CN109648504A - 一种螺栓紧固件的预紧力矩估测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种螺栓紧固件的预紧力矩估测方法。通过分别建立拧紧过程和服役过程中螺栓紧固件的力矩平衡关系，得到拧紧过程中拧紧扳手施加的拧紧力矩和服役过程中螺栓紧固件上产生的预紧力矩之间的函数关系；利用两个电子扭力扳手，分别对螺栓头和螺母进行拧紧，得到拧紧力矩值；将拧紧力矩值代入所得函数关系，计算得到服役过程中螺栓紧固件上的预紧力矩的大小，进而达到估测预紧力矩的目的。

Description

一种螺栓紧固件的预紧力矩估测方法
技术领域：
本发明属于紧固件技术领域，具体涉及一种螺栓紧固件的预紧力矩估测方法
背景技术：
螺栓紧固件作为标准化零部件，几乎在所有的机械设备上都有使用，具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点。螺栓紧固件本身的价值并不大，但却是保证机械系统可靠工作的最重要零部件之一。
螺纹紧固的预紧力矩是通过在拧紧工况下施加拧紧力矩，进而在紧固对象上产生预紧载荷。为了实现对紧固对象的预紧，螺栓紧固件必须能够提供足够的轴向预紧力。同时，为了保证紧固效果持续可靠，紧固件必须具有持续的自锁能力，防止轴向预紧力的衰减。该自锁能力则由紧固件和紧固对象内部的预紧力矩来提供，即包括螺纹副上产生的预紧力矩，以及紧固件与紧固对象接触面上产生的预紧力矩。因此，对螺栓进行预紧力估测，对工程安全至关重要。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是估测螺栓紧固件的预紧力矩。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种螺栓紧固件预紧力矩的估测方法，所述估测方法，主要包括以下步骤：
步骤一，根据拧紧过程中，螺母(1)受到拧紧扳手(3)施加的拧紧力矩Tw1作用，并与螺母(1)和螺栓(2)之间螺纹副上的摩擦扭矩Tt，以及螺母(1)与紧固对象(5)之间接触面上的摩擦力矩Ts平衡，建立关系Tw1＝Tt+Ts，同时根据螺栓(2)受到摩擦扭矩Tt作用，并与紧固扳手(4)施加的拧紧力矩Tw2，以及螺栓头(6)与紧固对象(5)之间接触面上的摩擦力矩Ts′平衡，建立关系Tt＝Ts′+Tw2，再根据摩擦力矩Ts和Ts′相等，即可建立拧紧过程中的力矩平衡关系Tw1＝2Ts+Tw2＝2Tt-Tw2；
步骤二，根据服役过程中，螺母(1)和螺栓(2)之间螺纹副上的摩擦力矩TT与螺母(1)和紧固对象(5)之间接触面上的摩擦力矩TS，以及螺栓头(6)和紧固对象(5)之间接触面上的摩擦力矩TS′均相等，建立关系TS＝TS′＝TT，这三个力矩将螺母(1)、螺栓(2)与紧固对象(5)锁紧在一起，即为预紧力矩；
步骤三，根据拧紧过程中的摩擦力矩Ts是动摩擦系数μd的函数，而服役过程中的摩擦力矩TS是最大静摩擦系数μs的函数，而最大静摩擦系数μs大于动摩擦系数μd，建立拧紧力矩与预紧力矩的函数关系
步骤四，利用两个电子扭力扳手，分别对螺栓头(6)和螺母(1)施加拧紧力矩Tw1和Tw2，并记录拧紧过程最后施加在二者上的力矩值；
步骤五，将施加在螺母(1)上的拧紧力矩值代入Tw1，将施加在螺栓头(6)上的拧紧力矩值代入Tw2，根据步骤三得到的函数关系，即可估测得到预紧力矩的大小。
附图说明：
图1为本发明螺栓紧固件预紧力矩的估测方法实施方式的整体示意图
图2为螺栓与螺母在拧紧工况下受扭矩情况示意图
图3为螺栓与螺母在预紧工况下受扭矩情况示意图
具体实施方式：
下面通过实例对本发明作进一步说明，利用两个电子扭力扳手，分别对螺栓头和螺母施加拧紧力矩。若已知两个电子扭力扳手各自施加的力矩数值，如Tw1＝40N·m，Tw2＝20N·m，取紧固件与被紧固对象之间的最大静摩擦系数μs与动摩擦系数μd的比值为1.3，则可根据公式得到预紧力矩的准确值为采用这样的方法后，可以精确预估预紧扭矩，能够保证螺纹连接性能的准确可靠。
本说明书实施例的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，此螺栓紧固件预紧力矩的估测方法在同一原理下还可以适当调整。例如，Tw1、Tw2除了利用电子扭力扳手测得，也可通过其他方式(如贴应变片)测得，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (1)

1.一种螺栓紧固件的预紧力矩估测方法，其特征在于，所述估测方法将整个过程分为五个步骤依次进行：
步骤一，根据拧紧过程中，螺母(1)受到拧紧扳手(3)施加的拧紧力矩Tw1作用，并与螺母(1)和螺栓(2)之间螺纹副上的摩擦扭矩Tt，以及螺母(1)与紧固对象(5)之间接触面上的摩擦力矩Ts平衡，建立关系Tw1＝Tt+Ts，同时根据螺栓(2)受到摩擦扭矩Tt作用，并与紧固扳手(4)施加的拧紧力矩Tw2，以及螺栓头(6)与紧固对象(5)之间接触面上的摩擦力矩Ts′平衡，建立关系Tt＝Ts′+Tw2，再根据摩擦力矩Ts和Ts′相等，即可建立拧紧过程中的力矩平衡关系Tw1＝2Ts+Tw2＝2Tt-Tw2；
步骤二，根据服役过程中，螺母(1)和螺栓(2)之间螺纹副上的摩擦力矩TT与螺母(1)和紧固对象(5)之间接触面上的摩擦力矩TS，以及螺栓头(6)和紧固对象(5)之间接触面上的摩擦力矩TS′均相等，建立关系TS＝TS′＝TT，这三个力矩将螺母(1)、螺栓(2)与紧固对象(5)锁紧在一起，即为预紧力矩；
步骤三，根据拧紧过程中的摩擦力矩Ts是动摩擦系数μd的函数，而服役过程中的摩擦力矩TS是最大静摩擦系数μs的函数，而最大静摩擦系数μs大于动摩擦系数μd，建立拧紧力矩与预紧力矩的函数关系
步骤四，利用两个电子扭力扳手，分别对螺栓头和螺母施加拧紧力矩Tw1和Tw2，并记录拧紧过程最后施加在二者上的力矩值；
步骤五，将施加在螺母上的拧紧力矩值代入Tw1，将施加在螺栓头上的拧紧力矩值代入Tw2，根据步骤三得到的函数关系，即可估测得到预紧力矩的大小。
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