CN104614111B

CN104614111B - 螺栓预紧力测量的标定装置、标定方法和预紧力控制方法

Info

Publication number: CN104614111B
Application number: CN201510066526.4A
Authority: CN
Inventors: 张保山; 粟金发
Original assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2017-09-26
Anticipated expiration: 2035-02-09
Also published as: CN104614111A

Abstract

本发明提供了一种螺栓预紧力测量的标定装置、标定方法和预紧力控制方法。标定装置包括：安装部，待检测螺栓设置在安装部上；螺母，螺母与待检测螺栓的远离螺栓头的一端螺纹连接；用于驱动螺母相对于安装部转动的驱动部，驱动部与螺母连接；用于检测螺母的转动参数的转动检测部，转动检测部的检测端与螺母连接；用于检测待检测螺栓的轴向应变的应变检测部，应变检测部的检测端与待检测螺栓接触。由于待检测螺栓相对于安装部不动，因而提高了轴向应变的测量精度，因而采用本发明中的标定装置对比例常数K进行标定，可以有效提高比例常数K的标定精度，从而使后续安装螺栓时能够对螺栓的预紧力有效测量，具有测量精度高的特点。

Description

螺栓预紧力测量的标定装置、标定方法和预紧力控制方法

技术领域

本发明涉及螺栓性能测量技术领域，具体而言，涉及一种螺栓预紧力测量的标定装置、标定方法和预紧力控制方法。

背景技术

螺栓被广泛应用于制造行业中，螺栓作为主要的联接和传力零件，它的安全直接关系到整个机械的安全性能。

在使用过程中，因螺栓装配预紧力控制偏差导致的事故时有发生。因此，在安装螺栓时需要对螺栓预紧力进行精确控制。在对螺栓预紧力进行测量时，一般采用两种方法，一种是扭矩测量方法，一种是转角测量法。

在扭矩测量法中，力矩扳手施加扭矩T，以达到对螺栓预紧的效果。其中，扭矩T与螺栓预紧力F成比例关系，其公式(1)为：T＝KFd，式中：F为螺栓轴向预紧力，d为螺栓直径，抗扭系数K决定于螺纹副与被连接件、螺栓与垫片间的摩擦系数，应用中抗扭系数K主要通过试验确定。

在确定抗扭系数K的过程中，很多参数的误差都容易导致试验确定的抗扭系数K存在偏差。例如，(1)实际装配过程中扭矩T示值通过扭矩扳手读取，故T示值误差的引入必然增大预紧力控制误差，必然导致确定的系数K存在较大误差；(2)由于螺纹副与被联接件、螺栓头与垫片间摩擦系数不同，所以即使是同一批螺栓其抗扭系数K离散性最大可达±40％，无法得到准确的抗扭系数K，进而无法达到精确控制螺栓预紧力的目的，给产品安全带来了不可控因素。

在转角测量法中，根据螺栓预紧力转角法控制原理可知，当螺栓头拧到与被联接件贴紧后，螺栓后续旋转角度与螺栓预紧力成比例关系，其公式(2)为：F＝Kα，式中：F为螺栓轴向预紧力，α为螺栓转角，比例常数K决定于螺栓固有尺寸特征及被联接件刚度。

现有技术中通过测量螺栓转角α对比例常数K进行标定，由于标定设备精度有限，因而使标定后的比例常数K存在很大的误差、标定精度很差，从而导致在后续安装螺栓进行螺栓预紧力测量时存在测量精度差的问题，进而导致严重的安全隐患。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种螺栓预紧力测量的标定装置、标定方法和预紧力控制方法，以解决现有技术中对螺栓的比例常数进行标定时存在精度差、误差大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种螺栓预紧力测量的标定装置，包括：安装部，待检测螺栓设置在安装部上；螺母，螺母与待检测螺栓的远离螺栓头的一端螺纹连接；用于驱动螺母相对于安装部转动的驱动部，驱动部与螺母连接；用于检测螺母的转动参数的转动检测部，转动检测部的检测端与螺母连接；用于检测待检测螺栓的轴向应变的应变检测部，应变检测部的检测端与待检测螺栓接触。

进一步地，安装部包括贯通设置的用于安装待检测螺栓的螺栓安装孔，待检测螺栓的远离螺栓头的一端由螺栓安装孔内伸出。

进一步地，待检测螺栓由安装部的底端经螺栓安装孔向安装部的顶端伸出。

进一步地，螺栓安装孔为阶梯孔，螺栓安装孔包括：螺栓头定位孔，待检测螺栓的螺栓头卡接在螺栓头定位孔内；与螺栓头定位孔连通的轴孔，应变检测部的检测端贴附在待检测螺栓上且位于轴孔内。

进一步地，标定装置还包括信号采集器，安装部的顶端的端面具有沿螺栓安装孔向周向边缘处延伸的定位槽，应变检测部包括：应变片，应变片贴附在待检测螺栓上；传感器导线，传感器导线的第一端与应变片连接，传感器导线的第二端由螺栓安装孔内伸出并经过定位槽后与信号采集器连接。

进一步地，转动检测部包括用于检测螺母转动弧长的弧长检测部，弧长检测部的检测端固定于螺母上。

进一步地，弧长检测部包括拉线传感器，拉线传感器的拉线检测端与螺母固定。

进一步地，标定装置还包括连接部，弧长检测部通过连接部与螺母固定。

进一步地，连接部包括：连接套，连接套套设在螺母的外部；锁紧件，连接套通过锁紧件与螺母锁紧。

进一步地，连接套的外周面具有环形槽，弧长检测部的检测端固定在环形槽处。

根据本发明的另一个方面，提供了一种标定方法，包括：步骤S1：控制驱动部动作，以使螺母相对待检测螺栓转动；步骤S2：转动检测部检测螺母的转动参数，应变检测部检测待检测螺栓的轴向应变值；步骤S3：根据螺母的转动参数与待检测螺栓的轴向应变值确定比例常数K。

进一步地，标定方法还包括在步骤S3之后的步骤S4：建立螺母的转动参数、待检测螺栓的轴向应变值和待检测螺栓的轴向预紧力F之间的对应关系。

进一步地，标定方法还包括在步骤S1之前的步骤S01：将待检测螺栓由安装部的底端经螺栓安装孔向安装部的顶端伸出，并将螺母与待检测螺栓的伸出端螺纹连接。

进一步地，在步骤S2中，转动检测部包括弧长检测部，弧长检测部的拉线传感器用于检测螺母的转动弧长。

进一步地，在步骤S3中，根据公式(3)和公式(4)，可以计算得出K＝F/α：

公式(3)

公式(4)

其中，F为待检测螺栓的轴向预紧力，α为待检测螺栓的转角，K为比例常数，E为弹性模量，ε为应变检测部的应变片测定的轴向应变值，d为待检测螺栓的直径，r为连接套的环形槽的半径，S为转动检测部的弧长检测部的拉线传感器的拉线变化长度。

进一步地，在步骤S4中，根据螺母的转动参数、待检测螺栓的轴向应变值和轴向预紧力F之间的关系，通过检测螺母的转动参数和/或待检测螺栓的轴向应变值，确定待检测螺栓的轴向预紧力F。

根据本发明的另一个方面，提供了一种预紧力控制方法，包括：步骤S100：采用上述的标定方法对直径、和/或螺距、和/或有效连接长度不同的待检测螺栓的轴向应变值进行测量，并测量与待检测螺栓相配合的螺母的转动参数，以确定轴向预紧力F；步骤S200：将每次测量的待检测螺栓的直径、螺距、有效连接长度、实时的轴向应变值，及实时的螺母的转动参数和轴向预紧力F均一一对应输入数据库内存储；步骤S300：当对一个实际应用中的螺栓进行旋拧操作时，可根据实际应用中的螺栓的直径、螺距、有效连接长度，通过步骤S200中的数据库内存储的数据对实际应用中的螺栓的轴向预紧力F进行预判断，或是通过检测螺母的转动参数和/或实际应用中的螺栓的轴向应变值以确定实际应用中的螺栓的轴向预紧力F。

应用本发明的技术方案，待检测螺栓设置在安装部上，螺母与待检测螺栓的远离螺栓头的一端螺纹连接，用于驱动螺母相对于安装部转动的驱动部与螺母连接，用于检测螺母的转动参数的转动检测部与螺母连接，用于检测待检测螺栓的轴向应变的应变检测部的检测端与待检测螺栓接触。

由于设置有应变检测部，因而通过测量待检测螺栓的轴向应变以反应螺栓的预紧力。由于设置有转动检测部，因而当螺母转动时，转动检测部会检测螺母的转动参数，以螺母的转动参数反应螺栓的转动参数，而后根据螺栓预紧力转角法控制原理，可以反推出比例常数K，从而对比例常数K进行准确的标定。由于待检测螺栓相对于安装部不动，因而提高了轴向应变的测量精度，因而采用本发明中的标定装置对比例常数K进行标定，可以有效提高比例常数K的标定精度，从而使后续安装螺栓时能够对螺栓的预紧力有效测量，具有测量精度高的特点，进而有效消除了安装螺栓不到位而引发的安全隐患。

在标定方法中，由于采用螺母转动替代螺栓转动，因而本发明中的标定方法具有检测精度高的特点。

在预紧力控制方法中，由于采用上述的标定装置对螺母和待检测螺栓的各个参数进行一一对应记录，从而使得在对新的待检测螺栓进行测量前或测量中，都可以通过不同的参数信息对轴向预紧力F进行预判，从而有效提高了螺栓紧固的可靠性，提高了螺栓紧固效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明中的标定装置的结构示意图；

图2示出了本发明中的安装部的俯视图；以及

图3示出了图1中的P处局部放大图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、安装部；11、定位凸缘；11a、固定孔；12、定位槽；20、待检测螺栓；30、螺母；40、驱动部；41、液压扳手；42、液压泵；43、液压管；50、弧长检测部；51、拉线传感器；52、数据导线；60、应变检测部；61、应变片；62、传感器导线；70、信号采集器；80、反力部；81、反力板；82、安装板；90、安装支架；91、连接套；91a、环形槽；92、锁紧件；93、垫片。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了解决现有技术中对螺栓的比例常数进行标定时存在精度差、误差大的问题，本发明提供了一种螺栓预紧力测量的标定装置。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

如图1至图3所示，标定装置包括安装部10、螺母30、用于驱动螺母30转动的驱动部40、用于检测螺母30相对于安装部10的转动参数的转动检测部、用于检测待检测螺栓20的轴向应变的应变检测部60，其中，待检测螺栓20设置在安装部10上；螺母30与待检测螺栓20的远离螺栓头的一端螺纹连接；驱动部40与螺母30连接；转动检测部的检测端与螺母30连接；应变检测部60的检测端与待检测螺栓20接触。

由于设置有应变检测部60，因而通过测量待检测螺栓20的轴向应变以反应螺栓的预紧力。由于设置有转动检测部，因而当螺母30转动时，转动检测部会检测螺母30的转动参数，以螺母30的转动参数反应螺栓的转动参数，而后根据螺栓预紧力转角法控制原理，可以反推出比例常数K，从而对比例常数K进行准确的标定。由于待检测螺栓20相对于安装部10不动，因而提高了轴向应变的测量精度，因而采用本发明中的标定装置对比例常数K进行标定，可以有效提高比例常数K的标定精度，从而使后续安装螺栓时能够对螺栓的预紧力有效测量，具有测量精度高的特点，进而有效消除了安装螺栓不到位而引发的安全隐患。

如图1所示，安装部包括贯通设置的用于安装待检测螺栓20的螺栓安装孔，待检测螺栓20的远离螺栓头的一端由螺栓安装孔内伸出。由于待检测螺栓20的远离螺栓头的一端由螺栓安装孔内伸出，因而便于在待检测螺栓20的伸出端处安装螺母30，从而保证了螺母30的装配可靠性。

在图1所示的优选实施方式中，待检测螺栓20由安装部10的底端经螺栓安装孔向安装部10的顶端伸出。由于将待检测螺栓20由安装部10的底端向顶端伸出设置，因而便于安装螺母30，并能够保证转动检测部的检测端与螺母30的连接便捷性，从而提高了标定系统的使用可靠性。

优选地，螺栓安装孔为阶梯孔。由于螺栓安装孔为阶梯孔，因而当待检测螺栓20安装在螺栓安装孔内后，螺栓头的端面会与阶梯孔的台阶面止挡，从而使得螺母进一步地拧紧时，阶梯孔的台阶面会对待检测螺栓20的螺栓头起到止挡、限位的作用，从而保证待检测螺栓20的定位可靠性。

在图1所示的优选实施方式中，待检测螺栓20的螺栓头朝下设置。

本发明中的转动检测部包括用于检测螺母30转动弧长的弧长检测部50，弧长检测部50的检测端固定于螺母30上。

由于设置有弧长检测部50，因而当螺母30转动时，弧长检测部50会检测螺母30转动引起的弧长变化，该弧长变化反应了待检测螺栓20对应的转角，而后根据螺栓预紧力转角法控制原理，可以反推出比例常数K，从而对比例常数K进行准确的标定。由于弧长的测量精度高于转角的测量精度，因而采用本发明中的标定装置对比例常数K进行标定，可以有效提高比例常数K的标定精度，从而使后续安装螺栓时能够对螺栓的预紧力有效测量，具有测量精度高的特点，进而有效消除了安装螺栓不到位而引发的安全隐患。

本发明中的驱动部40包括液压扳手41、液压泵42和液压管43，液压扳手41与螺母30连接，液压泵42设置在安装部10的外部，液压扳手41通过液压管43与液压泵42连通(请参考图1)。本发明中的液压泵42为液压扳手41供液，以使液压扳手41转动，从而驱动螺母30转动。

在图1中，安装部10的第一端为底端，安装部10的第二端为顶端。

本发明中的标定装置还包括反力部80，反力部80与液压扳手41抵接或分离。反力部80用于反向力矩的承接，通常与液压扳手41共同使用。

在图1所示的优选实施方式中，反力部80还包括反力板81和安装板82，反力板81与液压扳手41的把手端抵接或分离；安装板82与安装部10连接，反力板81设置在安装板82上。优选地，安装板82设置在安装部10的第二端。

本发明中的螺栓安装孔包括螺栓头定位孔和与螺栓头定位孔连通的轴孔，螺栓头定位孔的形状与待检测螺栓20的螺栓头形状相适配，待检测螺栓20的螺栓头卡接在螺栓头定位孔内；应变检测部60的检测端贴附在待检测螺栓20上且位于轴孔内。由于待检测螺栓20的螺栓头卡接在螺栓头定位孔内，因而使得对螺母30进一步旋拧时，待检测螺栓20不会随着螺母30的转动而转动，从而保证了待检测螺栓20的定位可靠性，保证了待检测螺栓20的轴向应变测量的准确性，有效简化了测量步骤，提高了测量准确性。

优选地，待检测螺栓20的螺栓头的横截面呈六边形。

如图1和图2所示的优选实施方式中，安装部10的第一端的端面具有周向定位凸缘11，周向定位凸缘11具有固定孔11a。由于设置有周向定位凸缘11和固定孔11a，因而通过紧固件可将安装部10固定在待安装位置处，从而保证安装部10的安装稳固性。

本发明中的标定装置还包括信号采集器70，应变检测部60和弧长检测部50均与信号采集器70连接，信号采集器70设置在安装部10的外部(请参考图1)。由于设置有信号采集器70，因而信号采集器70可以对应变检测部60和弧长检测部50采集到的两种位移信号进行收集，以便后续对两种信号进行处理和计算。

在图1和图2所示的优选实施方式中，安装部10的第二端的端面具有沿螺栓安装孔向周向边缘处延伸的定位槽12，应变检测部60包括应变片61和传感器导线62，应变片61贴附在待检测螺栓20上，传感器导线62的第一端与应变片61连接，传感器导线62的第二端由螺栓安装孔内伸出并经过定位槽12后与信号采集器70连接。由于应变片61贴附在待检测螺栓20上，因而当进一步旋拧螺母30时，应变片61会检测待检测螺栓20的应变情况，进而通过公式(3)计算得到预紧力F，

公式(3)

其中，E为弹性模量，ε为应变片61测定的应变值，d为螺栓直径。

优选地，弧长检测部50包括拉线传感器51，拉线传感器51的拉线检测端与螺母30固定，拉线传感器51的主体设置在安装部10的外部(请参考图1)。并且，弧长检测部50还包括数据导线52，拉线传感器51通过数据导线52与信号采集器70连接。

在图1所示的优选实施方式中，标定装置还包括安装支架90，安装支架90与安装部10连接，拉线传感器51的主体设置在安装支架90上。优选地，安装支架90设置在安装部10的第二端。

本发明中的标定装置还包括连接部，弧长检测部50通过连接部与螺母30固定。由于弧长检测部50通过连接部与螺母30固定，因而保证了弧长检测部50与螺母30的连接可靠性，从而便于将弧长转换为待检测螺栓20的转角，保证了标定装置的检测精度。

在图1和图3所示的优选实施方式中，连接部包括连接套91和锁紧件92，连接套91套设在螺母30的外部，连接套91通过锁紧件92与螺母30锁紧。由于设置有锁紧件92，因而保证了连接套91与螺母30的固定可靠性。由于连接套91的外周面为圆弧面，因而使得拉线传感器51的拉线检测端可缠绕在连接套91上。当连接套91随螺母30转动时，拉线传感器51的拉线沿连接套91的切向运动，从而便于换算出螺母30的转动角度。

具体而言，连接套91的外周面具有环形槽91a，弧长检测部50的检测端固定在环形槽91a处。由于设置有环形槽91a，因而拉线传感器51的拉线检测端可固定在该环形槽91a处，且拉线传感器51的拉线绕设在该环形槽91a内，以防止拉线由连接套91上滑脱。

优选地，锁紧件92为锁紧螺栓。

本发明中的标定装置还包括垫片93，垫片93设置安装部10的第二端的端面与螺母30之间，且垫片93位于连接套91内侧。

本发明提供了一种标定方法。标定方法包括步骤S1至步骤S3，其中，步骤S1：控制驱动部40动作，以使螺母30相对待检测螺栓20转动；步骤S2：转动检测部检测螺母30的转动参数，应变检测部60检测待检测螺栓20的轴向应变值；步骤S3：根据螺母30的转动参数与待检测螺栓20的轴向应变值确定比例常数K。由于采用螺母30转动替代螺栓转动，因而本发明中的标定方法具有检测精度高的特点。

优选地，标定方法还包括在步骤S3之后的步骤S4：建立螺母30的转动参数、待检测螺栓20的轴向应变值和待检测螺栓20的轴向预紧力F之间的对应关系。由于建立了转动参数、轴向应变值和轴向预紧力F之间的对应关系，因而构建了一个数据库，为后续查找、对应参数值提供了基础。

在步骤S4中，根据螺母30的转动参数、待检测螺栓20的轴向应变值和轴向预紧力F之间的关系，通过检测螺母30的转动参数和/或待检测螺栓20的轴向应变值，确定待检测螺栓20的轴向预紧力F。由于前期建立了各个参数之间的数据库，因而通过查询一个或几个参数值，可以直接获取对应的其他参数值，以便对待检测螺栓20进行操作。

本发明中的标定方法还包括在步骤S1之前的步骤S01：将待检测螺栓20由安装部10的底端经螺栓安装孔向安装部10的顶端伸出，并将螺母30与待检测螺栓20的伸出端螺纹连接。采用上述的安装步骤将待检测螺栓20、螺母30和安装部10可靠安装，以保证标定方法顺利实施。

优选地，在步骤S2中，转动检测部包括弧长检测部50，弧长检测部50的拉线传感器51用于检测螺母30的转动弧长。由于采用弧长检测法检测螺母30也就是螺栓的弧度变化，因而提高了系统的标定精度，保证了常数K的测量准确性。

进一步地，标定方法还包括在步骤S1与步骤S01之间的：步骤S02：将连接套91套设在螺母30的外部；步骤S03：将连接套91通过锁紧件92与螺母30锁紧；步骤S04：将弧长检测部50的检测端固定在连接套91的外周面的环形槽91a处。为了保证弧长检测部50对螺母30的安装、检测可靠性，因而采用连接套91与螺母30装配。

具体而言，在步骤S3中，根据公式(3)和公式(4)，可以计算得出K＝F/α：

公式(4)

其中，F为待检测螺栓20的轴向预紧力，α为待检测螺栓20的转角，K为比例常数，r为连接部的连接套91的环形槽91a的半径，S为转动检测部的弧长检测部50的拉线传感器51的拉线变化长度。

本发明中的标定过程如下：

1.调节液压扳手41，使其按照顺时针拧紧方向放置于标定装置中，其一端与反力板81贴紧，对系统进行清零；

2.施加一个初始小扭矩T值，使螺母30与安装部10贴紧，此时通过应变检测部60示值(ε)，可得到当前待检测螺栓的预紧力记录扭矩T和初始预紧力F1，由于初始扭矩T值很小，故贴紧过程产生的预紧力在实车装配中予以修正即可；

3.对系统再次进行清零(即将应变检测部60示值ε清零)，设置信号采集器70开始进行连续采集，通过控制液压泵42使液压扳手41顺时针(或逆时针，需根据反力部80位于液压扳手41的哪一侧而决定液压扳手41的转动方向)旋紧螺母30，此时液压扳手41的转动是缓慢的，故在此过程中信号采集器70可连续采集连接套91转过的弧长、也就是拉线传感器51的拉线变化长度S，并同时采集待检测螺栓20的轴向应变信号ε；

4.当待检测螺栓20达到设定应变信号ε(此应变信号ε即对应螺栓设定预紧力)时，液压扳手41旋紧停止，并调整液压扳手41的方向，使液压扳手41能够逆时针转动，完成螺栓卸载。

5.重复上述步骤1至步骤4，完成待检测螺栓20的三次加载标定试验，从而在后续数据处理中取平均值。

为了保证本发明中的标定系统的标定准确性，应使安装部10与实车结构关键特征尺寸、材质、加工工艺一致。标定后得到的比例常数K可用于对实车装配转角进行控制，最终完成对预紧力的精确控制。

本发明还提供了一种预紧力控制方法，包括步骤S100至步骤S300，其中，步骤S100：采用上述的标定方法对直径、和/或螺距、和/或有效连接长度不同的待检测螺栓20的轴向应变值进行测量，并测量与待检测螺栓20相配合的螺母30的转动参数，以确定轴向预紧力F；步骤S200：将每次测量的待检测螺栓20的直径、螺距、有效连接长度、实时的轴向应变值，及实时的螺母30的转动参数和轴向预紧力F均一一对应输入数据库内存储；步骤S300：当对一个实际应用中的螺栓进行旋拧操作时，可根据实际应用中的螺栓的直径、螺距、有效连接长度，通过步骤S200中的数据库内存储的数据对实际应用中的螺栓的轴向预紧力F进行预判断，或是通过检测螺母30的转动参数和/或实际应用中的螺栓的轴向应变值以确定实际应用中的螺栓的轴向预紧力F。

由于采用上述的标定装置对螺母30和实际应用中的螺栓的各个参数进行一一对应记录，从而使得在对实际应用中的螺栓进行测量前或测量中，都可以通过不同的参数信息对轴向预紧力F进行预判，从而有效提高了紧固螺栓的可靠性。在本发明中，根据螺母30的转动参数、实际应用中的螺栓的轴向应变值和轴向预紧力F之间的关系，通过检测螺母30的转动参数和/或实际应用中的螺栓的轴向应变值，可以直接确定实际应用中的螺栓的轴向预紧力F。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1.利用本发明中的标定系统测得的比例常数K精度高，能够将预紧力控制精度由±40％提升至±10％，极大提高了螺栓联接的可靠性，从而保障了整机安全；

2.利用该标定装置还可开展螺栓预紧过程中的润滑工艺的研究，在保证预紧力控制精度的同时，减少螺纹副损伤，从而提高螺栓的可重复利用率，降低成本；

3.利用该标定装置可建立不同结构形式联接螺栓的标定数据库，拟合得到常用联接结构转角法比例常数K的普适表达式，并最终推广应用至实车装配，保证精度的同时提升装配效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种螺栓预紧力测量的标定装置，其特征在于，包括：

安装部(10)，待检测螺栓(20)设置在所述安装部(10)上；

螺母(30)，所述螺母(30)与所述待检测螺栓(20)的远离螺栓头的一端螺纹连接；

用于驱动所述螺母(30)相对于所述安装部(10)转动的驱动部(40)，所述驱动部(40)与所述螺母(30)连接；

用于检测所述螺母(30)的转动参数的转动检测部，所述转动检测部的检测端与所述螺母(30)连接；

用于检测所述待检测螺栓(20)的轴向应变的应变检测部(60)，所述应变检测部(60)的检测端与所述待检测螺栓(20)接触。

2.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述安装部(10)包括贯通设置的用于安装所述待检测螺栓(20)的螺栓安装孔，所述待检测螺栓(20)的远离螺栓头的一端由所述螺栓安装孔内伸出。

3.根据权利要求2所述的标定装置，其特征在于，所述待检测螺栓(20)由所述安装部(10)的底端经所述螺栓安装孔向所述安装部(10)的顶端伸出。

4.根据权利要求2或3所述的标定装置，其特征在于，所述螺栓安装孔为阶梯孔，所述螺栓安装孔包括：

螺栓头定位孔，所述待检测螺栓(20)的螺栓头卡接在所述螺栓头定位孔内；

与所述螺栓头定位孔连通的轴孔，所述应变检测部(60)的检测端贴附在所述待检测螺栓(20)上且位于所述轴孔内。

5.根据权利要求4所述的标定装置，其特征在于，所述标定装置还包括信号采集器(70)，所述安装部(10)的顶端的端面具有沿所述螺栓安装孔向周向边缘处延伸的定位槽(12)，所述应变检测部(60)包括：

应变片(61)，所述应变片(61)贴附在所述待检测螺栓(20)上；

传感器导线(62)，所述传感器导线(62)的第一端与所述应变片(61)连接，所述传感器导线(62)的第二端由所述螺栓安装孔内伸出并经过所述定位槽(12)后与所述信号采集器(70)连接。

6.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述转动检测部包括用于检测所述螺母(30)转动弧长的弧长检测部(50)，所述弧长检测部(50)的检测端固定于所述螺母(30)上。

7.根据权利要求6所述的标定装置，其特征在于，所述弧长检测部(50)包括拉线传感器(51)，所述拉线传感器(51)的拉线检测端与所述螺母(30)固定。

8.根据权利要求6所述的标定装置，其特征在于，所述标定装置还包括连接部，所述弧长检测部(50)通过所述连接部与所述螺母(30)固定。

9.根据权利要求8所述的标定装置，其特征在于，所述连接部包括：

连接套(91)，所述连接套(91)套设在所述螺母(30)的外部；

锁紧件(92)，所述连接套(91)通过所述锁紧件(92)与所述螺母(30)锁紧。

10.根据权利要求9所述的标定装置，其特征在于，所述连接套(91)的外周面具有环形槽(91a)，所述弧长检测部(50)的检测端固定在所述环形槽(91a)处。

11.一种用于对螺母的转动参数和螺栓的轴向应变值的比值的标定方法，其特征在于，包括：

步骤S1：控制驱动部(40)动作，以使螺母(30)相对待检测螺栓(20)转动；

步骤S2：转动检测部检测所述螺母(30)的转动参数，应变检测部(60)检测所述待检测螺栓(20)的轴向应变值；

步骤S3：根据所述螺母(30)的转动参数与所述待检测螺栓(20)的轴向应变值确定比例常数K；其中，所述待检测螺栓(20)设置在安装部(10)上，所述螺母(30)与所述待检测螺栓(20)的远离螺栓头的一端螺纹连接；所述驱动部(40)与所述螺母(30)连接；所述转动检测部的检测端与所述螺母(30)连接；所述应变检测部(60)的检测端与所述待检测螺栓(20)接触。

12.根据权利要求11所述的标定方法，其特征在于，所述标定方法还包括在所述步骤S3之后的步骤S4：建立所述螺母(30)的转动参数、所述待检测螺栓(20)的轴向应变值和所述待检测螺栓(20)的轴向预紧力F之间的对应关系。

13.根据权利要求11所述的标定方法，其特征在于，所述标定方法还包括在所述步骤S1之前的步骤S01：将所述待检测螺栓(20)由安装部(10)的底端经螺栓安装孔向所述安装部(10)的顶端伸出，并将所述螺母(30)与所述待检测螺栓(20)的伸出端螺纹连接。

14.根据权利要求13所述的标定方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述转动检测部包括弧长检测部(50)，所述弧长检测部(50)的拉线传感器(51)用于检测所述螺母(30)的转动弧长；所述弧长检测部(50)通过连接部与所述螺母(30)固定；所述连接部包括：连接套(91)，所述连接套(91)套设在所述螺母(30)的外部；锁紧件(92)，所述连接套(91)通过所述锁紧件(92)与所述螺母(30)锁紧；所述连接套(91)的外周面具有环形槽(91a)，所述弧长检测部(50)的检测端固定在所述环形槽(91a)处。

15.根据权利要求14所述的标定方法，其特征在于，在步骤S3中，根据公式(3)和公式(4)，可以计算得出K＝F/α：

其中，F为所述待检测螺栓(20)的轴向预紧力，α为所述待检测螺栓(20)的转角，K为比例常数，E为弹性模量，ε为所述应变检测部(60)的应变片(61)测定的轴向应变值，d为所述待检测螺栓(20)的直径，r为连接套(91)的环形槽(91a)的半径，S为所述转动检测部的所述弧长检测部(50)的所述拉线传感器(51)的拉线变化长度。

16.根据权利要求12所述的标定方法，其特征在于，在步骤S4中，根据所述螺母(30)的转动参数、所述待检测螺栓(20)的轴向应变值和轴向预紧力F之间的关系，通过检测所述螺母(30)的转动参数和/或所述待检测螺栓(20)的轴向应变值，确定所述待检测螺栓(20)的轴向预紧力F。

17.一种预紧力控制方法，其特征在于，包括：

步骤S100：采用权利要求11至16中任一项所述的标定方法对直径、和/或螺距、和/或有效连接长度不同的待检测螺栓(20)的轴向应变值进行测量，并测量与所述待检测螺栓(20)相配合的螺母(30)的转动参数，以确定轴向预紧力F；

步骤S200：将每次测量的所述待检测螺栓(20)的直径、螺距、有效连接长度、实时的轴向应变值，及实时的所述螺母(30)的转动参数和轴向预紧力F均一一对应输入数据库内存储；

步骤S300：当对一个实际应用中的螺栓进行旋拧操作时，可根据所述实际应用中的螺栓的直径、螺距、有效连接长度，通过步骤S200中的所述数据库内存储的数据对所述实际应用中的螺栓的轴向预紧力F进行预判断，或是通过检测所述螺母(30)的转动参数和/或所述实际应用中的螺栓的轴向应变值以确定所述实际应用中的螺栓的轴向预紧力F。