CN104568281A - 一种车轮芯轴螺栓预紧力检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车轮芯轴螺栓预紧力检测装置，包括基座、连接块和芯轴，连接块与基座连接，芯轴与连接块连接，芯轴的中心设有通孔，通孔的轴线与基座垂直，通孔的下端设有内螺纹，通孔内设有芯轴螺栓，芯轴螺栓的下端与通孔的下端螺纹连接，芯轴的上端外侧套设有支撑套，支撑套与芯轴间隙配合，支撑套的上端高出芯轴上端，芯轴螺栓与支撑套的上端接触，支撑套的外侧面上贴有应变片组，应变片组与应变适配器连接，应变适配器与工控机连接，芯轴螺栓的上端设有套筒，套筒与扭矩扳手连接。因此，本发明具有在不破坏螺栓自身结构的情况下，快速、准确的检测螺栓预紧力的有益效果。

Description

一种车轮芯轴螺栓预紧力检测装置

技术领域

本发明涉及螺栓预紧力检测装置，尤其涉及一种车轮芯轴螺栓预紧力检测装置。

背景技术

目前，在第一代、第二代轮毂轴承单元中，轮毂轴承通过芯轴与芯轴螺栓配合锁紧，为了研究芯轴螺栓摩擦系数、芯轴与芯轴螺栓贴合面积与其预紧力的关系，需要轮毂轴承装车状态下的游隙或预紧力提供支持，因此需要检测芯轴螺栓的扭矩与预紧力的线性关系。现有技术中，常见的螺栓预紧力检测一般采用下述两种方案：第一种方案，在螺栓末端中心打孔，把敏感元件埋入螺栓内部，通过敏感元件感知螺栓的变形情况，对敏感元件输出的电信号进行分析处理，获取到预紧力，进行检测；第二种方案，在螺栓上没有螺纹的螺柱上加工出测量平面，把应变片粘贴于该测量平面，通过螺栓内孔引出信号线，利用应变片的应变来探测螺栓预紧力。对于第一种方案，有些螺栓自身硬度很高，不便于打孔，有些螺栓型号很小，打孔非常困难，同时孔与螺母的同轴度、孔内的光滑程度等都极难控制，从而导致检测精度低，检测困难；针对第二种方案，螺栓太小，也难以加工出平面，应变片缺乏安装位置，有些螺栓的螺柱整体都带有螺纹，加工平面后会影响螺栓的正常使用。综上，现在的螺丝轴向预紧力检测都对螺栓自身带有破坏性，而且检测环境、状态一致性很难控制，从而导致检测精度低，甚至完全无法检测。

中国专利授权公告号：CN202867494U，授权公告日2013年4月10日，公开了一种设有预紧力检测转头的螺栓，包括螺栓、检测转头、固定杆、弹簧、固定销及粘结剂，螺栓的轴心设有台阶孔、固定销孔及调节销孔，检测转头上设有摆动臂及调节销，固定杆上设有凸台及螺帽；固定杆设于台阶孔内，粘结剂将固定杆端头与台阶孔固连，检测转头套装在固定杆的凸台上，固定销嵌在固定销孔内，弹簧设于调节销与固定销之间。通过肉眼观测检测转头的位置，即可及早发现螺栓的预紧力降低或失效，具有结构简单，检测方便的优点。其不足之处是该种检测方式中需要在螺栓的轴心加工出台阶孔，一批螺栓上，每次螺栓都加工台阶孔，每个台阶孔的同轴度、深度、直径、粗糙度等都会有差异，因此预紧力检测精度低，一致性差。同时螺栓中心打孔还会降低螺栓自身强度，破坏螺栓自身结构。

发明内容

本发明为了克服现有技术中的螺栓预紧力检测过程中会破坏螺栓自身结构，同时检测精度低的不足，提供了一种在不破坏螺栓自身结构的情况下，能够准确检测螺栓预紧力的车轮芯轴螺栓预紧力检测装置，该种装置检测方便，可用于车轮芯轴螺栓出厂检验以及维修时的检验，从而保证轮毂轴承单元性能稳定。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种车轮芯轴螺栓预紧力检测装置，包括基座、连接块和芯轴，连接块与基座连接，芯轴与连接块连接，芯轴的中心设有通孔，所述的通孔的轴线与基座垂直，所述的通孔的下端设有内螺纹，通孔内设有芯轴螺栓，芯轴螺栓的下端与通孔的下端螺纹连接，芯轴的上端外侧套设有支撑套，所述的支撑套与芯轴间隙配合，支撑套的上端高出芯轴上端，芯轴螺栓与支撑套的上端接触，支撑套的外侧面上贴有应变片组，应变片组与应变适配器连接，所述的应变适配器与工控机连接，芯轴螺栓的上端设有套筒，所述的套筒与扭矩扳手连接。套筒套在芯轴螺栓上，扭矩扳手与套筒连接，扭矩扳手转动后，芯轴螺栓与芯轴之间不断拧紧，芯轴螺栓挤压支撑套使得支撑套变形，支撑套上的应变片组也产生形变，芯轴螺栓的预紧力与支撑套的支撑力是一对作用力与反作用力，力的大小相等，扭矩扳手每转动一个特定的扭矩都会记载下来，同时观察工控机上对应的电压值，应变片组已经通过应变片标定装置标定过，因此每个电压都能对应一个压力值（该压力值等于芯轴螺栓的预紧力），从而得出扭矩与预紧力的关系，实现预紧力的检测，该种预紧力检测过程中不需要破坏螺栓自身结构，不会影响螺栓强度，整个检测装置结构简单，检测非常方便，检测结果准确。

作为优选，所述的支撑套包括上支撑套和下支撑套，所述的上支撑套的上端向外延伸形成上翻边，所述的下支撑套的下端向外延伸形成下翻边，所述的应变片组贴在下支撑套上。为了使得支撑套受压后能具有较大应变量，支撑套自身的长度较长而壁厚较薄，这样支撑套在受到较小的压力作用时也能形变，然而这样也导致支撑套受到压力较大时其中间部位可能沿径向拱起而导致应变片失效，因此把支撑套分为上支撑套和下支撑套，上支撑套和下支撑套自身长度都远小于单个支撑套的长度，因此受到较大的压力后其中间部位不易拱起，从而保持应变片组能够稳定的检测到应变量。

作为优选，所述的应变片组包括四个应变片，四个应变片采用全桥方式连接。全桥连接方式，检测精度高，

作为优选，所述的上翻边与下翻边之间套设有弹性密封套。弹性密封套具有保护应变片组的效果，防止应变片组收到外界污染、碰撞等，同时弹性密封套不会影响支撑套的受力。

作为优选，所述的芯轴的下端向外延伸形成连接法兰，芯轴通过连接法兰上的连接孔与连接块螺栓连接，连接法兰的底面中心设有凹坑，所述的凹坑与通孔连通。连接法兰有效的增加了芯轴下端与连接块的连接面积，从而更能保持芯轴与连接块的垂直度，凹坑也是为了增加芯轴与连接块的垂直度。

作为优选，所述的上支撑套的下端面上设有环形凹槽，所述的下支撑套的上端面上设有与环形凹槽对应的环形凸台。由于上支撑套、下支撑套与芯轴之间都是间隙配合，上支撑套仅仅压在下支撑套上容易发生径向错位，即上支撑套的轴线与下支撑套的轴线不共线，从而导致下支撑套的受力条件不同，环形凹槽与环形凸台的配合，能够保持上支撑套与下支撑套同轴，从而减小检测误差。

一种应变片标定装置，包括基座、连接块和芯轴，连接块与基座连接，芯轴与连接块连接，芯轴的中心设有通孔，所述的通孔的轴线与基座垂直，芯轴的外侧套设有支撑套，所述的支撑套与芯轴间隙配合，支撑套的上端高出芯轴上端，支撑套的外侧面上贴有应变片组，应变片组与应变适配器连接，所述的应变适配器与工控机连接，支撑套的上端设有压块，压块的下端设有定位柱，定位柱伸入通孔内形成间隙配合，压块的上端面中心设有圆锥孔，所述的圆锥孔内设有钢球。

加载机的压臂压在钢球上给钢球增加压力载荷，压块直接压在支撑套上，支撑套上的应变片组感受到该应变，从而输出信号经过应变适配器与工控机的处理后产生对应的电压值，加载机每加载一个特定的压力后，记录电压值，最后得出压力与电压的线性关系，因此在芯轴螺栓预紧力检测装置中，当扭力扳手转动时，工控机上显示的电压值直接能换算成对应的压力值（压力值和预紧力的大小相等），从而直观的得出扭矩与预紧力的关系。

作为优选，所述的圆锥孔的轴线与定位柱的轴线共线。当加载机上压臂的负载加在钢球上的时候，钢球对压块产生的压力均匀作用在支撑套一圈，从而保证支撑套的一周受力均匀，提高应变片组的标定精度。

因此，本发明具有在不破坏芯轴螺栓自身结构的情况下，快速、准确的检测芯轴螺栓预紧力的有益效果。

附图说明

图1为芯轴承螺栓预紧力检测装置结构示意图。

图2为应变片标定装置结构示意图。

图3为本发明中应变片组信号处理结构示意图。

图4为图1中A处局部放大结构示意图。

图中：基座1  连接块2  芯轴3  通孔4  芯轴螺栓5  支撑套6  应变片组7  应变适配器8  工控机9  套筒10  扭矩扳手11  弹性密封套12  压块13  定位柱14  圆锥孔15  钢球16  压臂17  连接法兰31  凹坑32  上支撑套61  下支撑套62  上翻边63  下翻边64  环形凹槽65  环形凸台66。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

如图1所示的一种车轮芯轴螺栓预紧力检测装置，包括基座1、连接块2和芯轴3，连接块与基座螺栓固定连接，基座上设有凹槽，连接块2的底部设有与凹槽对应的凸台，确保连接块与基座之间无法相对转动，芯轴3的中心设有通孔4，通孔4的轴线与基座垂直，芯轴3的下端向外延伸形成连接法兰31，芯轴通过连接法兰上的连接孔与连接块螺栓连接，连接法兰31的底面中心设有凹坑32，所述的凹坑与通孔连通，连接法兰有效的增加了芯轴下端与连接块的连接面积，从而更能保持芯轴与连接块的垂直度，凹坑也是为了增加芯轴与连接块的垂直度；通孔4的下端设有内螺纹，通孔内设有芯轴螺栓5，芯轴螺栓5的下端与通孔的下端螺纹连接，芯轴螺栓只有头部一小部分螺柱与芯轴螺纹配合，大部分螺柱部分与通孔之间间隙配合，防止在预紧力检测过程中扭矩过大而导致螺柱部分整体滑牙而损坏 。

芯轴3的上端外侧套设有支撑套6，支撑套6与芯轴3间隙配合，支撑套6的上端高出芯轴3上端，芯轴螺栓5与支撑套的上端接触，支撑套6的外侧面上贴有应变片组7，如图3所示，应变片组7与应变适配器8连接，应变适配器8与工控机9连接，芯轴螺栓5的上端设有套筒10，套筒10与扭矩扳手11连接，本实施例中，应变片组7包括四个应变片，四个应变片采用全桥方式连接，检测精度高；支撑套6包括上支撑套61和下支撑套62，上支撑套61的上端向外延伸形成上翻边63，所述的下支撑套62的下端向外延伸形成下翻边64，上翻边、下翻边能增加支撑套两端的抗压能力，同时能防止支撑套两端受压损坏，同时，上支撑套和下支撑套自身长度都远小于单个支撑套的长度，因此受到较大的压力后其中间部位不易拱起，从而保持应变片组能够稳定的检测到应变量；应变片组贴在下支撑套上，上翻边63与下翻边64之间套设有弹性密封套12，弹性密封套具有防水、防尘作用，对应变片组起到保护作用。如图4所示，上支撑套61的下端面上设有环形凹槽65，下支撑套62的上端面上设有与环形凹槽对应的环形凸台66，上支撑套、下支撑套通过环形凹槽65与环形凸台66的限位，能保持同轴度，不会发生错位，从而防止每次检测时上支撑套、下支撑套之间的位置发生移动而改变检测环境。

该应变片组通过如图2所示的应变片标定装置进行标定，从而得到压力载荷与电压的线性关系，套筒套在芯轴螺栓上，扭矩扳手与套筒连接，扭矩扳手转动后，芯轴螺栓压紧上支撑套，上支撑套把压力传给下支撑套，下支撑套产生变形，应变片组也产生形变，芯轴螺栓的预紧力与支撑套的支撑力是一对作用力与反作用力，力的大小相等，扭矩扳手每转动一个特定的扭矩都会记载下来，同时观察工控机上对应的电压值，应变片组已经通过如2所示的应变片标定装置标定过，因此每个电压都能对应一个压力值（该压力值等于芯轴螺栓的预紧力），从而得出扭矩与预紧力的线性关系，实现预紧力的检测，该种预紧力检测过程中不需要破坏芯轴螺栓自身结构，不会影响芯轴螺栓强度，整个检测装置结构简单，检测非常方便，检测结果准确。

如图2所示的一种应变片标定装置，包括基座1、连接块2和芯轴3，连接块与基座螺栓连接，芯轴与连接块螺栓连接，芯轴3的中心设有通孔4，通孔的轴线与基座垂直，芯轴的外侧套设有支撑套6，支撑套与芯轴间隙配合，支撑套的上端高出芯轴上端，支撑套6的外侧面上贴有应变片组7，应变片组内的应变片的连接方式如图1中的连接方式相同，应变片组与应变适配器8连接，应变适配器与工控机9连接，支撑套6的上端设有压块13，压块的下端设有定位柱14，定位柱伸入通孔内形成间隙配合，压块13的上端面中心设有圆锥孔15，圆锥孔15内设有钢球16，圆锥孔15的轴线与定位柱14的轴线共线。加载机的压臂17压在钢球上对钢球施加压力，压块直接压在上支撑套、下支撑套上，应变片组感受到该应变，从而输出信号经过应变适配器处理，然后再经过工控机内的信号处理系统的处理后得到对应的电压信号，加载机每加载一个特定的压力后，记录电压值，最后得出负载与电压的线性关系，因此在芯轴螺栓预紧力检测装置中，当扭力扳手转动时，工控机上显示的电压值直接能通过信号处理系统处理成成对应的预紧力值，从而直观的得出扭矩与预紧力的关系。应变片组标定之后，直接取出压块，装上芯轴螺栓进行预紧力检测，检测环境完全相同。因此，本发明具有在不破坏芯轴螺栓自身结构的情况下，快速、准确的检测芯轴螺栓预紧力的有益效果。

Claims (8)

1.一种车轮芯轴螺栓预紧力检测装置，其特征是，包括基座（1）、连接块（2）和芯轴（3），连接块与基座连接，芯轴与连接块连接，芯轴（3）的中心设有通孔（4），所述的通孔（4）的轴线与基座垂直，所述的通孔（4）的下端设有内螺纹，通孔内设有芯轴螺栓（5），芯轴螺栓（5）的下端与通孔的下端螺纹连接，芯轴（3）的上端外侧套设有支撑套（6），所述的支撑套（6）与芯轴（3）间隙配合，支撑套（6）的上端高出芯轴（3）上端，芯轴螺栓（5）与支撑套的上端接触，支撑套（6）的外侧面上贴有应变片组（7），应变片组（7）与应变适配器（8）连接，所述的应变适配器（8）与工控机（9）连接，芯轴螺栓（5）的上端设有套筒（10），所述的套筒（10）与扭矩扳手（11）连接。

2.根据权利要求1所述的一种车轮芯轴螺栓预紧力检测装置，其特征是，所述的支撑套（6）包括上支撑套（61）和下支撑套（62），所述的上支撑套（61）的上端向外延伸形成上翻边（63），所述的下支撑套（62）的下端向外延伸形成下翻边（64），所述的应变片组贴在下支撑套上。

3.根据权利要求1或2所述的一种车轮芯轴螺栓预紧力检测装置，其特征是，所述的应变片组（7）包括四个应变片，四个应变片采用全桥方式连接。

4.根据权利要求2所述的一种车轮芯轴螺栓预紧力检测装置，其特征是，所述的上翻边（63）与下翻边（64）之间套设有弹性密封套（12）。

5.根据权利要求1所述的一种车轮芯轴螺栓预紧力检测装置，其特征是，所述的芯轴（3）的下端向外延伸形成连接法兰（31），芯轴通过连接法兰上的连接孔与连接块螺栓连接，连接法兰（31）的底面中心设有凹坑（32），所述的凹坑与通孔连通。

6.根据权利要求2所述的一种车轮芯轴螺栓预紧力检测装置，其特征是，所述的上支撑套（61）的下端面上设有环形凹槽（65），所述的下支撑套（62）的上端面上设有与环形凹槽对应的环形凸台（66）。

7.一种应变片标定装置，用于标定如权利要求1中所述的应变片组，其特征是，包括基座（1）、连接块（2）和芯轴（3），连接块与基座连接，芯轴与连接块连接，芯轴（3）的中心设有通孔（4），所述的通孔的轴线与基座垂直，芯轴的外侧套设有支撑套（6），所述的支撑套与芯轴间隙配合，支撑套的上端高出芯轴上端，支撑套（6）的外侧面上贴有应变片组（7），应变片组与应变适配器（8）连接，所述的应变适配器与工控机（9）连接，支撑套（6）的上端设有压块（13），压块的下端设有定位柱（14），定位柱伸入通孔内形成间隙配合，压块（13）的上端面中心设有圆锥孔（15），所述的圆锥孔（15）内设有钢球（16）。

8.根据权利要求7所述的一种应变片标定装置，其特征是，所述的圆锥孔（15）的轴线与定位柱（14）的轴线共线。