钉的弹性系数k，之后可根据虎克定律：F＝kx。计算出所需的螺钉伸长量x_set(步骤103)。此步骤也可以在步骤102之前或步骤101之前进行。

此后，可以开始进行测量，继续参照图5以及图6的步骤104，在螺钉帽6a处设置一扭矩施加部件13，此扭矩施加部件13具有一测量仪表130，以便读取所施加的扭矩数值。之后，对该螺钉帽6a施加一逐渐增大的拧紧扭矩T，测量并记录该扭矩的值，与此同时，获得该扭矩T下该第一微移测量表11所测量的第一微移x₁和该第二微移测量表12所测量的第二微移x₂，并据此计算螺钉的伸长量x。其中伸长量x为两个测量表读数的代数和，或由公式：

x＝|x₂|—|x₁|计算得到。

此外，在对该螺钉帽6a施加上述的拧紧扭矩之前，还可先对螺钉帽6a施加一预紧力，再使第一微移测量表11和第二微移测量表12清零。预紧力可设置在2-10N，最好为5-6N。多个贯穿螺钉拧紧时应均匀用力，其拧紧扭矩应相接近。

当螺钉6拧紧到达所需的螺钉伸长量x_set时，即表明已经达到所需的轴向力F_set，停止拧紧。读取此时的拧紧扭矩数值T_set。此数值即为拧紧扭矩的设定值(步骤105)。

在获得设定的拧紧扭矩T_set之后，可以使用该批次的贯穿螺钉6进行汽车空调压缩机壳体的装配，在装配时，只需使螺钉的扭矩达到T_set，即可使其轴向力满足此壳体装配所需的轴向力F_set。

一般而言，对于每一批次的螺钉，由于其工艺参数的存在的微小差异，都先进行一次上述的扭矩设定过程，以根据设定的轴向力来获得所需的扭矩。

虽然本发明的实施例是以汽车空调压缩机的壳体装配为例进行说明，但本领域技术人员当可以理解，本发明也可适用在其他机械装置的壳体装配中。此外，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可以轻易地作出各种修改和替换，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1、一种螺钉扭矩设定方法，包括以下步骤：

a.将螺钉装配于一试验工装中，并使螺钉帽和螺钉底端露出；

b.在该螺钉帽上和螺钉底端分别设置一第一微移测量表和一第二微移测量表；

c.对该螺钉帽依次施加一逐渐增大的拧紧扭矩，同时根据该拧紧扭矩下该第一微移测量表所测量的第一微移和该第二微移测量表所测量的第二微移计算螺钉伸长量；以及

d.当该螺钉伸长量达到由一设定螺钉轴向力所确定的所需螺钉伸长量时，停止增大该拧紧扭矩，并记录该拧紧扭矩作为设定扭矩。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一微移测量表和该第二微移测量表是百分表或千分表。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c中，计算该螺钉伸长量的方法是：

x＝|x₂|—|x₁|，

其中x为螺钉伸长量，x₂为第二微移，x₁为第一微移。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤d中，该所需螺钉伸长量是根据虎克定律：F＝kx求得，其中F是该轴向力，k是已知的螺钉弹性系数。

5、步骤d中，在对该螺钉帽施加该拧紧扭矩之前，还包括先对螺钉帽施加一预紧力，然后使该第一微移测量表和第二微移测量表清零。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，该试验工装是汽车空气压缩机壳体，该螺钉是该壳体的轴向贯穿螺钉。

7、一种螺钉轴向力与扭矩的关系的测量装置，包括：

一模拟螺钉真实安装环境的试验工装，用于装配螺钉并使螺钉帽和螺钉底端露出；

一扭矩施加部件，用以对该螺钉帽施加一扭矩，并测量所施加的该扭矩；

一第一微移测量表，设在该螺钉帽上以测量该扭矩下的第一位移；

一第二微移测量表，设在螺钉底端上以测量该扭矩下的第二位移。

8、如权利要求7所述的测量装置，其特征在于，该第一微移测量表和该第二微移测量表是百分表或千分表。

9、如权利要求7所述的测量装置，其特征在于，该试验工装是汽车空气压缩机壳体，该螺钉是该壳体的轴向贯穿螺钉。

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