CN112240825B - 一种管接头密封结构扭拉关系试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管接头密封结构扭拉关系试验装置及方法，本发明涉及机械工程技术领域。本发明实施例，通过第一卡头组件将待测试件中的外套螺母的未设置螺纹的部分固定，通过第二卡头组件将待测试件中的外套螺母的设置有螺纹的部分固定，通过驱动杆施加扭矩，从而可以通过第一卡头组件上的检测装置获得外套螺母未设置螺纹部分处的预紧力和端面扭矩，进而能够准确地测量出管接头装配预紧力和拧紧力矩之间的定量关系，为实际生产中使用扭矩控制法准确控制管接头的装配预紧力提供了理论基础和实现技术。

Description

一种管接头密封结构扭拉关系试验装置及方法

技术领域

本发明涉及机械工程技术领域，特别涉及一种管接头密封结构扭拉关系试验装置及方法。

背景技术

球头-锥面，锥面-锥面以及梁式等管接头密封结构在航空、航天、车辆、船舶等领域的管路系统中大量应用，其密封性能直接决定了产品的可靠性。在管路系统的装配过程中，预紧力是其密封性能的主要影响因素之一，往往通过扭矩控制法间接控制预紧力，进而获得理想的密封性能。因此，管接头拧紧力矩的量化控制是保证管路密封可靠性的重要方法，使用拧紧力矩控制预紧力的关键在于准确地建立扭矩与预紧力的关系。

测量管接头密封结构的扭拉关系的前提是测量出该结构装配时的拧紧力矩和预紧力，管接头装配拧紧力矩测量简单准确，但是预紧力的测量是一个难题。预紧力是管接头结构的内部应力，球头-锥面管接头的结构紧凑，难以外加测量预紧力的传感器测量预紧力，且传感器会改变结构形式和接触面之间的摩擦关系，引入额外的测量误差。因此难以准确地建立管接头的扭拉关系。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种管接头密封结构扭拉关系试验装置及方法，用以实现准确测量出管接头装配预紧力和拧紧力矩之间的定量关系。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种管接头密封结构扭拉关系试验装置，包括：

基座；

与所述基座可拆卸连接的第一卡头组件，所述第一卡头组件用于固定待测试件的第一部分，其中所述第一卡头组件上设置有检测装置，所述检测装置用于检测所述待测试件的第一部分处的压力和扭矩；

与所述基座可拆卸连接的第二卡头组件，所述第二卡头组件用于固定所述待测试件的第二部分；

驱动杆，所述驱动杆的第一端穿过所述第二卡头组件，用于与所述待测试件固定连接，所述驱动杆的第二端外露于所述第二卡头组件，用于连接驱动装置；

其中，所述待测试件的第一部分为管接头密封结构中外套螺母上的未设置有螺纹的部分，所述第二部分为外套螺母上设置有螺纹的部分。

进一步的，所述第一卡头组件上还设置有第一容置腔和第一凹槽，所述第一凹槽与所述待测试件的第一部分的形状相匹配，用于与所述第一部分卡接；

所述第二卡头组件上设置有第二容置腔和第二凹槽，所述第二凹槽与所述待测试件的第二部分的形状相匹配，用于与所述第二部分卡接；

其中所述第一容置腔和所述第二容置腔配合形成一用于放置所述待测试件的腔体。

进一步的，所述第一卡头组件包括：

第一卡接件，所述第一容置腔和所述第一凹槽设置在所述第一卡接件上，且所述第一容置腔由设置在所述第一凹槽内的第三凹槽形成；

用于连接所述第一卡接件和所述检测装置的连接件，所述连接件的第一端面抵接于所述第一卡接件，所述连接件的第二端面抵接于所述检测装置。

进一步的，所述第二卡头组件包括：

第二卡接件，所述第二容置腔和所述第二凹槽设置在所述第二卡接件上，且所述第二容置腔由设置在所述第二凹槽内的第一通孔形成；

与所述第二卡接件卡接的第一固定件，所述第一固定件上开设有与所述第一通孔相对设置的第二通孔。

进一步的，所述基座包括：

固定底座，所述固定底座上设置有至少一个用于安装所述固定底座的固定孔；

呈环状的第二固定件，所述第二固定件与所述固定底座固定连接，所述第一卡头组件与所述第二固定件的第一端面可拆卸连接，所述第二卡头组件与所述第二固定件的第二端面可拆卸连接。

进一步的，所述第一卡头组件与所述第二固定件的第一端面螺接，所述第二卡头组件与所述第二固定件的第二端面螺接。

进一步的，所述检测装置为压力扭矩复合传感器。

进一步的，驱动杆为内六方扳手。

根据本发明另一方面，本发明实施例还提供了一种管接头密封结构扭拉关系的试验方法，包括：

获取检测装置测得的待测试件的第一部分处的压力；

获取驱动装置施加在驱动杆上的驱动扭矩；

根据所述第一部分处的压力和所述驱动扭矩，获得所述管接头密封结构扭拉关系；

其中所述第一部分为管接头密封结构中的外套螺母上的未设置有螺纹的部分。

进一步的根据所述第一部分处的压力和所述驱动扭矩，获得所述管接头密封结构扭拉关系的步骤包括：

根据所述第一部分处的扭矩，获得所述待测件的预紧力；

根据所述驱动扭矩，获得对所述待测试件施加的拧紧力矩；

根据所述预紧力和所述拧紧力矩，获得所述管接头密封结构扭拉关系。

进一步的，所述的管接头密封结构扭拉关系的试验方法还包括：

根据公式

计算获得扭矩系数K，其中，T为拧紧力矩，F为预紧力，d为螺纹公称直径。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种管接头密封结构扭拉关系试验装置及方法，至少具有以下有益效果：

本发明实施例，通过第一卡头组件将待测试件中的外套螺母的未设置螺纹的部分固定，通过第二卡头组件将待测试件中的外套螺母的设置有螺纹的部分固定，通过驱动杆施加扭矩，从而可以通过第一卡头组件上的检测装置获得外套螺母未设置螺纹部分处的预紧力和端面扭矩，将作为内力的预紧力转换成为作用在固定端的推力，进而能够准确地测量出管接头装配预紧力和拧紧力矩之间的定量关系，为实际生产中使用扭矩控制法准确控制管接头的装配预紧力提供了理论基础和实现技术。

附图说明

图1为本发明实施例的管接头密封结构扭拉关系试验装置的剖视图；

图2为本发明实施例的管接头密封结构扭拉关系试验装置的部分结构示意图；

图3为本发明实施例的管接头密封结构扭拉关系试验装置的结构示意图；

图4为本发明实施例的外套螺母的受力示意图；

图5为本发明实施例的管接头密封结构的受力示意图；

图6为本发明实施例的管接头密封结构扭拉关系试验方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

参见图1至图5，本发明实施例提供了一种管接头密封结构扭拉关系试验装置，包括：

基座1；

与所述基座1可拆卸连接的第一卡头组件，所述第一卡头组件用于固定待测试件的第一部分2，其中所述第一卡头组件上设置有检测装置3，所述检测装置3用于检测所述待测试件的第一部分2处的压力和扭矩；

与所述基座1可拆卸连接的第二卡头组件，所述第二卡头组件用于固定所述待测试件的第二部分4；

驱动杆5，所述驱动杆5的第一端穿过所述第二卡头组件，用于与所述待测试件固定连接，所述驱动杆5的第二端外露于所述第二卡头组件，用于连接驱动装置；

其中，所述待测试件的第一部分2为管接头密封结构中外套螺母上的未设置有螺纹的部分，所述第二部分4为外套螺母上设置有螺纹的部分。

本发明实施例，通过第一卡头组件将待测试件中的外套螺母的未设置螺纹的部分固定，通过第二卡头组件将待测试件中的外套螺母的设置有螺纹的部分固定，通过驱动杆5施加扭矩，从而可以通过第一卡头组件上的检测装置3获得外套螺母未设置螺纹部分处的预紧力和端面扭矩，将作为内力的预紧力转换成为作用在固定端的推力，进而能够准确地测量出管接头装配预紧力和拧紧力矩之间的定量关系，为实际生产中使用扭矩控制法准确控制管接头的装配预紧力提供了理论基础和实现技术。

下面对管接头结构进行受力分析，以便更好的理解本发明。当外套螺母完好时，外套螺母所受的外力为螺纹牙上的预紧力F和圆环端面的压力-F，因此在外套螺母内部产生拉应力，大小等于预紧力F；在球头零件和锥面零件的装配体上，球头零件的圆环台阶面受外套螺母圆环面的反作用力F，锥面零件的螺纹牙上受外套螺母螺纹牙的反作用力-F，因此在球面-锥面密封界面上产生接触压力，阻止密封介质的泄漏。在管接头密封结构中，由于结构紧凑，无法在结构内部施加传感器的方式测量预紧力，且预紧力是以内应力的形式出现在外套螺母中的，无法直接测量。

下面结合图4和图5进行进一步的说明。在试验时首先将外套螺母从非螺纹段处剖开，分成外套螺母的第一部分2和外套螺母的第二部分4，试验过程中，将第二部分4的右端与第二卡头组件连接，将第一部分2的左端与第一卡头组件连接，同步拧紧锥面零件15和球头零件14(拧紧过程中保持锥面零件和球头零件不发生相对转动)。如图4和图5所示，当外套螺母被从非螺纹处剖切开后，外套螺母的第一部分2受圆环端面的压力-F和第一卡头组件的支反力F，外套螺母的第二部分4受螺纹牙上的预紧力F和第二卡头组件的支反力-F。这就将外套螺母内部的预紧力转换为对第一卡头组件的压力，通过传感器就能准确地测得预紧力。因此该试验装置和方法虽然将实际装配过程中固定锥面零件和球头零件，拧紧外套螺母的加载方式改变为固定外套螺母，同步拧紧锥面零件与球头零件；但并未改变管接头密封结构在装配过程中的相对运动形式和受力形式，从而保证试验过程中管接头的接触和摩擦情况与实际装配中管接头的接触和摩擦情况完全一致，从而最大限度地保证了试验结果的真实性。

可以理解的是，管接头结构中并不限于球头零件14和锥面零件15的连接形式，上述仅是通过举例进行说明。

其中，通过上述试验装置可以准确地测量出装配拧紧力矩T，预紧力F(外套螺母的第一部分2的左端的压力)和圆环端面扭矩(外套螺母的第一部分2的左端的扭矩)。且根据公式

可以计算的得到扭矩系数K。式中，K为扭矩系数，T为拧紧力矩，F为预紧力，d为螺纹公称直径。扭矩系数K的可以用于实际装配过程中使用拧紧力矩T定量控制预紧力F的大小。

继续参见图1至图3，其中，所述第一卡头组件上还设置有第一容置腔和第一凹槽6，所述第一凹槽6与所述待测试件的第一部分2的形状相匹配，用于与所述第一部分2卡接；

所述第二卡头组件上设置有第二容置腔和第二凹槽7，所述第二凹槽7与所述待测试件的第二部分4的形状相匹配，用于与所述第二部分4卡接；

其中所述第一容置腔和所述第二容置腔配合形成一用于放置所述待测试件的腔体。

其中所述第一卡头组件包括：

第一卡接件8，所述第一容置腔和所述第一凹槽6设置在所述第一卡接件8上，且所述第一容置腔由设置在所述第一凹槽6内的第三凹槽9形成；

用于连接所述第一卡接件8和所述检测装置3的连接件10，所述连接件10的第一端面抵接于所述第一卡接件8，所述连接件10的第二端面抵接于所述检测装置3。

其中设置单独的第一卡接件8便于在对不同规格或形式的待测件进行试验时，能够仅更换相匹配的第一卡接件8即可，使得本发明实施例的试验装置适用范围广且能够有效降低成本。

所述第二卡头组件包括：

第二卡接件11，所述第二容置腔和所述第二凹槽7设置在所述第二卡接件11上，且所述第二容置腔由设置在所述第二凹槽7内的第一通孔12形成；

与所述第二卡接件11卡接的第一固定件13，所述第一固定件13上开设有与所述第一通孔12相对设置的第二通孔。

其中，所述检测装置3可以为压力扭矩复合传感器。驱动杆5可以为内六方扳手。内六方扳手在与管接头密封结构配合连接时不易发生相对运动。所述扭矩驱动装置上可以设置有扭矩传感器。以便获得施加的扭矩大小。

下面结合附图对本发明实施例的管接头密封结构扭拉关系的试验装置的使用进行说明。当使用时，可先将第二卡头组件和基座1分离，将待测试件放入第一容置腔和第二容置腔内，并使得外套螺母的非螺纹段卡入第一凹槽6内，使外套螺母的螺纹段卡入第二凹槽7内，其中需要预先将外套螺母分割为非螺纹段的第一部分2和螺纹段的第二部分4，同时以锥面零件15和球头零件14为例，需在锥面零件15上开设于驱动杆5的形状相匹配的开槽，并打通至球头零件，使得驱动杆5卡入，能够在实际扭矩时保持锥面零件15和球头零件14不发生相对运动，当连接完成后，将第二卡头组件与基座1固定，并对驱动杆5施加扭矩，进而能够通过检测装置3获得第一部分2处的压力和扭矩。

其中所述基座1可以包括：固定底座，所述固定底座上设置有至少一个用于安装所述固定底座的固定孔；呈环状的第二固定件，所述第二固定件与所述固定底座固定连接，所述第一卡头组件与所述第二固定件的第一端面可拆卸连接，所述第二卡头组件与所述第二固定件的第二端面可拆卸连接。

其中，所述第一卡头组件可以与所述第二固定件的第一端面螺接，所述第二卡头组件可以与所述第二固定件的第二端面螺接。

参见图6，根据本发明另一方面，本发明实施例还提供了一种管接头密封结构扭拉关系的试验方法，包括：

步骤101，获取检测装置测得的待测试件的第一部分处的压力；

步骤102，获取驱动装置施加在驱动杆上的驱动扭矩；

步骤103，根据所述第一部分处的压力和所述驱动扭矩，获得所述管接头密封结构扭拉关系；

其中所述第一部分为管接头密封结构中的外套螺母上的未设置有螺纹的部分。

其中在试验时还包括：将管接头密封结构中的外套螺母分隔为第一部分和第二部分，其中所述第一部分为所述外套螺母上的未设置有螺纹的部分，所述第二部分为外套螺母上设置有螺纹的部分；将所述第一部分卡于第一卡合部，并将所述第二部分卡于第二卡合部；将所述驱动杆穿设于所述管接头密封结构，并对所述驱动杆施加驱动力；进而进行步骤101和步骤102。

其中将所述驱动杆穿设于所述管接头密封结构的步骤包括：在所述管接头密封结构中的管接头本体上开设一与所述驱动杆的形状相匹配的安装孔，所述安装孔由所述管接头本体贯穿至与所述管接头本体配合连接的配合部件；将所述驱动杆穿设于所述安装孔内。

进一步的根据所述第一部分处的压力和所述驱动扭矩，获得所述管接头密封结构扭拉关系的步骤包括：

根据所述第一部分处的扭矩，获得所述待测件的预紧力；

根据所述驱动扭矩，获得对所述待测试件施加的拧紧力矩；

根据所述预紧力和所述拧紧力矩，获得所述管接头密封结构扭拉关系。

其中，还可以通过传感器获取第一部分处的扭矩，即圆环端面扭矩。

进一步的，所述的管接头密封结构扭拉关系的试验方法还包括：

根据公式

计算获得扭矩系数K，其中，T为拧紧力矩，F为预紧力，d为螺纹公称直径。计算扭矩系数K可以用于实际装配过程中使用拧紧力矩T定量控制预紧力F的大小。

其中拧紧力矩可以根据施加在驱动杆上的扭矩获得，螺纹公称直径可以通过测量或相关制造数据获得。

综上，本发明实施例，通过第一卡头组件将待测试件中的外套螺母的未设置螺纹的部分固定，通过第二卡头组件将待测试件中的外套螺母的设置有螺纹的部分固定，通过驱动杆施加扭矩，从而可以通过第一卡头组件上的检测装置获得外套螺母未设置螺纹部分处的预紧力和端面扭矩，进而能够准确地测量出管接头装配预紧力和拧紧力矩之间的定量关系，为实际生产中使用扭矩控制法准确控制管接头的装配预紧力提供了理论基础和实现技术。

此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种管接头密封结构扭拉关系试验装置，其特征在于，包括：

基座；

与所述基座可拆卸连接的第一卡头组件，所述第一卡头组件用于固定待测试件的第一部分，其中所述第一卡头组件上设置有检测装置，所述检测装置用于检测所述待测试件的第一部分处的压力和扭矩；

与所述基座可拆卸连接的第二卡头组件，所述第二卡头组件用于固定所述待测试件的第二部分；

驱动杆，所述驱动杆的第一端穿过所述第二卡头组件，用于与所述待测试件固定连接，所述驱动杆的第二端外露于所述第二卡头组件，用于连接驱动装置，所述驱动装置用于向所述驱动杆输出驱动扭矩；其中，用于确定管接头密封结构扭拉关系的拧紧力矩通过所述驱动扭矩确定；

球头零件，所述球头零件的一端穿设于所述待测试件的第一部分的内部，并与所述驱动杆同轴连接；

锥面零件，所述锥面零件的一端套设并抵接在所述待测试件的第二部分的外部，且所述锥面零件上开设与驱动杆的形状相匹配的开槽，并打通至所述球头零件，使得驱动杆卡入，并在实际扭矩时保持锥面零件和球头零件同步运动；

其中，所述第一卡头组件和所述第二卡头组件为独立设置；所述待测试件的第一部分和所述第二部分是对管接头密封结构中外套螺母分割得到的，且所述第一部分为所述外套螺母上未设置有螺纹的部分，所述第二部分为外套螺母上设置有螺纹的部分。

2.根据权利要求1所述的管接头密封结构扭拉关系试验装置，其特征在于，

所述第一卡头组件上还设置有第一容置腔和第一凹槽，所述第一凹槽与所述待测试件的第一部分的形状相匹配，用于与所述第一部分卡接；

所述第二卡头组件上设置有第二容置腔和第二凹槽，所述第二凹槽与所述待测试件的第二部分的形状相匹配，用于与所述第二部分卡接；

其中所述第一容置腔和所述第二容置腔配合形成一用于放置所述待测试件的腔体。

3.根据权利要求2所述的管接头密封结构扭拉关系试验装置，其特征在于，所述第一卡头组件包括：

第一卡接件，所述第一容置腔和所述第一凹槽设置在所述第一卡接件上，且所述第一容置腔由设置在所述第一凹槽内的第三凹槽形成；

用于连接所述第一卡接件和所述检测装置的连接件，所述连接件的第一端面抵接于所述第一卡接件，所述连接件的第二端面抵接于所述检测装置。

4.根据权利要求2所述的管接头密封结构扭拉关系试验装置，其特征在于，所述第二卡头组件包括：

第二卡接件，所述第二容置腔和所述第二凹槽设置在所述第二卡接件上，且所述第二容置腔由设置在所述第二凹槽内的第一通孔形成；

与所述第二卡接件卡接的第一固定件，所述第一固定件上开设有与所述第一通孔相对设置的第二通孔。

5.根据权利要求1所述的管接头密封结构扭拉关系试验装置，其特征在于，所述基座包括：

固定底座，所述固定底座上设置有至少一个用于安装所述固定底座的固定孔；

呈环状的第二固定件，所述第二固定件与所述固定底座固定连接，所述第一卡头组件与所述第二固定件的第一端面可拆卸连接，所述第二卡头组件与所述第二固定件的第二端面可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的管接头密封结构扭拉关系试验装置，其特征在于，所述第一卡头组件与所述第二固定件的第一端面螺接，所述第二卡头组件与所述第二固定件的第二端面螺接。

7.根据权利要求1所述的管接头密封结构扭拉关系试验装置，其特征在于，所述检测装置为压力扭矩复合传感器。

8.根据权利要求1所述的管接头密封结构扭拉关系试验装置，其特征在于，驱动杆为内六方扳手。

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