CN109540365A - 一种紧固件预紧力快速测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧固件预紧力快速测试装置，包括拉力试验机、安装支架、拉力传感器、螺纹孔安装架和紧固件，拧紧紧固件产生的预紧力作用在安装支架上，并通过拉力传感器传递给计算机计得。本发明通过拉力传感器获得钢制结构架连接处的拉力值，由此得到紧固件预紧力的准确数值，再结合施加的拧紧力矩算得紧固件连接的拧紧系数(K值)，该装置具有操作简单、通用性强，获取的数据可靠、成本低及效率高等优点。

Description

一种紧固件预紧力快速测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及紧固件连接结构预紧力检测领域，涉及一种紧固件预紧力快速测试装置及测试方法，适用于M1.6及以上的紧固件连接预紧力测量。

背景技术

在机械结构装配过程中，合理控制紧固件拧紧力矩值，确保紧固件连接既不会出现由于预紧力过大，导致连接受载后出现螺钉断裂，又能让紧固件拧紧产生足够大的预紧力，以确保紧固件连接的可靠性和安全性。

紧固件拧紧力矩和预紧力之间具有如下关系：T＝KDF，其中，T为紧固件安装时的拧紧力矩；K为紧固件连接的拧紧系数；D为紧固件的公称直径；F为紧固件拧紧产生的预紧力。

根据上述公式可推导出：

由此，若能获得相应拧紧力矩条件下，紧固件连接的预紧力值，则能获得紧固件连接的拧紧系数，从而为确定合理的紧固件连接拧紧力矩值，提供有效依据。

目前，常规测试紧固件拧紧系数的方法为扭矩-夹紧力试验(ISO16047规定的方法)、贴片传感器测量应变、压力传感器或者螺钉穿透加入销钉传感器测应变的方法。

目前测试紧固件拧紧系数的方法存在以下问题：

1)扭矩-夹紧力试验(ISO16047规定的方法)能精确获取紧固件连接的拧紧力矩-预紧力关系曲线，进而获取紧固件连接的拧紧系数。但试验仪器昂贵，国内具备操作条件的实验室较少，试验费用昂贵，对于需要反复试验和试样较多的工况，所需试验费用较高。

2)对于现有的贴片传感器测量应变、压力传感器或者螺钉穿透加入销钉传感器测应变的方法，主要对M6以上大规格紧固件的预紧力测量效果较好。对于小规格紧固件，由于受到传感器粘贴位置，传感器可测量精度(小规格紧固件拧紧后产生的预紧力较小，很多传感器精度不够，无法精确获取数据)、螺栓规格较小，中间无法打穿加入传感器等局限，无法实现小规格紧固件拧紧系数的测试。同时，上述方法操作繁琐，试验成本高，不适合反复试验验证。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种紧固件预紧力快速测试装置，适用于M1.6及以上规格所有紧固件，具有操作简单、通用性强，获取的数据可靠、成本低及效率高等优点。

本发明的技术方案如下：

一种紧固件预紧力快速测试装置，包括拉力试验机、安装支架、拉力传感器、螺纹孔安装架和紧固件；其中，

所述的安装支架的上端面与所述的拉力试验机相连，悬挂于所述的拉力试验机上，其间还设有拉力传感器；

所述的螺纹孔安装架设于所述的安装支架下面的所述的拉力试验机上，与所述的安装支架相隔一段距离；

所述的安装支架的下端面设有与所述的紧固件配合的第一通孔，所述的螺纹孔安装架设有与所述的紧固件配合的螺纹孔或螺母；

所述的安装支架与所述的螺纹孔安装架的对称轴在同一直线上，且悬挂所述的安装支架处、所述的第一通孔、所述的螺纹孔或螺母均位于该对称轴上；

拧紧所述的紧固件产生的预紧力作用在所述的安装支架上，并通过所述的拉力传感器传递给计算机计得。

在本发明的实施例中，所述的安装支架为方形，其上设有加强筋。

在本发明的实施例中，包括升降轴，所述的安装支架通过所述的升降轴悬挂于所述的拉力试验机上。

在本发明的实施例中，还包括安装轴，所述的安装支架的上端面设有与所述的安装轴配合的第二通孔，所述的安装轴依次与所述的拉力传感器、升降轴连接，所述的安装轴通过安装螺母固定在所述的安装支架上。

在本发明的实施例中，所述的紧固件上设有扭力工具。

在本发明的实施例中，所述的螺纹孔安装架上设有螺纹孔板，所述的螺纹孔板上设有与所述的紧固件配合的螺纹孔。

在本发明的实施例中，所述的螺纹孔安装架设有与所述的紧固件配合的第三通孔，所述的紧固件可穿过所述的第一通孔、所述的第三通孔与螺母相连。

本发明还公开了用上述的紧固件预紧力快速测试装置测试拧紧系数的方法，包括以下步骤：

(1)调节所述的安装支架的高度，确保在拧紧所述的紧固件过程中，所述的安装支架的下端面不触碰所述的螺纹孔安装架；

(2)施加设定好的力矩值，计算机计得预紧力值，再根据T＝KDF计算出拧紧系数，其中，T为拧紧力矩，K为拧紧系数，D为公称直径，F为预紧力

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过将紧固件连接产生的预紧力作用在腾空的钢制结构架上，紧固件预紧力与钢制结构架连接处的拉力互为作用力与反作用力。通过拉力传感器可获得钢制结构架连接处的拉力值，由此获得紧固件预紧力的准确数值，再结合施加的拧紧力矩可以获得紧固件连接的拧紧系数(K值)，该装置具有操作简单、通用性强，获取的数据可靠、成本低及效率高等有益效果。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种紧固件预紧力快速测试装置的剖视图；

图2为本发明实施例2的一种紧固件预紧力快速测试装置的剖视图。

图中标记：1-拉力试验机、2-安装支架、21-第一通孔、22-加强筋、23-第二通孔、3-拉力传感器、4-螺纹孔安装架、41-螺纹孔板、42-第三通孔、5-紧固件、6-计算机、7-升降轴、8-安装轴、9-安装螺母、10-扭力工具、11-被连接件、12-螺纹孔或螺母。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参见图1或图2所示，本发明实施例的一种紧固件预紧力快速测试装置，包括拉力试验机1、安装支架2、拉力传感器3、螺纹孔安装架4和紧固件5；其中，

所述的安装支架2的上端面与所述的拉力试验1机相连，所述的安装支架2悬挂于所述的拉力试验机1上，其间还设有拉力传感器3；

所述的螺纹孔安装架4设于所述的安装支架2下面的所述的拉力试验机1上，所述的螺纹孔安装架4与所述的安装支架2相隔一段距离；

所述的安装支架2的下端面设有与所述的紧固件5配合的第一通孔21，所述的螺纹孔安装架4设有与所述的紧固件5配合的螺纹孔或螺母12，

所述的安装支架2与所述的螺纹孔安装架4的对称轴在同一直线上，且悬挂所述的安装支架2处、所述的第一通孔21、所述的螺纹孔或螺母12均位于该对称轴上；

拧紧所述的紧固件5产生的预紧力作用在所述的安装支架2上，并通过所述的拉力传感器3传递给计算机6计得。

本发明巧妙地在拉力试验机1上设置了悬挂式安装支架2，拧紧固件5向螺纹孔或螺母旋进产生的预紧力作用在安装支架2上，并通过拉力传感器3传递给计算机6计得该预紧力值，由此获得紧固件5预紧力的准确数值，再结合施加的拧紧力矩可以获得紧固件连接的拧紧系数(K值)，该装置具有操作简单、通用性强，获取的数据可靠、成本低及效率高等有益效果。

考虑到安装支架2因受力，实际中为了防止其变形，所述的安装支架2优选为钢制结构，支架需要有足够大的刚度，来承受紧固件拧紧时产生的预紧力引起的变形，变形越小越好。进一步，其上设有加强筋22，用于提高刚度。其形状为方形，但又不限于方形。

在本发明的另一实施例，该测试装置还包括调节安装支架2高度的升降轴7，所述的安装支架2通过所述的升降轴7悬挂于所述的拉力试验机1上，以确保在拧紧试验时，安装支架2的下端面不触碰螺纹孔安装架4，完成施加于紧固件5的预定力矩值。

在发明的又一实施例，该测试装置还包括安装轴8，所述的安装支架2的上端面设有与所述的安装轴8配合的第二通孔23，所述的安装轴8依次与所述的拉力传感器3、升降轴7连接，所述的安装轴8通过安装螺母9固定在所述的安装支架2上，实现安装支架2悬挂于拉力试验机1的设置。

优选，所述的紧固件5上设有扭力工具10，扭力工具10为扭力螺丝刀或扭力扳手，精度要求符合ISO6789的规定。

鉴于，本发明的装置适用于M1.6及以上的紧固件连接预紧力测量，其作用对象分螺纹孔安装和螺母安装两种方式。因此，本发明设置了以下两种可作用的方式。

第一种作用对象为螺纹孔12：所述的螺纹孔安装架4上设有螺纹孔板41，所述的螺纹孔板41上设有与所述的紧固件5配合的螺纹孔12。试验时，紧固件5依次穿过被连接件11、第一通孔21至螺纹孔12，扭力工具10施加扭矩于紧固件5，紧固件5旋进至螺纹孔12。

第一种作用对象为螺母12：所述的螺纹孔安装架4设有与所述的紧固件5配合的第三通孔42，所述的紧固件5可穿过所述的第一通孔21、所述的第三通孔42与螺母12相连。试验时，紧固件5依次穿过被连接件11、第一通孔21、被连接件11至螺母12，扭力工具10施加扭矩于螺母12上，旋进紧固件5。

对此，螺纹孔安装架2设有与拉力试验机1安装台面匹配的安装孔，同时设有与螺纹孔板41匹配的安装孔，螺纹孔安装架2刚度应足够大，来承受紧固件5拧紧时产生的预紧力引起的变形，变形越小越好。

本发明还公开了用上述的紧固件预紧力快速测试装置测试拧紧系数的方法，包括以下步骤：

(1)调节所述的安装支架2的高度，确保在拧紧所述的紧固件5过程中，所述的安装支架2的下端面不触碰所述的螺纹孔安装架4；

(2)施加设定好的力矩值，计算机6计得预紧力值，再根据T＝KDF计算出拧紧系数，其中，T为拧紧力矩，K为拧紧系数，D为公称直径，F为预紧力。

实施例1

本实例以M6十字盘头螺钉5(GB/T818，A2-70不锈钢螺钉)和M6铝合金材质(2A12-T4)螺纹孔为试验对象，进行拧紧力矩对应的预紧力测试，试验连接形式如图1，测试步骤如下：

1)试验装置安装到位，工具齐备；

2)本试验分别测试力矩为4牛·米、4.5牛·米和5牛·米时紧固件5拧紧对应的预紧力数值；

3)通过升降轴7，将安装支架2下降到合适高度，即确保紧固件5至少拧入螺纹孔12六圈以上，同时安装支架2的下端面不碰到螺纹孔板41，中间留有间隙；

4)将螺钉5以设定好的力矩值拧入螺纹孔板41；

5)记录下PC计算机6上的拉力值；

6)完成一个数值预紧力测试后，松开螺钉，再次拧紧，进行下一力矩值的拧紧，每个紧固5件连接完成三个力矩值的拧紧操作，并进行数据记录；

7)每个连接组合建议至少进行不同紧固件及螺纹孔五组试验，分析各组数据的偏差情况，如果各组紧固件5通过测得的预紧力计算获得的拧紧系数偏差较大(超过20％)，应分析原因，如螺纹孔内是否未清理干净，螺钉上是否有瑕疵，被连接件表面是否严重变形等原因，进而引起拧紧系数偏差大，然后进行不同孔和螺钉的反复试验，获得比较准确的拧紧系数。

实施例2：

本实例以M6内六角螺钉5(GB/T70.1，A2-70不锈钢螺钉)和M6螺母(GB/T6170，8.8级高强度碳钢螺母)为试验对象，进行拧紧力矩对应预紧力测试，试验连接形式如图2，测试步骤如下：

1)试验装置安装到位，工具齐备；

2)本试验分别测试力矩为4牛·米、4.5牛·米和5牛·米时紧固件5拧紧对应的预紧力数值；

3)通过升降轴7，将安装支架2下降到合适高度，即确保螺母12能完全拧在螺钉5螺纹上，同时安装支架2的下端面不碰到螺纹孔安装架4，中间留有间隙；

4)将螺钉5头部用工具固定住，用扭力工具10将设定好的力矩值施加在螺母上；

5)记录下PC计算机上的拉力值。

6)完成一个数值预紧力测试后，可通过升降轴7下降松开紧固件5连接，取下螺母，然后恢复到原高度，进行下一力矩值的拧紧，直至完成三个力矩值的拧紧，并进行数据记录。

7)每个连接组合建议至少进行不同紧固件5及不同螺母五组试验，分析各组数据的偏差情况，如果各组紧固件5通过测得的预紧力计算获得的拧紧系数偏差较大(超过20％)，应分析原因，如螺母，螺钉上是否有瑕疵，被连接件表面是否严重变形等原因，进而引起拧紧系数偏差大，然后进行不同孔和螺钉的反复试验，获得比较准确的拧紧系数。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种紧固件预紧力快速测试装置，其特征在于，包括拉力试验机、安装支架、拉力传感器、螺纹孔安装架和紧固件；其中，

所述的安装支架的上端面与所述的拉力试验机相连，悬挂于所述的拉力试验机上，其间还设有拉力传感器；

所述的螺纹孔安装架设于所述的安装支架下面的所述的拉力试验机上，与所述的安装支架相隔一段距离；

所述的安装支架的下端面设有与所述的紧固件配合的第一通孔，所述的螺纹孔安装架设有与所述的紧固件配合的螺纹孔或螺母；

所述的安装支架与所述的螺纹孔安装架的对称轴在同一直线上，且悬挂所述的安装支架处、所述的第一通孔、所述的螺纹孔或螺母均位于该对称轴上；

拧紧所述的紧固件产生的预紧力作用在所述的安装支架上，并通过所述的拉力传感器传递给计算机计得。

2.根据权利要求1所述的紧固件预紧力快速测试装置，其特征在于，所述的安装支架为方形，其上设有加强筋。

3.根据权利要求1所述的紧固件预紧力快速测试装置，其特征在于，包括升降轴，所述的安装支架通过所述的升降轴悬挂于所述的拉力试验机上。

4.根据权利要求3所述的紧固件预紧力快速测试装置，其特征在于，还包括安装轴，所述的安装支架的上端面设有与所述的安装轴配合的第二通孔，所述的安装轴依次与所述的拉力传感器、所述的升降轴连接，所述的安装轴通过安装螺母固定在所述的安装支架上。

5.根据权利要求1所述的紧固件预紧力快速测试装置，其特征在于，所述的紧固件上设有扭力工具。

6.根据权利要求1任一项所述的紧固件预紧力快速测试装置，其特征在于，所述的螺纹孔安装架上设有螺纹孔板，所述的螺纹孔板上设有与所述的紧固件配合的螺纹孔。

7.根据权利要求1任一项所述的紧固件预紧力快速测试装置，其特征在于，所述的螺纹孔安装架设有与所述的紧固件配合的第三通孔，所述的紧固件可穿过所述的第一通孔、所述的第三通孔与螺母相连。

8.用权利要求1～7任一项所述的紧固件预紧力快速测试装置测试拧紧系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)调节所述的安装支架的高度，确保在拧紧所述的紧固件过程中，所述的安装支架的下端面不触碰所述的螺纹孔安装架；

(2)施加设定好的力矩值，计算机计得预紧力值，再根据T＝KDF计算出拧紧系数，其中，T为拧紧力矩，K为拧紧系数，D为公称直径，F为预紧力。