CN108458825A - 螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置及利用该装置的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置及利用该装置的测量方法。所述测量装置包括：紧固部件，其具有使外螺纹通过的螺丝孔，并与夹在螺丝孔上的外螺纹的头部接触；支撑体，其支撑所述紧固部件；内螺纹，其与夹在所述紧固部件上的外螺纹螺旋结合并与紧固部件相离设置；测量装置，其将所述内螺纹固定支撑，测量由所述外螺纹传送到内螺纹的轴负载和摩擦扭矩；扭矩施加部，其给所述外螺纹施加设定的扭矩，使所述测量装置测量传递到内螺纹的力。根据如上所述构成的本发明，可分别求出实际使用的螺丝头部上发生的摩擦扭矩和螺纹上发生的摩擦扭矩，从而可精密设计螺丝的紧固扭矩和紧固结构，而且给螺丝施加扭矩求出摩擦系数时。

Description

螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置及利用该装置的测量方法

技术领域

本发明涉及使用包括螺栓或螺母的各种紧固用螺丝时，为提前了解到需给螺丝施加的最佳扭矩而使用的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置及利用该装置的测量方法。

背景技术

螺钉或螺栓及螺母(下文称螺丝)是大部分工业领域必须使用且普通日常生活中也经常看得到的紧固件，是将相互分离的对象拧紧固定住的机械零件，与焊接或铆接或者粘合等接合紧固方式相比，其紧固过程简单，必要时也可以重新拆卸下来。

利用螺丝紧固具有紧固结构简单且可调节紧固力等优点，但拧得太紧或者太弱时反而会起到副作用。

例如，将螺栓以屈服点以上的扭矩较强地拧紧时，容易折断，或者即使不会当场折断，但会失去弹性恢复力，不能长期保持所设计7的紧固力。与此相反，以比合理扭矩更小的力量拧紧时，螺栓可能经过震动等逐渐松动，或者结合部位的紧固力小而造成结构上的问题。因此紧固某种结合对象时，施加规定的扭矩尤为重要。

可调节对螺丝施加的扭矩的控制方法中，利用扭矩扳手的所谓扭矩值控制方式实际采用的是施加扭矩和拧紧力的线性关系。所述的扭矩值控制方法会受到各螺丝摩擦系数的影响，故根据摩擦系数之差，轴向力发生变化而造成困难。就是说，螺丝的摩擦系数根据螺纹的加工精密度、表面处理规格、有无涂油等条件出现变化，因此需掌握螺丝的摩擦系数才能求出正确的紧固扭矩。

通常将螺丝拧紧或拧开时，需掌握螺纹中的摩擦系数tanρ＝μ和螺栓头部和与此接触的板之间摩擦系数μ_n，才能求出拧紧扭矩T_T或松动扭矩T_L(下文称施加扭矩)和轴向力Q之间的关系。

若要掌握所述摩擦系数μ_n，需求出通过螺纹摩擦力的扭矩T_B和通过螺栓头部和板的摩擦力的扭矩T_W。但尚未开发出能够在普通螺丝上进行测量的装置，只是通过实验求出拧紧扭矩T_T和轴向力Q之间的关系T_T-Q加以应用。

而且为了通过实验求出拧紧扭矩T_T和轴向力Q之间的关系T_T-Q，需将螺丝用恒定扭矩拧紧的同时实时测量作用于螺丝的轴向力Q，但为此还需在螺丝上粘贴应变计或使用装配有轴向力传感器的特殊螺丝。

但螺丝上装配应变计时需将螺丝损坏，导致螺丝的结构变化而导致测量值不正确。装配轴向力传感器的特殊螺丝是价格高昴，尤其每个螺丝摩擦系数的测量结果不一样，因此由该螺丝获得的试验结果与实际使用的螺丝的试验结果之间可能存在差异。

采用上述传感器方式的实验可以求出螺丝的拧紧扭矩T_T的轴向力Q，但无法得知螺纹中通过摩擦的扭矩T_B和通过螺丝头部(或者垫圈)和板之间摩擦的扭矩T_W，最终无法求出螺纹中摩擦系数tanρ＝μ和头部和板之间的摩擦系数μ_n。

螺栓松动检测装置作为容克(Junker)试验机，可以利用载荷传感器测量螺栓的轴向力，但还是求不出通过螺纹中的摩擦的扭矩T_B和通过螺栓头部和板之间摩擦的各部位上的扭矩Tw。

韩国公开专利公报第10-2010-0000565号(螺丝摩擦系数测量仪和测量方法)中公开的摩擦系数测量仪及测量方法是，利用驱动电机和减速器将拧紧或拧开螺丝的动作反复进行而测量拧紧扭矩和松动扭矩，根据两个扭矩的差异，利用理论式间接计算出轴向力，根据两个轴向力之和，利用理论式间接地计算出摩擦系数，但这种间接方式的计算存在的误差较大。虽然螺丝部的摩擦系数tanρ＝μ和螺栓头部的摩擦系数μ_n不同，但所述专利是，在两个部分的摩擦系数相同的假定下测量的值，故计算值会存在误差。

发明内容

【技术问题】

本发明的目的在于提供一种螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置及利用该装置的测量方法，其可直接测量实际使用的螺丝中随拧紧扭矩的轴向力，分别求出在螺丝头部上发生的摩擦扭矩和螺纹上发生的摩擦扭矩，从而掌握各部位的摩擦系数。

本发明的目的在于提供一种螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置及利用该装置的测量方法，其求出给螺丝施加扭矩时的轴向力和摩擦扭矩时，可以模拟使用螺丝的实际现场环境状况，从而掌握随环境的轴向力和摩擦扭矩。

【技术方案】

为实现所述目的，本发明的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，包括：紧固部件，其具有使外螺纹通过的螺丝孔，并与夹在螺丝孔上的外螺纹的头部接触；支撑体，其支撑所述紧固部件；内螺纹，其与夹在所述紧固部件上的外螺纹螺旋结合并与紧固部件相离设置；测量装置，其将所述内螺纹固定支撑，测量由所述外螺纹传递到内螺纹的轴负载和摩擦扭矩；所述扭矩施加部还包括测量施加的拧紧扭矩值的扭矩感应部；根据从由所述扭矩感应部测量的所述拧紧扭矩值中减去由所述测量装置测量的所述摩擦扭矩值的值获得通过所述头部和所述紧固部件之间摩擦力的扭矩。

所述支撑体的下部还设有底板；所述测量装置包括：以固定在所述底板上的状态下支撑内螺纹的载荷传感器。

所述支撑体的下部还设有底板，所述测量装置位于底板上，并包括测量扭矩的扭矩载荷传感器和测量轴向力的轴负载载荷传感器中的一个以上。

所述内螺纹包括：紧贴所述测量装置固定住并将通过螺栓传递的扭力和轴向力传递给测量装置的一体式螺母。

所述内螺纹包括：以与测量装置分离的状态被支撑在固定夹上，并将通过螺栓传递的扭力和轴向力通过固定夹传送给测量装置的分离式螺母。

为实现所述目的，本发明的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，包括：板状紧固部件，其具备使外螺纹通过的螺丝孔；支撑体，其支撑所述紧固部件；固定夹，其以位于所述紧固部件下部的状态支撑外螺纹，并支撑外螺纹将所述螺丝孔向上通过，与紧固部件相离；内螺纹，其以在所述紧固部件上部与外螺纹螺旋结合的状态接触到紧固部件；测量装置，其与所述固定夹结合并测量通过固定夹传递的轴负载以及所述外螺纹的螺纹和所述内螺纹之间的摩擦扭矩；扭矩施加部，其给所述内螺纹施加扭矩；所述扭矩施加部还包括测量施加的拧紧扭矩值的扭矩感应部；根据从由所述扭矩感应部测量的所述拧紧扭矩值中减去由所述测量装置测量的所述摩擦扭矩值的值获得通过所述内螺纹和所述紧固部件之间摩擦力的扭矩。

所述支撑体的下部还具备底板；所述测量装置包括：以固定在所述底板上的状态支撑固定夹的载荷传感器。

所述支撑体的下部还具备底板；所述测量装置位于所述底板上，其结构包括测量扭矩的扭矩载荷传感器和测量轴向力的轴负载载荷传感器中的一个以上。

还包括壳体，其内部收容所述测量装置。

所述壳体上还具备可调节壳体内部温度或湿度的调节装置。

还包括：垂直轴，其垂直延长并位于所述外螺纹或内螺纹的铅垂上部，用以将由所述扭矩施加部传递的扭矩引至外螺纹或内螺纹；轴承，其支撑所述垂直轴可轴旋转；支撑框架，其将所述轴承固定住。

所述扭矩施加部包括：用人力运行而施加扭矩的手动扭矩施加部或者通过由外部传递的电力运行的电动扭矩施加部。

为实现所述目的，本发明的测量方法包括：内螺纹设置步骤，在测量轴向力和扭力的测量装置上将内螺纹直接或间接地固定住；紧固部件设置步骤，将具有使外螺纹通过的螺丝孔的紧固部件与所述内螺纹对应地设置并与内螺纹相离固定住；临时装配步骤，使外螺纹与内螺纹结合，并使外螺纹通过所述螺丝孔而使外螺纹的头部接触到紧固部件；扭矩施加步骤，在所述临时装配步骤完成的外螺纹上施加扭矩，给内螺纹传递轴向力和扭力；测量步骤，使所述测量装置测量传递到内螺纹的力；在所述扭矩施加步骤，给所述外螺纹施加扭矩的扭矩施加部是测量通过扭矩感应部施加的拧紧扭矩值；在所述测量步骤，所述测量装置与所述固定夹结合并测量通过固定夹传递的轴负载以及所述外螺纹的螺纹与所述内螺纹之间的摩擦扭矩；根据从由所述扭矩感应部测量的所述拧紧扭矩值中减去由所述测量装置测量的所述摩擦扭矩值的值获得通过所述头部和所述紧固部件之间摩擦力的扭矩。

为实现所述目的，本发明的测量方法包括：固定夹设置步骤，在测量轴向力和扭力的测量装置上固定住固定夹；紧固部件设置步骤，将具有螺丝孔的板状紧固部件与所述固定夹上部对应设置，并与固定夹相离设置；临时装配步骤，使外螺纹从所述固定夹向上通过，并在外螺纹从紧固部件的螺丝孔向上通过的状态下，使内螺纹在紧固部件的上部与外螺纹结合，并使结合后的内螺纹接触到紧固部件；扭矩施加步骤，对所述临时装配步骤完成的内螺纹施加扭矩，给固定夹传递轴向力和扭力；测量步骤，使所述测量装置测量传递于固定夹的力；在所述扭矩施加步骤，给所述内螺纹施加扭矩的扭矩施加部是测量通过扭矩感应部施加的拧紧扭矩值；在所述测量步骤，所述测量装置与所述固定夹结合并测量通过固定夹传递的轴负载以及所述外螺纹的螺纹与所述内螺纹之间的摩擦扭矩；根据从由所述扭矩感应部测量的所述拧紧扭矩值中减去由所述测量装置测量的所述摩擦扭矩值的值获得通过所述内螺纹和所述紧固部件之间摩擦力的扭矩。

【有益效果】

根据本发明的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，其有益效果在于，可直接测量螺丝的实际紧固条件下随螺丝紧固扭矩的轴向力，可分别求出实际使用的螺丝头部上发生的摩擦扭矩和螺纹上发生的摩擦扭矩，将螺丝头部的摩擦系数和螺丝摩擦系数分别求出，进从而可精密设计螺丝的紧固扭矩和紧固结构；

给螺丝施加扭矩求出轴向力和摩擦扭矩时，可以模拟使用螺丝的实际现场环境状况，从而掌握随温度或湿度的轴向力和摩擦扭矩。

附图说明

图1至图3是说明本发明一实施例的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置的基本结构和概念的示意图；

图4至图7是图示所述图1中图示的轴向力和摩擦扭矩测量装置的其它结构例的示意图；

图8是将本发明一实施例的轴向力和摩擦扭矩测量装置部分图示的切割分解透视图；

图9是显示本发明一实施例的轴向力和摩擦扭矩测量装置的外部结构的透视图；

图10是图示所述图9中图示的轴向力和摩擦扭矩测量装置内部结构的示意图。

【符号说明】

11：测量装置； 13：手动扭矩施加部； 14：扭矩传递部；

15a：槽； 15b：扭矩感应部； 15c：杆；

15e：把手； 15f：垂直轴； 15g：扳手接头部；

15h：轴承； 17：测量部； 17a：底板；

17b：支撑体； 17c：紧固部件； 17d：螺丝孔；

17e：一体式螺母； 17f：内螺纹口； 17h：固定螺丝；

17r：板支撑槽； 17t：中心孔； 18：载荷传感器；

18a：扭矩载荷传感器； 18b：轴负载载荷传感器； 19：螺栓；

19a：头部； 19b：外螺纹部； 25：固定夹；

27：分离式螺母； 29：适配器； 30：支撑框架；

31：托环； 32：电动扭矩施加部； 37：壳体；

37a：底座； 37b：壁部； 37c：内部空间；

37d：轴支撑板； 39：门； 39a：透明窗；

39b：把手； 41：温度调节器； 43：控制部；

43a：温控开关； 43b：显示窗； 43c：开关；

47：温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图详述本发明的一个实施例。

基本上，本实施例的轴向力和摩擦扭矩测量装置11的目的是测量随螺丝紧固扭矩的轴向力和求出螺丝的各部位发生的摩擦扭矩。求出随紧固扭矩的轴向力，可以保持适当的拧紧力，决定最佳的紧固扭矩，从而预防螺丝松动。

求摩擦扭矩的目的在于掌握螺丝各部位的摩擦系数，知道摩擦系数就可以掌握各部位的摩擦特性，从而计算出拧紧或拧开相同种类螺丝时需施加的最佳扭矩值。

下述的说明中为了说明上的便利，作为螺丝的种类，以螺栓19、一体式螺母17e和分离式螺母27为例进行说明。但本发明中的螺丝包括所述螺栓19和螺母17e、27乃至其它螺钉或其它特殊的螺栓和螺母等。还包括在固定的内螺纹上拧外螺纹，以及在固定的外螺纹上拧内螺纹的情况。

所述各部位包括形成螺纹的部分，外螺纹包括紧贴对象的头部底部摩擦部，内螺纹包括紧贴对象的底部摩擦部。

图1是说明本发明一实施例的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置11的基本结构的示意图。

如图所示，本实施例的轴向力和摩擦扭矩测量装置11的基本结构包括：夹有需测量的螺栓19的测量部17；将所述螺栓19拧紧或拧开的同时测量此时实际施加的扭矩的手动扭矩施加部13。

首先，所述测量部17包括：提供水平面的板状底板17a；固定在所述底板17a的上部并将轴向力和扭矩同时进行测量的载荷传感器18；装配在所述载荷传感器18上的一体式螺母17e；将所述载荷传感器18和一体式螺母17e收容在其中心部的支撑体17b；卡在所述支撑体17b上并被水平固定住且从一体式螺母17e相离间隔A程度的紧固部件17c；通过所述紧固部件17c与一体式螺母17e螺旋连接的螺栓19。

所述螺栓19和一体式螺母17e及紧固部件17c是在现场实际使用的螺栓和螺母及紧固部件。就是说，所述螺栓19是在现场实际使用的螺栓，取自使用一体式螺母17e和紧固部件17c的场所。

如上所述，采用实际使用的螺栓和螺母及紧固部件，则可以准确掌握实际使用的紧固部件的紧固扭矩和轴向力，从而决定适合推荐的扭矩。

从这一点来说，所述测量部17也可以说是对实际使用紧固部的装配进行模拟的模拟装置。例如，所述一体式螺母17e取自形成内螺纹的结构体，紧固部件17c取自要固定在结构体上的对象即紧固部件，螺栓19使用将紧固部件固定在结构体上的螺栓，从而形成与实际使用条件一致的模拟装置。

所述底板17a是具有一定厚度的板状部件，支撑着支撑体17b和载荷传感器18，受到试验中施加的外力也不会变形。就算强力拧紧螺栓19，但载荷传感器18对支撑体17b的相对位置不会发生变化。

所述支撑体17b支撑紧固部件17c与底板17a保持水平，在外力下同样不会变形。只要能够发挥这种作用，所述底板17a和支撑体17b模样可以采用多种变化。

所述载荷传感器18可以采用将通过所述一体式螺母17e下来的轴向力扭矩同时测量的类型即组合式载荷传感器。

或者可以根据情况，如图4所示，将扭矩载荷传感器18a和轴负载载荷传感器18b组合构成。就是说，将只测量扭矩的扭矩载荷传感器18a和只测量轴负载的轴负载载荷传感器18b按上下或下上的结构组成，替代所述组合式载荷传感器。

进一步也可以根据试验目的，按需选择扭矩载荷传感器18a或轴负载载荷传感器18b使用。

本实施例中的载荷传感器18是在一体式螺母17e上拧螺栓19或将拧紧的螺栓拧开时，用以了解施加在一体式螺母17e上的轴向力和以外螺纹部19b为中心轴的轴旋转力即扭矩。

所述一体式螺母17e通过多个固定螺丝17h或一体式螺母上设置的螺栓或螺母固定在载荷传感器18的上部，中心部设有向上部开放的内螺纹口17f。进而所述内螺纹口17f的螺丝中心轴对底板17a形成垂直是必然的。

一体式螺母17e对所述载荷传感器18的固定方式根据载荷传感器的种类可以采用不同的方式。

所述一体式螺母17e的铅垂上部设有紧固部件17c。所述紧固部件17c中央具有螺丝孔17d并取自实际紧固结构物中的矩形板状构件，其边缘部卡在支撑体17b上，拧紧或拧开螺丝时可以防止旋转。

进而只要是紧固部件17c的形态被卡在支撑体17b上，拧紧或拧开螺丝时可以防止旋转的结构，则任何形态均可。所述螺丝孔17d位于内螺纹口17f的垂直上部。

尤其所述紧固部件17c是以支撑在支撑体17b的状态与一体式螺母17e相离A间隔程度。所述间隔可以达到0.5mm至2mm程度。

实际使用条件下的螺栓插入深度会变小所述间隔A程度，因此紧固部件17c和一体式螺母17e之间的间隔越小越好。但需考虑将螺栓19强力拧紧时可能会发生的紧固部件17c和一体式螺母17e的细微变形。例如拧螺栓17时，即便坚固部件17c向下部变形，或者一体式螺母17e向上变形，但其间隔应达到紧固部件17c和一体式螺母17e不会相互接触的程度。

如上所述，本实施例的测量装置是设计时已预测到拧螺栓时紧固对象的变形。如果不能确保所述的间隔A，则无法准确测量施加到螺栓19的轴向力或扭转力是必然的。

如上所述，所述螺栓19是在现场实际使用的螺栓，外螺纹部19b与内螺纹口17f啮合，头部19a的底部紧贴紧固部件17c。所述现场可能是指使用同一个螺栓19和一体式螺母17e乃至后述的分离式螺母27的紧固结构物。

所述手动扭矩施加部13由操作人员操作，包括将所述螺栓19的头部19a收容的槽15a；固定在所述槽15a上部的扭矩感应部15b；给所述扭矩感应部15b施加扭矩的杆15c。所述杆15c的后部端上设有把手15e。

所述扭矩感应部15b是，在槽15a上夹住头部19a的状态下，使杆15c转动施加扭矩时检测施加到螺栓19上的扭矩。所述扭矩感应部15b检测的信息是传送到外部处理部(无图示)，由操作人员通过处理部了解施加到螺栓上的扭矩大小。

只要能够执行上述功能，则扭矩施加部可以任意采用多种结构。例如可以采用图2的形态，进一步也可以采用图3中图示的电动式电动扭矩施加部32。

图2是利用所述手动扭矩施加部13拧紧或拧开螺栓19时，为防止偏心并易施加扭矩而可以补充的扭矩传递部14的结构示例图。

与所述图中符号和相同的图中符号是指具有同样功能的同一个部件。

如图所示，扭矩传递部14的结构包括：可与螺栓或螺母结合的槽15a；结合于所述槽的扭矩感应部15b；固定在扭矩感应部上并垂直延长的垂直轴15f；将垂直轴15f可轴旋转地支撑的轴承15h；支撑轴承的支撑框架30。

所述垂直轴15f可向垂直方向上下升降，在轴承15h的支撑下，仅能在和螺栓同轴上旋转，因此无偏心并容易给螺栓传递扭矩。图中符号15g是扳手接头部。所述扳手接头部是将给垂直轴15f传递扭矩的扳手(无图示)夹住的部分。

所述支撑框架坚固地固定在底板17a上，通过在此结合的轴承15h使垂直轴15f与螺栓19仅能在同一轴上旋转，使螺栓19可无偏心地被拧紧或拧开。

图3是图示所述图2中图示的轴向力和摩擦扭矩测量装置中由电动扭矩施加部32替代手动扭矩施加部13的样子的示意图。

如图所示，不使用所述手动式扭矩施加部13，可以使用通过电力之力运行的电动扭矩施加部32。所述电动扭矩施加部32通过从外部传递的电力运行并以设定的扭矩拧紧或拧开螺栓19。

图4是图示所述图1中图示的轴向力和摩擦扭矩测量装置中测量部17的其它结构例的示意图。

如图所示，所述载荷传感器18可以由其它扭矩载荷传感器18a和轴负载载荷传感器18b组合构成。如上所述，即便将扭矩载荷传感器18a和轴负载载荷传感器18b上下固定设置，但仍然可以无误差地检测到施加到一体式螺母17e上的轴向力和扭力。所述轴负载载荷传感器18b和扭矩载荷传感器18a的相对位置也完全可以变换。

如上所述，根据试验目的，用其它轴负载载荷传感器18b或扭矩载荷传感器18b中任何一个也可以替代载荷传感器18组成测量装置。

图5是图示所述图1中图示的轴向力和摩擦扭矩测量装置11中的测量部17的又另一个结构例的示意图。

图中可以看出，所述支撑体17b放置于载荷传感器18的外围部上部。根据载荷传感器的种类，将支撑体17b如上所述设在载荷传感器18的上部，也可以检测到轴向力或摩擦扭矩。

图6是图示所述图1中图示的轴向力和摩擦扭矩测量装置中的测量部17的又另一结构例的示意图。

如图所示，所述载荷传感器18的上部固定有适配器29，固定夹25被支撑在适配器29上。所述适配器29将固定夹25间接地固定在载荷传感器18上。

所述固定夹25的内部有分离式螺母27被插入固定。所述分离式螺母27是在实际现场使用的六角螺母，在固定夹25内侧与外螺纹部19b螺旋结合。所述分离式螺母27是以被收容在固定夹25的状态受到拧紧或拧开螺栓19时的扭力和轴向力。

图7是所述图1中图示的轴向力和摩擦扭矩测量装置中的测量部17的又另一结构的示例图。

如图所示，螺栓头部19a被支撑在固定夹25上，对分离式螺母27施加扭矩即可紧固。通过所述结构，可以求出在实际现场对固定螺栓上拧螺母时摩擦扭矩和轴向力。

施加到所述图6和图7的分离式螺母27的扭力和轴向力通过固定夹25和适配器29传递到载荷传感器18。因此所述固定夹25和紧固部件17c之间也设有A程度的间隔是必然的。

所述实施例假设将两张板材用螺栓连接时用以求出拧紧螺栓或拧紧螺母时轴向力和摩擦扭矩的实施例。

图8是本发明一实施例的轴向力和摩擦扭矩测量装置11的部分切割分解透视图，图9是显示所示图8中图示的轴向力和摩擦扭矩测量装置外部结构的透视图。图10是图示所述9中图示的轴向力和摩擦扭矩测量装置内部结构的示意图。

如图所示，本实施例的轴向力和摩擦扭矩测量装置11还包括箱式壳体37。所述壳体37的结构包括：支撑底板17a的水平底座37a；垂直地立在所述底座37a的上部并形成三面的壁部37b；盖住所述壁部37b的上端部并起到顶板作用的轴支撑板37d；将由壁部37b形成的内部空间37c开闭的门39。

所述轴支撑板37还可以通过轴承15h支撑垂直轴15f可以轴旋转。

所述门39是铰接在一侧壁部37b上的开关式门，具有透明窗39a。可通过所述透明窗39a观察到内部空间37c的状况。图中符号39b是将门39开关时使用的把手。

根据图8所示，所述底座37a的上面中央固定着底板17a。所述底板17a固定在底座37a的状态下支撑所述测量部17。

所述底板17a的上部固定有具有一定内径和高度的圆筒形托环31。所述托环31是可支撑支撑体17b的紧固部件，其内部收容所述载荷传感器18。

尤其所述载荷传感器18的上面位于托环31的上端面下部。例如，载荷传感器18的上面位于包括托环31上端面的虚拟平面的下部。根据情况，也可以不使用所述托环31，将支撑体17b本身直接支撑在底板17a上部。

所述载荷传感器18的上面中央固定有一体式螺母17e。对所述载荷传感器18的一体式螺母17e的固定方式如上所述可随意进行多种变更。

所述支撑体17b具有一定外径和厚度的圆板状部件，其中央部设有中心孔17t。所述中心孔17t是收容一体式螺母17e的空间。插入到所述中心孔17t的一体式螺母17e是因未触及中心孔17t的内周面而传送到一体式螺母17e的扭力或轴向力不会分散到支撑体17b。

而且所述支撑体17b的上面中央设有四角的板支撑槽17r。所述板支撑槽17r是收容紧固部件17c的槽，其底面如图10所示，比一体式螺母17e的上端面高A间隔程度。因此一体式螺母17e保持与夹在所述板支撑槽17r的紧固部件17c的底部相离的状态。

所述紧固部件17c是插入于板支撑槽17r的四角板，通过螺丝孔17d使螺栓19向下通过，进而使螺栓19结合于一体式螺母17e的内螺纹口17f。

根据图10，所述壁部37b的内侧设有温度传感器47和温度调节器41。所述温度调节器41用以调节内部空间37c的温度，可以了解考虑到随气温变化的螺丝热膨胀或收缩影响的摩擦系数。所述温度调节器41可以采用热电元件方式。

所述温度调节器41通过壳体外部设置的控制部43得到控制。通过控制部43可以调节内部空间37c的温度。所述控制部43是设置在壳体37外壁面的温控装置，具有温控开关43a和显示窗43b以及开关43c。

所述温控开关43a是调节温度调节器41发热温度的拨码式开关。通过所述温控开关43a可以使壳体37内部空间37c温度与使用螺栓和螺母之处的实际温度相应。如上所述运用温度调节器41，使温度的影响反馈到摩擦扭矩的测量，因此获得更准确的实际测量值。

所述显示窗43b是显示当前内部空间37c温度和设定温度的LCD窗。所述开关43c是决定温度调节器41运行的开关。

如上所述构成的本实施例的利用轴向力和摩擦扭矩测量装置的测量方法包括内螺纹设置步骤、紧固部件设置步骤、外螺纹临时装配步骤、扭矩施加步骤和测量步骤。

所述内螺纹设置步骤是在所述载荷传感器10上部直间接地固定住一体式螺母17e或分离式螺母27的过程。

一体式螺母17e如图1所示，将螺母17e直接固定在载荷传感器18上，分离式螺母27如图6所示，通过固定夹25和适配器29间接地固定住。

所述内螺纹设置步骤之后紧固部件设置步骤是使紧固部件17c定位于一体式螺母17e或分离式螺母27上部的过程。此时紧固部件17c的螺丝孔17d须对应螺母的内螺纹孔，紧固部件的下部须保留间隔A。

通过所述过程，紧固部件17c定位以后执行临时装配步骤，使螺栓19从所述螺丝孔17d通过并与螺母17e、27结合，直至头部19a的底部接触到紧固部件17c上面。此时利用手动扭矩施加部13的扭矩并没有施加到螺栓19上。

所述临时装配步骤完成以后执行扭矩施加步骤。扭矩施加步骤是使手动扭矩施加部13的槽15a对准螺栓19的状态下使杆15c或扳手45转动，进而使扭矩传递到螺栓19的过程。

然后测量步骤是利用所述扭矩感应部15b和轴向力及扭矩测量载荷传感器18了解传递到螺栓的力的过程。即，掌握扭矩感应部15b和轴向力及扭矩测量载荷传感器18检测到的力。

通过所述测量步骤测量的数据是通过简单的数学运算过程处理，进而掌握螺栓19的头部19a和紧固部件17c之间的摩擦扭矩。

如前部分所述，通过扭矩感应部15b测量的输入拧紧扭矩T_T是，通过外螺纹部19b和螺母摩擦力的扭矩T_B以及通过头部19a和紧固部件17c之间摩擦力的扭矩T_W之和，外螺纹部19b中的摩擦扭矩是通过轴向力和扭矩测量载荷传感器18测量，因此可以通过T_W＝T_T-T_B的关系式简单地求出头部上的摩擦扭矩T_W。

施加于螺栓19的轴向力Q也通过测量已掌握，因此最终可通过所述轴向力Q和摩擦扭矩T_W掌握头部19a底面的摩擦系数。通过所述过程掌握头部的固有摩擦系数，从而决定需给头部施加的最佳扭矩值。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照具体实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域技术人员依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行各种修改，而这些修改，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，其特征在于，包括：

紧固部件(17c)，其具有使外螺纹通过的螺丝孔(17d)，并与夹在螺丝孔(17d)上的外螺纹的头部(19a)接触；

支撑体(17b)，其支撑所述紧固部件(17c)；

内螺纹，其与夹在所述紧固部件(17c)上的外螺纹螺旋结合并与紧固部件(17c)相离设置；

测量装置，其将所述内螺纹固定支撑，测量由所述外螺纹传送到内螺纹的轴负载和摩擦扭矩；

扭矩施加部，其给所述外螺纹施加扭矩；

所述扭矩施加部还包括测量施加的拧紧扭矩值的扭矩感应部(15b)；

根据从由所述扭矩感应部(15b)测量的所述拧紧扭矩值中减去由所述测量装置测量的所述摩擦扭矩值的值获得通过所述头部(19a)和所述紧固部件(17c)之间摩擦力的扭矩。

2.根据权利要求1所述的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，其特征在于，

所述支撑体(17b)的下部还设有底板(17a)；

所述测量装置包括：以固定在所述底板(17a)上的状态下支撑内螺纹的载荷传感器(18)。

3.根据权利要求1所述的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，其特征在于，

所述支撑体(17b)的下部还设有底板(17a)；

所述测量装置位于底板(17a)上，并包括测量扭矩的扭矩载荷传感器(18a)和测量轴向力的轴负载载荷传感器(18b)中的一个以上。

4.根据权利要求1所述的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，其特征在于，

所述内螺纹包括：紧贴所述测量装置固定住并将通过螺栓(19)传递的扭力和轴向力传递给测量装置的一体式螺母(17e)。

5.根据权利要求1所述的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，其特征在于，

所述内螺纹包括：以与测量装置分离的状态被支撑在固定夹(25)上，并将通过螺栓(19)传递的扭力和轴向力通过固定夹(25)传送给测量装置的分离式螺母(27)。

6.一种螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，其特征在于，包括：

板状紧固部件(17c)，其具备使外螺纹通过的螺丝孔(17d)；

支撑体(17b)，其支撑所述紧固部件(17c)；

固定夹(25)，其以位于所述紧固部件(17c)下部的状态支撑外螺纹，并支撑外螺纹将所述螺丝孔(17d)向上通过，与紧固部件(17c)相离；

内螺纹，其以在所述紧固部件(17c)上部与外螺纹螺旋结合的状态接触到紧固部件(17c)；

测量装置，其与所述固定夹(25)结合并测量通过固定夹(25)传递的轴负载以及所述外螺纹的螺纹和所述内螺纹之间的摩擦扭矩；

扭矩施加部，其给所述内螺纹施加扭矩；

所述扭矩施加部还包括测量施加的拧紧扭矩值的扭矩感应部(15b)；

根据从由所述扭矩感应部(15b)测量的所述拧紧扭矩值中减去由所述测量装置测量的所述摩擦扭矩值的值获得通过所述内螺纹和所述紧固部件(17c)之间摩擦力的扭矩。

7.根据权利要求6所述的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，其特征在于，

所述支撑体(17)的下部还具备底板(17a)；

所述测量装置包括：以固定在所述底板(17a)上的状态支撑固定夹(25)的载荷传感器(18)。

8.根据权利要求6所述的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，其特征在于，

所述支撑体(17b)的下部还具备底板(17a)；

所述测量装置位于所述底板(17a)上，其结构包括测量扭矩的扭矩载荷传感器(18a)和测量轴向力的轴负载载荷传感器(18b)中的一个以上。

9.根据权利要求1或要求6所述的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，其特征在于，

还包括壳体(37)，其内部收容所述测量装置。

10.根据权利要求9所述的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，其特征在于，

所述壳体(37)上还具备可调节壳体(37)内部温度或湿度的调节装置。

11.根据权利要求1或要求6所述的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，其特征在于，

还包括：垂直轴(15f)，其垂直延长并位于所述外螺纹或内螺纹的铅垂上部，用以将由所述扭矩施加部传递的扭矩引至外螺纹或内螺纹；

轴承(15h)，其支撑所述垂直轴(15f)可轴旋转；

支撑框架30，其将所述轴承(15h)固定住。

12.根据权利要求11所述的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置，其特征在于，

所述扭矩施加部包括：用人力运行而施加扭矩的手动扭矩施加部(13)或者通过由外部传递的电力运行的电动扭矩施加部(32)。

13.一种螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量方法，其特征在于，包括：

内螺纹设置步骤，在测量轴向力和扭力的测量装置上将内螺纹直接或间接地固定住；

紧固部件设置步骤，将具有使外螺纹通过的螺丝孔(17d)的紧固部件(17c)与所述内螺纹对应地设置并与内螺纹相离固定住；

临时装配步骤，使外螺纹与内螺纹结合，并使外螺纹通过所述螺丝孔(17d)而使外螺纹的头部(19a)接触到紧固部件(17c)；

扭矩施加步骤，在所述临时装配步骤完成的外螺纹上施加扭矩，给内螺纹传递轴向力和扭力；

测量步骤，使所述测量装置测量传递到内螺纹的力；

在所述扭矩施加步骤，给所述外螺纹施加扭矩的扭矩施加部是测量通过扭矩感应部(15b)施加的拧紧扭矩值；

在所述测量步骤，所述测量装置与所述固定夹(25)结合并测量通过固定夹(25)传递的轴负载以及所述外螺纹的螺纹与所述内螺纹之间的摩擦扭矩；

根据从由所述扭矩感应部(15b)测量的所述拧紧扭矩值中减去由所述测量装置测量的所述摩擦扭矩值的值获得通过所述头部(19a)和所述紧固部件(17c)之间摩擦力的扭矩。

14.一种螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量方法，其特征在于，包括：

固定夹设置步骤，在测量轴向力和扭力的测量装置上固定住固定夹(25)；

紧固部件设置步骤，将具有螺丝孔(17d)的板状紧固部件(17c)与所述固定夹(25)上部对应设置，并与固定夹(25)相离设置；

临时装配步骤，使外螺纹从所述固定夹(25)向上通过，并在外螺纹从紧固部件(17c)的螺丝孔(17d)向上通过的状态下，使内螺纹在紧固部件(17c)的上部与外螺纹结合，并使结合后的内螺纹接触到紧固部件(17c)；

扭矩施加步骤，对所述临时装配步骤完成的内螺纹施加扭矩，给固定夹(25)传递轴向力和扭力；

测量步骤，使所述测量装置测量传递于固定夹(25)的力；

在所述扭矩施加步骤，给所述内螺纹施加扭矩的扭矩施加部是测量通过扭矩感应部(15b)施加的拧紧扭矩值；

在所述测量步骤，所述测量装置与所述固定夹(25)结合并测量通过固定夹(25)传递的轴负载以及所述外螺纹的螺纹与所述内螺纹之间的摩擦扭矩；

根据从由所述扭矩感应部(15b)测量的所述拧紧扭矩值中减去由所述测量装置测量的所述摩擦扭矩值的值获得通过所述内螺纹和所述紧固部件(17c)之间摩擦力的扭矩。