CN109341928B - 螺栓预紧力测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺栓预紧力测量装置及方法，涉及工程机械领域，用以在不破坏螺栓的情况下实现螺栓预紧力的测量。该螺栓预紧力测量装置包括夹持机构和压力测量装置。夹持机构被构造为用于夹持螺栓；压力测量装置被构造为通过螺栓的挤压测量螺栓所对应的压力。上述技术方案，能够在机械产品生产线与售后服务现场准确快速地检测螺栓预紧力，提升螺栓连接可靠、稳定性，提高机械产品的使用性能。

Description

螺栓预紧力测量装置及方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种螺栓预紧力测量装置及方法。

背景技术

螺栓是机械产品的主要连接件，其安装质量对产品质量极为重要。螺栓出现松动或断裂情况会使其紧固作用失效，而松动现象是螺栓连接的常见问题。在机械产品生产与售后维护过程中，准确检测螺栓预紧力能够有效提高螺栓连接的可靠性和结构的安全性，确保机械产品持续正常运转，进而产生巨大的社会和经济效益。

目前相关的螺栓预紧力的检测方式具体如下：通过敲打螺栓产生的振动信号检测螺栓的预紧力。发明人发现，该螺栓预紧力测量装置及方法，需要实验室建立大量的振动信号与预紧力样本数据库作为检测基础。这样将造成检测成本高。同时，振动信号对应关系准确度直接影响预紧力检测精度。实际检测中的振动信号如果不在振动信号样本数据库中，将难以准确获得预紧力数值，造成检测精度低。

或者，采用应变片，然后使用扭矩扳手给花键轴螺栓施加扭矩，通过实时观察扭矩数值，以及扭矩与电压、压力的对应关系，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。发明人发现，该螺栓预紧力测量方法，仅适用于轮毂花键轴螺栓检测，而且采用应变片进行预紧力检测，检测效率低、精度差。

另外，发明人还发现，现有技术中至少存在下述问题：现有螺栓预紧力检测方法及装置都对螺栓自身带有破坏性、检测环境与状态一致性难以控制，而且不适合生产与售后维护现场使用。因此，开发适合生产与售后维护现场的螺栓预紧力检测方法及装置迫在眉睫。

发明内容

本发明提出一种螺栓预紧力测量装置及方法，用以在不破坏、不损伤螺栓的情况下实现螺栓预紧力的测量。

本发明提供了一种螺栓预紧力测量装置，包括：

夹持机构，被构造为用于夹持螺栓；以及

压力测量装置，被构造为通过所述螺栓的挤压测量所述螺栓所对应的压力。

在一些实施例中，所述夹持机构被构造为长度可变的。

在一些实施例中，所述夹持机构被构造为可伸缩的。

在一些实施例中，所述夹持机构包括：

第一支架；以及

第二支架，所述第二支架的第一端与所述第一支架的第一端可滑移地连接，所述第二支架的第二端安装有所述压力测量装置；

其中，处于夹持状态下，所述螺栓一端抵顶所述第一支架的第二端，所述螺栓的另一端抵顶所述压力测量装置，所述压力测量装置安装于所述第二支架的第二端。

在一些实施例中，所述夹持机构还包括：

第一定位件，安装于所述第一支架的第二端。

在一些实施例中，所述夹持机构还包括导向杆以及第二定位件；

所述导向杆固定于所述第二支架的第二端，所述第二定位件可滑移地安装于所述导向杆；或者，所述导向杆的一端可滑移地安装于所述第二支架的第二端，所述第二定位件固定于所述导向杆的另一端。

在一些实施例中，所述第二定位件包括与所述螺栓的端部形状匹配的抵顶件。

在一些实施例中，所述夹持机构还包括：

弹性复位件，安装于所述导向杆，所述弹性复位件的一端与所述第二定位件接触，另一端与所述第二支架接触。

在一些实施例中，所述第一支架和/或所述第二支架是弯折的。

在一些实施例中，所述压力测量装置包括：

第一楔形件，包括第一楔形面和第一侧面，所述第一侧面用于与所述螺栓接触；

第二楔形件，包括第二楔形面和第二侧面，所述第一楔形面和所述第二楔形面接触；所述第二楔形件被构造为可移动地，且移动方向与所述螺栓的长度方向相交；以及

压力检测元件，安装于所述第二支架且与所述第二楔形件的第二侧面可滑移地接触。

在一些实施例中，所述压力测量装置还包括：

驱动机构，与所述第二楔形件驱动连接。

在一些实施例中，所述驱动机构包括：

动力源，

传动机构，一端与所述动力源驱动连接，另一端与所述第二楔形件连接。

在一些实施例中，所述传动机构包括具有刻度标识的传动杆。

在一些实施例中，所述压力测量装置还包括：

控制器，与所述动力源电连接，用于控制所述动力源的工作状态。

在一些实施例中，所述控制器还与所述压力测量装置电连接，用于获取所述压力测量装置测量得到的压力。

本发明另一实施例提供一种螺栓预紧力测量方法，包括以下步骤：

采用压力测量装置检测处于夹持状态的螺栓未安装时对应的第一压力；

采用压力测量装置检测处于夹持状态的螺栓安装后对应的第二压力；

根据所述第一压力和所述第二压力计算所述螺栓安装后的预紧力。

上述技术方案，设置了夹持机构，通过压力测量装置夹持螺栓安装前后所对应的压力差值，得到螺栓的预紧力。具体来说，第一次测量的是螺栓处于未安装状态的压力，第二次是将螺栓安装后所需安装的部件上之后，将处于安装状态的螺栓夹持在夹持机构中。由于螺栓受到预紧力之后，长度会变化，故螺栓预紧力测量装置前后两次夹持时的螺栓长度是不同的，通过压力测量装置检测两次长度变化对应的压力变化，计算即可得到螺栓的预紧力。可见，上述技术方案，能够在机械产品生产线与售后服务现场准确快速地检测螺栓预紧力，提升螺栓连接可靠、稳定性，提高机械产品的使用性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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为本发明实施例提供的螺栓预紧力测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

参见图1，本发明提供了一种螺栓预紧力测量装置，包括夹持机构1和压力测量装置2。夹持机构1被构造为用于夹持螺栓3；压力测量装置2被构造为通过螺栓3的挤压测量螺栓3所对应的压力。

螺栓3受到预紧力之后，长度会变化，通过螺栓3安装前后不同长度对应的不同压力值，计算得到螺栓3的预紧力。

上述技术方案提供的螺栓预紧力测量装置，易于实现，适用范围广、调整方便，自适应动作灵活，测量得到的螺栓3预紧力更加精确。

在一些实施例中，夹持机构1被构造为长度可变的。

对应某一螺栓，夹持机构1的长度是确定的。对于另一长度的螺栓，夹持机构1的长度是可变的，以使得不同型号螺栓的测量。

在一些实施例中，夹持机构1被构造为可伸缩的。设置为可伸缩的，便于调节夹持机构1的长度，进而实现对不同型号螺栓的夹持。

参见图1，在一些实施例中，夹持机构1包括第一支架11和第二支架12。第二支架12的第一端与第一支架11的第一端可滑移地连接。第二端安装有压力测量装置2。其中，处于夹持状态的螺栓3一端抵顶第一支架11，另一端抵顶压力测量装置2。该抵顶对应了一定的压力值，该压力值由压力测量装置2检测出来。

参见图1，压力检测元件23的轴线与螺栓3的轴线重合，以准确测量螺栓3抵顶压力检测元件23产生的压力。

参见图1，在一些实施例中，夹持机构1还包括第一定位件13，第一定位件13安装于第一支架11的第二端。

第一定位件13用于定位被检测螺栓3的螺帽端的端面，且便于使得螺栓3的轴线与压力检测元件23的轴线重合。

参见图1，在一些实施例中，夹持机构1还包括导向杆14以及第二定位件15。导向杆14固定于第二支架12的第二端；第二定位件15可滑移地安装于导向杆14。或者，导向杆14的一端可滑移地安装于第二支架12的第二端，第二定位件15固定于导向杆14的另一端。

上述两种结构都能实现螺栓3抵顶时，第二定位件15的移动。第二次测量时，螺栓3安装之后，第二定位件15会移动，进而使得与第二定位件15固定相连的第一楔形件21的位置变化。第一楔形件21的位置变化，需要后续驱动第二楔形件22运动，第二楔形件22运动会再次带动第一楔形件21运动，直至第一楔形件21和第二楔形件22的配合位置恢复至螺栓3第一次夹持测量时的位置。

参见图1，在一些实施例中，导向杆14设置于第二定位件15上，至少布置2根。导向杆14可沿着第二支架12上的光孔轴向自由滑动。

第二定位件15压在螺栓3另一端的端面，以定位螺栓3。第二定位件15与导向杆14固连，至少布置2个导向杆14，以使得第二定位件15运动可靠。

参见图1，在一些实施例中，第二定位件15包括与螺栓3的端部形状匹配的抵顶件。

若处于安装状态的螺栓3的端部露在螺母外侧，则直接采用第二定位件15即可抵顶住螺栓3的端部。若处于安装状态的螺栓3的端部露在螺母内侧，则采用抵顶件即可抵顶住螺栓3的端部。可见，上述技术方案，无论螺栓3是否露在螺母端面外侧，均可实现螺栓3预紧力检测。

在一些实施例中，夹持机构1还包括弹性复位件16，弹性复位件16安装于导向杆14，弹性复位件16的一端与第二定位件15接触，另一端与第二支架12接触。

弹性复位件16两端分别与第二定位件15、第二支架12固连，弹性复位件16始终处于收缩状态，在弹性复位件16的收缩弹力作用下，处于趋近第二支架12的状态。

参见图1，在一些实施例中，第一支架11和/或第二支架12是弯折的。该结构便于在实现第一支架11和第二支架12可滑移连接的前提下，实现对螺栓3的夹持。

参见图1，在一些实施例中，压力测量装置2包括第一楔形件21、第二楔形件22以及压力检测元件23。第一楔形件21包括第一楔形面和第一侧面，第一侧面用于与螺栓3接触。第二楔形件22包括第二楔形面和第二侧面，第一楔形面和第二楔形面接触。第二楔形件22被构造为可移动地，且移动方向与螺栓3的长度方向相交。压力检测元件23安装于第二支架12且与第二楔形件22的第二侧面可滑移地接触。

第一楔形件21与第二定位件15固定相连，并与第二楔形件22配合动作。

第二楔形件22与传动杆固连，并与第一楔形件21配合动作；第二楔形件22与压力检测元件23之间面配合，设置润滑物质。传动杆与第二楔形件22、动力源241固连，且穿过第二支架12；传动杆的伸缩量可反馈给控制器25。

参见图1，在一些实施例中，压力测量装置2还包括驱动机构24，驱动机构24与第二楔形件22驱动连接。

驱动机构24使得螺栓3前后两次夹持后，所对应的第二楔形件2的位置相同。第二楔形件2的位置不变，实现了螺栓3安装前后对应的压力变化，前后两次压力的变化值即为螺栓3的预紧力。

参见图1，在一些实施例中，驱动机构24包括动力源241和传动机构242。传动机构242的一端与动力源241驱动连接，另一端与第二楔形件22连接。

动力源241设置于第二支架12上，在后文的控制器25控制下，驱动传动机构242动作。亦可不设置控制器25，采用人工方式控制动力源241的动作。

在一些实施例中，传动机构242包括具有刻度标识的传动杆。

螺栓3处于未安装状态时，螺栓3安装到上述压力测量装置2上之后，此位置下第二楔形块24的位置所对应的是传动杆上的刻度a。通过压力检测元件23得到此时的压力值F1。

当螺栓3处于安装状态之后，在将螺栓3安装到上述压力测量装置2上之前，先将第二楔形件22移动位置，以使得第一楔形块21和第二楔形件22分开。然后将螺栓3安装到上述压力测量装置2。接下来，通过驱动机构24使得第二楔形件22移动位置，直至传动杆上对应的刻度仍然是a。通过压力检测元件23得到此时的压力值F2。

通过计算F1和F2的差值，得到螺栓3安装后的预紧力。

采用带有刻度的传动杆，能够简便地使得第一楔形件21和第二楔形件22前后两侧测量时，相对位置是相同的，具体来说，前后两次测量时，第一楔形件21和第二楔形件22配合面的面积相同，使得螺栓3安装前后的长度变化直接反应为压力值的变化，进而使得能够通过压力值计算得到螺栓3的预紧力。

在一些实施例中，压力测量装置2还包括控制器25，控制器25与动力源241电连接，用于控制动力源241的工作状态。

控制器25用于采集压力检测元件23信号，进行信号转换、螺栓3预紧力计算、螺栓3预紧力分析、数据存储等。控制器25用于根据螺栓3长度，控制动力源241动作。

在一些实施例中，控制器25还与压力测量装置2电连接，用于获取压力测量装置2测量得到的压力。

下面结合图1介绍一些具体实施例。

参见图1，第一支架11与第二支架12共同支撑整个检测系统，并且设置第一定位件13。第一定位件13用于定位被检测螺栓3，使得螺栓3轴线与压力检测元件23轴线重合。

第二支架12可根据被检测螺栓3长度，沿着第一支架11滑动、定位、加紧。第二支架12支撑压力检测元件23、传动杆、动力源241、导向杆14、弹性复位件。

第二定位件15压在螺栓3端面定位。第二定位件15与导向杆14固连，至少布置2个导向杆14，并且在弹性复位件收缩弹力作用下，处于趋近第二支架12的状态。

第一楔形件21与第二定位件15固连，并与第二楔形件22配合动作。第二楔形件22与传动杆固连，并与第一楔形件21配合动作。第二楔形件22与压力检测元件23面配合，两者的配合面设置润滑物质。

压力检测元件23设置于第二支架12上，其轴线与螺栓3轴线重合。传动杆与第二楔形件22、动力源241固连，且穿过第二支架12。

传动杆的伸缩量可反馈给控制器25。动力源241设置于第二支架12上，在控制器25控制下，驱动传动杆伸缩。

导向杆14设置于第二定位件15上，至少布置2根。导向杆14可沿着第二支架12上的光孔轴向自由滑动。弹性复位件两端分别与第二定位件15、第二支架12固连，始终处于收缩状态。

控制器25用于采集压力检测元件23信号，进行信号转换、螺栓3预紧力计算、螺栓3预紧力分析、数据存储等；控制器25用于根据螺栓3长度，控制动力源241动作。

在检测过程中，根据螺栓3参数，调整第二支架12相对第一支架11的位置，并且定位加紧。检测未装配螺栓3，控制器25记录压力检测元件23数值与传动杆位置。然后，将螺栓3进行装配。再然后，控制器25控制动力源241动作，使得传动杆运动到未装配螺栓3检测时的传动杆的位置。在此基础上，控制器25记录压力检测元件23数值。最后，控制器25通过两次测量的压力检测元件23的数值，计算获得被检测螺栓3预紧力。

本发明另一实施例提供一种螺栓预紧力测量方法，该方法可以采用上述任一实施例提供的螺栓预紧力测量装置实现。该方法包括以下步骤：

首先，采用压力测量装置2检测处于夹持状态的螺栓3未安装时对应的第一压力。

其次，采用压力测量装置2检测处于夹持状态的螺栓3安装后对应的第二压力。

然后，根据第一压力和第二压力计算螺栓3安装后的预紧力。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种螺栓预紧力测量装置，其特征在于，包括：

夹持机构(1)，被构造为用于夹持螺栓(3)；以及

压力测量装置(2)，被构造为通过所述螺栓(3)的挤压测量所述螺栓(3)所对应的压力；所述螺栓(3)受到预紧力之后，长度改变，通过所述螺栓(3)安装前后不同长度对应的不同压力值，计算得到所述螺栓(3)的预紧力；

其中，所述夹持机构(1)包括：

第一支架(11)；以及

第二支架(12)，所述第二支架(12)的第一端与所述第一支架(11)的第一端可滑移地连接，所述第二支架(12)的第二端安装有所述压力测量装置(2)；

其中，处于夹持状态下，所述螺栓(3)一端抵顶所述第一支架(11)的第二端，所述螺栓(3)的另一端抵顶所述压力测量装置(2)；

所述压力测量装置(2)包括：

第一楔形件(21)，包括第一楔形面和第一侧面，所述第一侧面用于与所述螺栓(3)接触；

第二楔形件(22)，包括第二楔形面和第二侧面，所述第一楔形面和所述第二楔形面接触；所述第二楔形件(22)被构造为可移动地，且移动方向与所述螺栓(3)的长度方向相交；以及

压力检测元件(23)，安装于所述第二支架(12)且与所述第二楔形件(22)的第二侧面可滑移地接触。

2.根据权利要求1所述的螺栓预紧力测量装置，其特征在于，所述夹持机构(1)被构造为长度可变的。

3.根据权利要求1所述的螺栓预紧力测量装置，其特征在于，所述夹持机构(1)被构造为可伸缩的。

4.根据权利要求1所述的螺栓预紧力测量装置，其特征在于，所述夹持机构(1)还包括：

第一定位件(13)，安装于所述第一支架(11)的第二端。

5.根据权利要求1所述的螺栓预紧力测量装置，其特征在于，所述夹持机构(1)还包括导向杆(14)以及第二定位件(15)；

所述导向杆(14)固定于所述第二支架(12)的第二端，所述第二定位件(15)可滑移地安装于所述导向杆(14)；或者，所述导向杆(14)的一端可滑移地安装于所述第二支架(12)的第二端，所述第二定位件(15)固定于所述导向杆(14)的另一端。

6.根据权利要求5所述的螺栓预紧力测量装置，其特征在于，所述第二定位件(15)包括与所述螺栓(3)的端部形状匹配的抵顶件。

7.根据权利要求5所述的螺栓预紧力测量装置，其特征在于，所述夹持机构(1)还包括：

弹性复位件(16)，安装于所述导向杆(14)，所述弹性复位件(16)的一端与所述第二定位件(15)接触，另一端与所述第二支架(12)接触。

8.根据权利要求1所述的螺栓预紧力测量装置，其特征在于，所述第一支架(11)和/或所述第二支架(12)是弯折的。

9.根据权利要求1所述的螺栓预紧力测量装置，其特征在于，所述压力测量装置(2)还包括：

驱动机构(24)，与所述第二楔形件(22)驱动连接。

10.根据权利要求9所述的螺栓预紧力测量装置，其特征在于，所述驱动机构(24)包括：

动力源(241)，

传动机构(242)，一端与所述动力源(241)驱动连接，另一端与所述第二楔形件(22)连接。

11.根据权利要求10所述的螺栓预紧力测量装置，其特征在于，所述传动机构(242)包括具有刻度标识的传动杆。

12.根据权利要求10所述的螺栓预紧力测量装置，其特征在于，所述压力测量装置(2)还包括：

控制器(25)，与所述动力源(241)电连接，用于控制所述动力源(241)的工作状态。

13.根据权利要求12所述的螺栓预紧力测量装置，其特征在于，所述控制器(25)还与所述压力测量装置(2)电连接，用于获取所述压力测量装置(2)测量得到的压力。

14.一种螺栓预紧力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用权利要求1-13任一所述的压力测量装置检测处于夹持状态的螺栓未安装时对应的第一压力；

采用压力测量装置检测处于夹持状态的螺栓安装后对应的第二压力；

根据所述第一压力和所述第二压力计算所述螺栓安装后的预紧力。