CN109297809A - 一种测量螺栓夹紧力的装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种测量螺栓夹紧力的装置，包括带有平面的特征的螺栓，平面上贴有单向应变片，单向应变片通过导线连接NI DAQ数据采集系统，贴有若干片单向应变片的螺栓安装在拉伸机的夹具上；一种测量螺栓夹紧力的方法，将螺栓的螺杆中段加工成带有平面的特征；将若干片单向应变片贴在加工有平面的螺杆上；将若干片单向应变片通过导线连接NI DAQ数据采集系统；标定：将贴有若干片单向应变片的螺栓安装在拉伸机的夹具上，施加拉力，记录螺栓的应变与力的对应关系，NI DAQ数据采集系统用于获取上述标定的系统数据和实际夹紧力的数据；本发明不受设计空间的限制，可以测试真实的螺栓夹紧力且测试结果较准确，使单向应变片有了新的用途，是本领域的一项新的开拓。

Description

一种测量螺栓夹紧力的装置及测量方法
技术领域
本发明属于机械工程和力学领域，特别涉及一种测量螺栓夹紧力的装置及测量方法。
背景技术
在机械系统设计中，螺栓连接是一种常见的连接方式，但是螺栓的夹紧力大小至关重要，是优化设计及可靠性设计重要的设计参数。
当前大多数设计都是参考机械零件设计手册，根据一个应用工况，假设一个系数K，利用公式F=T/(K*D)计算得到夹紧力，其中T表示施加的扭矩，D表示螺栓的直径，F为夹紧力。而真实的夹紧力，受到诸多的因数的影响，如连接件的材料，表面粗糙度、螺栓的螺距等，对于正向设计，基于假设的方法具有很大的局限性。
螺栓作为连接件的设计，由于设计空间有限，要真实得到螺栓的夹紧力，具有很大的难度，如果利用额外的力传感器，即使设计空间允许，但额外增加传感器连接零件，造成了额外的摩擦力使得测试得到的螺栓夹紧力比真实值偏小，这种方法也是有局限性的。
本发明在上述现有技术的基础上进行了改进，提出了一种测量螺栓夹紧力的方法，很好地克服了上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，将单向应变片与NI DAQ数据采集系统和拉伸机结合，使单向应变片有了新的用途。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种测量螺栓夹紧力的装置，包括带有平面的特征的螺栓，平面位于螺栓的螺杆中段，平面上贴有若干片单向应变片，若干片单向应变片通过导线连接NI DAQ数据采集系统，贴有若干片单向应变片的螺栓安装在拉伸机的夹具上。
优选的，所述单向应变片的片数为2片或4片。
优选的，所述螺栓的螺杆上设置有若干个凹槽，单向应变片贴于对应的凹槽内。
优选的，所述螺栓为转向管柱上的螺栓。
优选的，所述拉伸机为MTS拉伸机，该MTS拉伸机能精确记录载荷力。
优选的，所述若干片单向应变片的型号相同。
优选的，一种测量螺栓夹紧力的方法，包括以下步骤：步骤1：将螺栓的螺杆中段加工成带有平面的特征；步骤2：将若干片单向应变片贴在加工有平面的螺杆上，若干片单向应变片用来建立惠斯通桥接电路；步骤3：将若干片单向应变片通过导线连接NI DAQ数据采集系统；步骤4：标定：将贴有若干片单向应变片的螺栓安装在拉伸机的夹具上，施加拉力，记录螺栓的应变与力的对应关系，NI DAQ数据采集系统用于获取上述标定的系统数据和实际夹紧力的数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明不受设计空间的限制，可以测试真实的螺栓夹紧力且测试结果较准确，将单向应变片与NI DAQ数据采集系统和拉伸机结合，使单向应变片有了新的用途，是本领域的一项新的开拓；本发明原理易懂，操作方便，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明螺栓结构示意图；
图2是本发明带凹槽的螺栓结构示意图；
图3是本发明惠斯通半桥连接示意图；
图4是转向管柱结构示意图；
图5是本发明与NI DAQ数据采集系统连接示意图。
1、平面；2、NI DAQ数据采集系统；A、凹槽；B、螺栓；R1-R4、均为单向应变片的电阻值。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步阐明本发明，但并不限制本发明的内容。
实施例1
一种测量螺栓夹紧力的装置，包括带有平面1的特征的螺栓，平面1位于螺栓的螺杆中段，平面1上贴有2片单向应变片，2片单向应变片通过导线连接NI DAQ数据采集系统2，贴有2片单向应变片的螺栓安装在拉伸机的夹具上；一种测量螺栓夹紧力的方法，包括以下步骤：
步骤1：将螺栓的螺杆中段加工成带有平面1的特征，所述螺栓为转向管柱上的螺栓；
步骤2：将2片单向应变片贴在加工有平面的螺杆上，2片单向应变片用来建立惠斯通半桥接电路，所述螺栓的螺杆上设置有2个凹槽A，单向应变片贴于对应的凹槽A内。
步骤3：将2片单向应变片通过导线连接NI DAQ数据采集系统2；
步骤4：标定：将贴有2片单向应变片的螺栓安装在拉伸机的夹具上，拉伸机为MTS拉伸机，该MTS拉伸机能精确记录载荷力，施加拉力，记录螺栓的应变与力的对应关系，NI DAQ数据采集系统2用于获取上述标定的系统数据和实际夹紧力的数据。
实施例2
一种测量螺栓夹紧力的装置，包括带有平面1的特征的螺栓，平面1位于螺栓的螺杆中段，平面1上贴有4片单向应变片，4片单向应变片通过导线连接NI DAQ数据采集系统2，贴有4片单向应变片的螺栓安装在拉伸机的夹具上；一种测量螺栓夹紧力的方法，包括以下步骤：
步骤1：将螺栓的螺杆中段加工成带有平面1的特征，所述螺栓为转向管柱上的螺栓；
步骤2：将4片单向应变片贴在加工有平面的螺杆上，4片单向应变片用来建立惠斯通全桥接电路，所述螺栓的螺杆上设置有4个凹槽A，单向应变片贴于对应的凹槽A内。
步骤3：将4片单向应变片通过导线连接NI DAQ数据采集系统；
步骤4：标定：将贴有4片单向应变片的螺栓安装在拉伸机的夹具上，拉伸机为MTS拉伸机，该MTS拉伸机能精确记录载荷力，施加拉力，记录螺栓的应变与力的对应关系，NI DAQ数据采集系统2用于获取上述标定的系统数据和实际夹紧力的数据。
实施例3
一种测量螺栓夹紧力的装置，包括带有平面1的特征的螺栓，平面1位于螺栓的螺杆中段，平面1上贴有3片单向应变片，3片单向应变片通过导线连接NI DAQ数据采集系统2，贴有3片单向应变片的螺栓安装在拉伸机的夹具上；一种测量螺栓夹紧力的方法，包括以下步骤：
步骤1：将螺栓的螺杆中段加工成带有平面1的特征，所述螺栓为转向管柱上的螺栓；
步骤2：将3片单向应变片贴在加工有平面的螺杆上，3片单向应变片用来建立惠斯通桥接电路，所述螺栓的螺杆上设置有3个凹槽A，单向应变片贴于对应的凹槽A内。
步骤3：将3片单向应变片通过导线连接NI DAQ数据采集系统2；
步骤4：标定：将贴有3片单向应变片的螺栓安装在拉伸机的夹具上，拉伸机为MTS拉伸机，施加拉力，记录螺栓的应变与力的对应关系，NI DAQ数据采集系统2用于获取上述标定的系统数据和实际夹紧力的数据。
实施例4
一种测量螺栓夹紧力的装置，包括带有平面1的特征的螺栓，平面1位于螺栓的螺杆中段，平面1上贴有1片单向应变片，1片单向应变片通过导线连接NI DAQ数据采集系统2，贴有1片单向应变片的螺栓安装在拉伸机的夹具上；一种测量螺栓夹紧力的方法，包括以下步骤：
步骤1：将螺栓的螺杆中段加工成带有平面1的特征，所述螺栓为转向管柱上的螺栓；
步骤2：将1片单向应变片贴在加工有平面的螺杆上，1片单向应变片用来建立惠斯通桥接电路，所述螺栓的螺杆上设置有1个凹槽A，单向应变片贴于对应的凹槽A内。
步骤3：将1片单向应变片通过导线连接NI DAQ数据采集系统2；
步骤4：标定：将贴有1片单向应变片的螺栓安装在拉伸机的夹具上，拉伸机为MTS拉伸机，施加拉力，记录螺栓的应变与力的对应关系，NI DAQ数据采集系统2用于获取上述标定的系统数据和实际夹紧力的数据。
上述螺栓的夹紧力影响到整片转向管柱的性能，需要夹紧力在设计的范围内，夹紧力过大会影响手柄的调节力，过小会影响管柱的固有频率以及管柱的支撑力。
本发明所述的螺栓可以为所有规格和样式的螺栓，只需要螺栓的螺杆中段加工成有平面的特征。
本发明的原理：NI DAQ数据采集系统2、贴有单向应变片的螺栓和拉伸机等构成一个标定系统，螺栓上开槽，应用惠斯通桥接技术，测试螺栓上的应变；利用拉伸机标定螺栓上的应变与力的关系，在产品设计中，采集螺栓应变，利用NI DAQ数据采集系统2，根据标定的数据从而得到真实的螺栓夹紧力。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种测量螺栓夹紧力的装置，其特征在于：包括带有平面（1）的特征的螺栓，平面（1）位于螺栓的螺杆中段，平面（1）上贴有若干片单向应变片，若干片单向应变片通过导线连接NI DAQ数据采集系统（2），贴有若干片单向应变片的螺栓安装在拉伸机的夹具上。
2.根据权利要求1所述的测量螺栓夹紧力的方法，其特征在于：所述单向应变片的片数为2片或4片。
3.根据权利要求2所述的测量螺栓夹紧力的方法，其特征在于：所述螺栓的螺杆上设置有若干片凹槽（A），单向应变片贴于对应的凹槽(A)内。
4.根据权利要求3所述的测量螺栓夹紧力的方法，其特征在于：所述螺栓为转向管柱上的螺栓。
5.根据权利要求4所述的测量螺栓夹紧力的方法，其特征在于：所述拉伸机为MTS拉伸机，该MTS拉伸机能精确记录载荷力。
6.根据权利要求5所述的测量螺栓夹紧力的方法，其特征在于：所述若干片单向应变片的型号相同。
7.一种利用权利要求1所述的装置测量螺栓夹紧力的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将螺栓的螺杆中段加工成带有平面（1）的特征；
步骤2：将若干片单向应变片贴在加工有平面的螺杆上，若干片单向应变片用来建立惠斯通桥接电路；
步骤3：将若干片单向应变片通过导线连接NI DAQ数据采集系统（2）；
步骤4：标定：将贴有若干片单向应变片的螺栓安装在拉伸机的夹具上，施加拉力，记录螺栓的应变与力的对应关系，NI DAQ数据采集系统（2）用于获取上述标定的系统数据和实际夹紧力的数据。
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