CN111597714A - 一种螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法，包括如下步骤：S10通过传感器采集至少五个试验件拧紧数据，获得所述试验件的数据表；S20提取每个所述数据表中的预紧力和角度数据，绘制散点图；S30线性拟合，将所述散点图进行线性拟合，获得所拟合直线的线性拟合优度r2；以及S40获得贴合预紧力，若所述线性拟合优度r2大于判断阈值r0 2，则此时的预紧力便是贴合预紧力，其中，所述判断阈值r0 2为预设值。本发明的一种螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法，通过数据处理的方法确定装配条件下螺栓拧紧贴合预紧力，可以确定预紧力‑角度曲线线性段与非线性段的临界点，对确定扭矩转角法的加载参数、提高加载预紧力的准确与稳定性具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及螺纹紧固件装配技术领域，具体涉及一种螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法。
背景技术
扭矩转角法为汽车装配行业常用的一种螺栓紧固方法，其能够对预紧力的施加进行更为准确的预测与控制。扭矩转角法的使用需要两个重要参数：即初始扭矩与转角，在使用扭矩转角法对螺栓施加预紧力时，首先将螺栓加载至一定扭矩，在这基础上再施加一定的转角，即可获得距离目标预紧力较为接近的预紧力值。但目前行业内缺乏对扭矩转角法初始扭矩的确定规范，各大公司对这一参数的确定方法也莫衷一是。
初始扭矩的选定原则为预紧力-角度曲线线性段上靠近前端的某一选定预紧力所对应的扭矩，通过前期试验研究发现，初始预紧力(初始扭矩)的确定对预紧力的准确性与稳定性具有较大影响，初始预紧力选取过大则会较多地引入预紧力-扭矩关系的偏差，过小则会进入预紧力-角度关系的非线性段而产生较大的偏差。所以，对预紧力-角度曲线线性段与非线性段的临界点的确定(即贴合点和贴合预紧力)，对确定扭矩转角法的加载参数、提高加载预紧力的准确与稳定性具有重要意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法，通过数据处理的方法确定装配条件下螺栓拧紧贴合预紧力，可以确定预紧力-角度曲线线性段与非线性段的临界点，对确定扭矩转角法的加载参数、提高加载预紧力的准确与稳定性具有重要意义。
为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：
本发明还提供了一种螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法，包括如下步骤：S10获取数据表，通过传感器采集至少五个试验件拧紧数据，获得所述试验件的数据表；S20绘制散点图，提取每个所述数据表中的预紧力和角度数据，以每个所述数据表中的所述角度为横坐标、所述预紧力为纵坐标绘制散点图；S30线性拟合，将所述散点图进行线性拟合，获得所拟合直线的线性拟合优度r2。以及S40获得贴合预紧力，若所述线性拟合优度r2大于判断阈值r0 2，则此时的预紧力便是贴合预紧力，其中，所述判断阈值r02为预设值。
进一步地，所述步骤S10包括如下步骤：S11模拟真实应用环境准备试验件及环境条件，所述试验件包括螺栓、螺母以及被连接件，所述环境条件包括润滑、转速；S12将螺栓拧紧至屈服，获得屈服预紧力Ft；以及S13以所述屈服预紧力的60％为目标预紧力，按相应的试验要求对至少5个试验件进行拧紧试验，通过传感器采集拧紧数据，并将数据整理在数据表中。
进一步地，所述拧紧数据包括扭矩、预紧力和转动角度。
进一步地，所述步骤S20包括如下步骤：S21将每个数据表中的数据绘制一条散点曲线；S22设置一预紧力F，获得第i条散点曲线上预紧力值距离F最近角度值Ai；S23所述第i条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值Ai，并剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第i组散点数据；以及S24根据所述第i组散点数据重新绘制散点图；其中，i为整数。
进一步地，所述步骤S30包括如下步骤：S31对重新绘制的散点图进行最小二乘线性拟合；以及S32计算所拟合直线的线性拟合优度r2。
进一步地，若所述线性拟合优度r2小于所述判断阈值r0 2，则将所述预紧力F卸载，同时所述预紧力F叠加n个梯度预紧力Fb，重复所述步骤S20以及所述步骤S30，后获得新的预紧力Fn以及线性拟合优度rn 2，至所述rn 2大于判断阈值r0 2，所述贴合预紧力即为所述预紧力Fn。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明的一种螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法，通过计算机编程数据处理的方法确定装配条件下螺栓拧紧贴合预紧力，同时利用多条加载曲线的拟合优度作为评判贴合预紧力的标准，计算过程便捷高效、具有较好的移植性和迭进性、评判结果更为客观以及所得贴合预紧力的精度较高。避免初始预紧力选取过大较多地引入预紧力-扭矩关系的偏差，避免初始预紧力过小进入预紧力-角度关系的非线性段而产生较大的偏差；对确定扭矩转角法的加载参数、提高加载预紧力的准确与稳定性具有重要意义。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。
图1所示为本发明一实施例的螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法流程图；
图2所示为本发明一实施例的原始散点图；
图3所示为本发明一实施例的新散点数据的散点图；
图4所示为本发明一实施例的第一散点数据的散点图；
图5所示为本发明一实施例的第二散点数据的散点图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法，如图1所示，包括如下步骤：S10获取数据表，通过传感器采集至少五个试验件拧紧数据，获得所述试验件的数据表。S20绘制散点图，提取每个所述数据表中的预紧力和角度数据，以每个所述数据表中的所述角度为横坐标、所述预紧力为纵坐标绘制散点图。S30线性拟合，将所述散点图进行线性拟合，获得所拟合直线的线性拟合优度r2。以及S40获得贴合预紧力，若所述线性拟合优度r2大于判断阈值r0 2，则此时的预紧力便是贴合预紧力，其中，所述判断阈值r0 2为预设值。
所述步骤S10包括如下步骤：S11模拟真实应用环境准备试验件及环境条件，所述试验件包括螺栓、螺母以及被连接件，所述环境条件包括润滑、转速。S12将螺栓拧紧至屈服，获得屈服预紧力Ft。以及S13以所述屈服预紧力的60％为目标预紧力，按相应的试验要求对至少5个试验件进行拧紧试验，通过传感器采集拧紧数据，并将数据整理在数据表中。所述拧紧数据包括扭矩、预紧力和转动角度。
所述步骤S20包括如下步骤：S21将每个数据表中的数据绘制一条散点曲线。S22设置一预紧力F，获得第i条散点曲线上预紧力值距离F最近角度值Ai。S23所述第i条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值Ai，并剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第i组散点数据。以及S24根据所述第i组散点数据重新绘制散点图。其中，i为整数。
所述步骤S30包括如下步骤：S31对重新绘制的散点图进行最小二乘线性拟合。以及S32计算所拟合直线的线性拟合优度r2。
所述步骤S40若所述线性拟合优度r2小于所述判断阈值r0 2，则将所述预紧力F卸载，同时所述预紧力F叠加n个梯度预紧力Fb，重复所述步骤S20以及所述步骤S30，后获得新的预紧力Fn以及线性拟合优度rn 2，至所述rn 2大于判断阈值r0 2，所述贴合预紧力即为所述预紧力Fn。本发明利用多条加载曲线的拟合优度作为评判贴合预紧力的标准，评判结果更为客观，所得贴合预紧力的精度较高。同时本方法使用计算机编程实现，实施过程便捷高效，具有较好的移植性和迭进性。
实施例1
以某发动机关键装配部位真实装配环境为例对本发明的螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法进行说明。
S11模拟发动机真实应用环境准备试验件10个，拧紧速度8rpm，充分润滑，重复拧紧1次，梯度预紧力Fb＝1KN，预设r0 2＝99.92％。
S12取其中5个螺栓拧紧至屈服，将每个螺栓的屈服预紧力求加权平均值获得屈服预紧力Ft＝110KN。
S13以所述屈服预紧力的60％为66KN作为目标预紧力，按相应的试验要求对剩下的5个螺栓进行拧紧试验，通过传感器采集每个螺栓的拧紧数据，并将数据整理在数据表中。
S21将所述数据表中每个螺栓的拧紧数据绘制一条散点曲线，共计五条散点曲线，获得原始散点图，如图2所示。
S22设置一预紧力F＝5KN(可以按经验稍微增大)，获得第1条散点曲线上预紧力值距离F最近角度值A1＝1951°；获得第2条散点曲线上预紧力值距离F最近角度值A2＝1799°；获得第3条散点曲线上预紧力值距离F最近角度值A3＝1451°；获得第4条散点曲线上预紧力值距离F最近角度值A4＝1656°；获得第5条散点曲线上预紧力值距离F最近角度值A5＝1613°。
S23所述第1条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A1，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第1组散点数据；所述第2条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A2，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第2组散点数据；所述第3条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A3，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第3组散点数据；所述第4条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A4，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第4组散点数据；所述第5条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A5，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第5组散点数据。
S24根据所述第1～5组散点数据重新绘制散点图，如图3所示
S31对根据所述步骤S24重新绘制散点图进行最小二乘线性拟合。
S32计算所拟合直线的线性拟合优度r2，r2＝99.72％。
S40所述r2＜r0 2。将原预紧力5KN卸载，所述预紧力F叠加1个梯度预紧力Fb＝1KN后获得新的预紧力F1＝6KN，重复所述步骤S20以及所述步骤S30，如下。
S22设置一预紧力F1＝6KN，获得第1条散点曲线上预紧力值距离F1最近角度值A1 ’＝1965°；获得第2条散点曲线上预紧力值距离F1最近角度值A2 ’＝1812°；获得第3条散点曲线上预紧力值距离F1最近角度值A3 ’＝1462°；获得第4条散点曲线上预紧力值距离F1最近角度值A4 ’＝1667°；获得第5条散点曲线上预紧力值距离F1最近角度值A5 ’＝1625°。
S23所述第1条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A1 ’，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第1’组散点数据；所述第2条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A2 ’，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第2’组散点数据；所述第3条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A3 ’，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第3’组散点数据；所述第4条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A4 ’，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第4’组散点数据；所述第5条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A5 ’，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第5’组散点数据。
S24根据所述第1’～5’组散点数据重新绘制散点图，如图4所示
S31根据所述步骤S24重新绘制散点图进行最小二乘线性拟合。
S32计算所拟合直线的线性拟合优度r1 2，r1 2＝99.8％。
S40所述r1 2＜r0 2。
将原预紧力6KN卸载，继续叠加梯度预紧力Fb＝1KN，不断的重复S20～S30步骤至所述预紧力F叠加4个梯度至预紧力F2＝10KN，重复所述步骤S20以及所述步骤S30，如下。
S22设置一预紧力F2＝10KN，获得第1条散点曲线上预紧力值距离F2最近角度值A1 *＝2002°；获得第2条散点曲线上预紧力值距离F2最近角度值A2 *＝1852°；获得第3条散点曲线上预紧力值距离F2最近角度值A3 *＝1498°；获得第4条散点曲线上预紧力值距离F2最近角度值A4 *＝1704°；获得第5条散点曲线上预紧力值距离F2最近角度值A5 *＝1663°。
S23所述第1条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A1 *，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第1*组散点数据；所述第2条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A2 *，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第2*组散点数据；所述第3条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A3 *，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第3*组散点数据；所述第4条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A4 *，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第4*组散点数据；所述第5条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值A5 *，剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第5*组散点数据。
S24根据所述第1*～5*组散点数据重新绘制散点图，如图5所示
S31对新散点数据绘制的散点图进行最小二乘线性拟合。
S32计算所拟合直线的线性拟合优度r2 2，r2 2＝99.94％。
S40所述r2 2＞r0 2。获得所述贴合预紧力为10KN。完成所述贴合预紧力的确定。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10获取数据表，通过传感器采集至少五个试验件拧紧数据，获得所述试验件的数据表；
S20绘制散点图，提取每个所述数据表中的预紧力和角度数据，以每个所述数据表中的所述角度为横坐标、所述预紧力为纵坐标绘制散点图；
S30线性拟合，将所述散点图进行线性拟合，获得所拟合直线的线性拟合优度r2；以及
S40获得贴合预紧力，若所述线性拟合优度r2大于判断阈值r0 2，则此时的预紧力便是贴合预紧力，其中，所述判断阈值r0 2为预设值。
2.根据权利要求1所述的螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法，其特征在于，所述步骤S10包括如下步骤：
S11模拟真实应用环境准备试验件及环境条件，所述试验件包括螺栓、螺母以及被连接件，所述环境条件包括润滑、转速；
S12将螺栓拧紧至屈服，获得屈服预紧力Ft；以及
S13以所述屈服预紧力的60％为目标预紧力，按相应的试验要求对至少五个试验件进行拧紧试验，通过传感器采集拧紧数据，并将数据整理在数据表中。
3.根据权利要求2所述的螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法，其特征在于，所述拧紧数据包括扭矩、预紧力和转动角度。
4.根据权利要求3所述的螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法，其特征在于，所述步骤S20包括如下步骤：
S21将每个数据表中的数据绘制一条散点曲线；
S22设置一预紧力F，获得第i条散点曲线上预紧力值距离F最近角度值Ai；
S23所述第i条散点曲线上所有散点数据所对应的角度值统一减去角度值Ai，并剔除角度值小于0的所有散点数据，获得第i组散点数据；以及
S24根据所述第i组散点数据重新绘制散点图；
其中，i为整数。
5.根据权利要求4所述的螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法，其特征在于，所述步骤S30包括如下步骤：
S31对重新绘制的散点图进行最小二乘线性拟合；以及
S32计算所拟合直线的线性拟合优度r2。
6.根据权利要求5所述的螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法，其特征在于，若所述线性拟合优度r2小于所述判断阈值r0 2，则将所述预紧力F卸载，同时所述预紧力F叠加n个梯度预紧力Fb，重复所述步骤S20以及所述步骤S30，后获得新的预紧力Fn以及线性拟合优度rn 2，至所述rn 2大于判断阈值r0 2，所述贴合预紧力即为所述预紧力Fn。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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