CN104568283A - 一种轮毂花键轴螺栓预紧力检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮毂花键轴螺栓预紧力检测装置，包括基座、连接块和连接套，连接块与基座固定连接，连接块的顶面中心设有方孔，连接套的下端伸入方孔内与连接块连接，连接套的上端中心向上延伸形成螺纹套，螺纹套内设有螺纹孔，螺纹孔内设有花键轴螺栓，螺纹套的外侧套设有法兰套，法兰套的下端向下延伸形成支撑套，支撑套套设在螺纹套的外侧并与螺纹套花键连接，支撑套的外侧周围设有若干应变片，应变片与应变适配器连接，应变适配器与工控机连接，花键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

一种轮毂花键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，尤其涉及一种轮毂花键轴螺栓预紧力检测装置。

背景技术

目前，为了研究车轮螺栓摩擦系数、螺母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，第三代轮毂轴承组件中通过花键轴与花键轴螺栓锁紧连接，因此需要检测花键轴螺栓的扭矩与预紧力的线性关系。现有技术中，螺栓的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轮毂花键轴螺栓预紧力检测装置，检测方便，可用于轮毂花键轴螺栓出厂检验以及维修时的检验，从而保证花键轴螺栓的质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种轮毂花键轴螺栓预紧力检测装置，包括基座、连接块和连接套，所述的连接块与基座固定连接，连接块的顶面中心设有方孔，所述的连接套的下端伸入方孔内与连接块连接，连接套的上端中心向上延伸形成螺纹套，螺纹套内设有螺纹孔，螺纹孔内设有花键轴螺栓，所述螺纹套的外侧套设有法兰套，所述的法兰套的下端向下延伸形成支撑套，所述的支撑套套设在螺纹套的外侧并与螺纹套花键连接，支撑套的外侧周围设有若干应变片，所述的应变片与应变适配器连接，所述的应变适配器与工控机连接，花键轴螺栓的上端设有套筒，所述的套筒与扭矩扳手连接。套筒套在花键轴螺栓末端，扭矩扳手与套筒连接，扭矩扳手转动后，花键轴螺栓不断拧紧并挤压支撑套，使得支撑套上的应变片产生形变，花键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，所述的应变片采用全桥方式连接。全桥方式连接，检测精度高。

作为优选，所述的连接块与基座之间螺栓连接，所述的基座上设有凹槽，所述的连接块的底部设有与凹槽对应的凸台。凸台与凹槽的配合，防止扭矩扳手在转动的时候连接块与基座之间发生相对转动而影响检测精度。

作为优选，连接套内设有空腔，所述的空腔与螺纹孔贯通。有些螺栓的螺柱部分较长，会伸出螺纹套，此时伸出的部分就可以伸入空腔内，防止因为螺栓过长导致无法完全拧紧而影响检测。

作为优选，支撑套下端外侧设有环形缺口，所述的环形缺口内设有压套，所述的压套的下端向外延伸形成翻边，所述的翻边与连接套的上端接触支撑。压套上的翻边与连接套的上端面接触，支撑套的下端端面与连接套的上端之间形成一个间隙，防止支撑套的下端与连接套之间挤压变形而影响应变片的精度，同时翻边有效的增加了接触面积，减小了压强，延长装置的使用寿命，长时间使用后，当压套产生磨损、变形等，可以及时更换，整套装置的维护成本更加低。

作为优选，所述的支撑套的下端面与内孔壁之间设有倒角。支撑套套入螺纹套上的时候，倒角起到导向作用，安装更加方便。

一种应变片标定装置，包括基座、连接块和连接套，所述的连接块与基座螺栓连接，连接套的下端与连接块连接，连接套的上端中心向上延伸形成螺纹套，所述螺纹套的外侧套设有法兰套，所述的法兰套的下端向下延伸形成支撑套，所述的支撑套套设在螺纹套的外侧并与螺纹套花键连接，应变片贴在支撑套的外侧周围，所述的应变片与应变适配器连接，所述的应变适配器与工控机连接，所述的法兰套的上端设有压块，所述的压块的下端向下延伸形成定位杆，所述的定位杆的下端伸入螺纹套内与螺纹套形成间隙配合，所述的压块的上端面中心设有圆锥孔，所述的圆锥孔内设有钢球。钢球的上端用加载机加载，支撑套发生形变，应变片感受到该应变，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，因此在轮毂花键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预紧力值，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杆的轴线共线。当加载机上的负载加在钢球上的时候，钢球对压块产生的压力作用在支撑套的轴线上，防止在加载的过程中支撑套周围受力不均产生扭转变形而影响应变片的形变，最终降低标定精度。

作为优选，所述的定位杆的下端呈圆台形结构。该种结构便于定位杆插入螺纹孔内定位。

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。

附图说明

图1为轮毂花键轴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为本发明中应变片信号处理结构示意图。

图中：基座1  连接块2  连接套3  螺纹套4  花键轴螺栓5  法兰套6  支撑套7  应变片8  应变适配器9  工控机10  套筒11  扭矩扳手12  凹槽13  凸台14  空腔15  压套16  翻边17  压块18  定位杆19  圆锥孔20  钢球21  压臂22。

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所示的一种轮毂花键轴螺栓预紧力检测装置，包括基座1、连接块2和连接套3，连接块与基座螺栓固定连接，基座上设有凹槽13，连接块2的底部设有与凹槽对应的凸台14，连接块2的顶面中心设有方孔，连接套3的下端伸入方孔内与连接块连接，连接套3与连接座2之间无法相对转动，连接套3的上端中心向上延伸形成螺纹套4，螺纹套内设有螺纹孔，连接套3内设有空腔15，空腔与螺纹孔贯通，螺纹孔内设有花键轴螺栓5，螺纹套4的外侧套设有法兰套6，法兰套6的下端向下延伸形成支撑套7，支撑套7套设在螺纹套的外侧并与螺纹套花键连接，支撑套7的外侧周围设有四个应变片8，应变片8采用全桥方式连接成应变片组，如图3所示，应变片8与应变适配器9连接，应变适配器9与工控机10连接，花键轴螺栓5的上端设有套筒11，套筒11与扭矩扳手12连接，首先对应变片进行标定，从而得到压力与电压的线性关系，然后使用扭矩扳手给花键轴螺栓施加扭矩，本发明中的扭矩扳手为数显扭矩扳手，能实时观察扭矩数值，扭矩扳手没转动一个特定的扭矩时，工控机上都会产生一个电压与其对应，而电压又直接和压力对应，因此就能直观的得出一组花键轴螺栓的扭矩与预紧力的数值，从而得出扭矩与预紧力的线性关系，实现花键轴螺栓预紧力的检测，这样就能对出厂的花键轴螺栓进行质量检测，还能在车辆检修时对花键轴螺栓以及整个轮毂轴承组件进行检测、维修；支撑套7下端外侧设有环形缺口，支撑套的下端面与内孔壁之间设有倒角，环形缺口内设有压套16，压套16的下端向外延伸形成翻边17，翻边与连接套的上端接触支撑，压套上的翻边与连接套的上端面接触，支撑套的下端端面与连接套的上端之间形成一个间隙，防止支撑套的下端与连接套之间挤压变形而影响应变片的精度，同时翻边有效的增加了接触面积，减小了压强，延长装置的使用寿命，长时间使用后，当压套产生磨损、变形等，可以及时更换，整套装置的维护成本更加低。本实施例中的连接套、螺纹套为一体式结构，其结构和轮毂轴承组件中的花键轴结构相同相同，可以直接用花键轴代替；法兰套与支撑套为一体式结构，其结构和轮毂轴承组件中的法兰内圈组件相同，可以直接用法兰内圈组件代替，这样在车辆轮毂轴承组件检修时非常方便，外界影响条件小，准确度更加高。

如图2所示的一种应变片标定装置，用于标定应变片，包括基座1、连接块2和连接套3，连接块与基座螺栓连接，连接套的下端与连接块连接，连接套3的上端中心向上延伸形成螺纹套4，螺纹套的外侧套设有法兰套6，法兰套的下端向下延伸形成支撑套7，支撑套7套设在螺纹套的外侧并与螺纹套花键连接，应变片8贴在支撑套7的外侧周围，如图3所示，应变片采用全桥方式连接后与应变适配器9连接，应变适配器与工控机10连接，法兰套6的上端设有压块18，压块18的下端向下延伸形成定位杆19，定位杆19的下端呈圆台形结构，定位杆19的下端伸入螺纹套4内与螺纹套形成间隙配合，压块的上端面中心设有圆锥孔20，圆锥孔内设有钢球21，圆锥孔20的轴线与定位杆19的轴线共线，加载机的压臂22压在钢球上对钢球施加压力，支撑套发生形变，应变片感受到该应变，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，因此在花键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预紧力值，从而直观的得出扭矩与预紧力的关系。应变片标定之后，直接取出压块，装入花键轴螺栓，再使用扭矩扳手拧动螺栓，得到一组扭矩与电压的对应值，然后换算成一组扭矩与预紧力的对应值，最终得到预紧力与扭矩的线性关系。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。

Claims (9)

1.一种轮毂花键轴螺栓预紧力检测装置，其特征是，包括基座（1）、连接块（2）和连接套（3），所述的连接块与基座固定连接，连接块（2）的顶面中心设有方孔，所述的连接套（3）的下端伸入方孔内与连接块连接，连接套（3）的上端中心向上延伸形成螺纹套（4），螺纹套内设有螺纹孔，螺纹孔内设有花键轴螺栓（5），所述螺纹套（4）的外侧套设有法兰套（6），所述的法兰套（6）的下端向下延伸形成支撑套（7），所述的支撑套（7）套设在螺纹套的外侧并与螺纹套花键连接，支撑套（7）的外侧周围设有若干应变片（8），所述的应变片（8）与应变适配器（9）连接，所述的应变适配器（9）与工控机（10）连接，花键轴螺栓（5）的上端设有套筒（11），所述的套筒（11）与扭矩扳手（12）连接。

2.根据权利要求1所述的一种轮毂花键轴螺栓预紧力检测装置，其特征是，所述的应变片（8）采用全桥方式连接。

3.根据权利要求1所述的一种轮毂花键轴螺栓预紧力检测装置，其特征是，所述的连接块（2）与基座（1）之间螺栓连接，所述的基座上设有凹槽（13），所述的连接块（2）的底部设有与凹槽对应的凸台（14）。

4.根据权利要求1或4所述的一种轮毂花键轴螺栓预紧力检测装置，其特征是，连接套（3）内设有空腔（15），所述的空腔与螺纹孔贯通。

5.根据权利要求1所述的一种轮毂花键轴螺栓预紧力检测装置，其特征是，支撑套（7）下端外侧设有环形缺口，所述的环形缺口内设有压套（16），所述的压套（16）的下端向外延伸形成翻边（17），所述的翻边与连接套的上端接触支撑。

6.根据权利要求1或5所述的一种轮毂花键轴螺栓预紧力检测装置，其特征是，所述的支撑套的下端面与内孔壁之间设有倒角。

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，其特征是，包括基座（1）、连接块（2）和连接套（3），所述的连接块与基座螺栓连接，连接套的下端与连接块连接，连接套（3）的上端中心向上延伸形成螺纹套（4），所述螺纹套的外侧套设有法兰套（6），所述的法兰套的下端向下延伸形成支撑套（7），所述的支撑套（7）套设在螺纹套的外侧并与螺纹套花键连接，应变片（8）贴在支撑套（7）的外侧周围，所述的应变片与应变适配器（9）连接，所述的应变适配器与工控机（10）连接，所述的法兰套（6）的上端设有压块（18），所述的压块（18）的下端向下延伸形成定位杆（19），所述的定位杆（19）的下端伸入螺纹套（4）内与螺纹套形成间隙配合，所述的压块的上端面中心设有圆锥孔（20），所述的圆锥孔内设有钢球（21）。

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（20）的轴线与定位杆（19）的轴线共线。

9.根据权利要求7所述的一种应变片标定装置，其特征是，所述的定位杆（19）的下端呈圆台形结构。