CN113340512A - 一种螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法，通过检测工具对锁紧件间的锁紧扭矩进行检测，检测工具包括具有扭矩输出端的校准扳手和用于检测扭矩输出端输出扭矩的标准扭矩传感器，校准扳手的扭矩输出端对其中一个锁紧件进行旋拧，检测工具还包括用于检测锁紧件旋转角度的角度传感器，扭矩输出端对锁紧件朝旋松方向连续旋拧D₁度，然后，通过扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度，扭矩输出端停止旋转时的检测扭矩为T₂，则锁紧件间的锁紧扭矩T₀=T₂。本发明的目的在于提供一种能够测量螺栓、螺母之间锁紧扭矩的锁紧扭矩检测方法。

Description

一种螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法

技术领域

本发明涉及扭矩检测校准领域中的螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法。

背景技术

螺栓、螺母锁紧是日常生产、生活中最为常见的锁紧结构，其使用时被夹持物被锁紧于螺栓与螺母之间，螺栓、螺母也称为锁紧件。

根据不同的设计要求，不同环境、不同工况下，被夹持物被螺栓、螺母之间的锁紧力度是有设计要求的，通俗点讲就是，螺母不能拧的太紧，也不能拧的太松。

现有技术中通常使用扭矩扳手来实现对螺栓、螺母的锁紧，使用时，设定扭矩扳手的扭矩值，扭矩扳手对螺栓、螺母进行锁紧，当螺栓、螺母间达到设定的扭矩值时，扭矩扳手就停止工作，此时螺栓、螺母之间的扭矩值也称为锁紧扭矩。在现实生产环境中，需要保证螺栓、螺母之间的锁紧扭矩达到设定值，通常的做法是对扭矩扳手进行定期校准，通常认为，一个准确的扭矩扳手自然能够保证螺栓、螺母之间的锁紧扭矩也是准确的。但是扭矩扳手校准起来比较复杂，通常使用螺栓模拟器来对扭矩扳手进行校准，螺栓模拟器毕竟不是真实环境的螺栓、螺母，因此无法模拟最为真实的应用环境，也就无法对扭矩扳手进行准确的校准，进而也就无法保证螺栓、螺母之间的锁紧扭矩符合设计值。如果能够直接测量螺栓、螺母之间的锁紧扭矩，这个应用环境的一致性将能保证对扭矩扳手的准确校准，但是目前缺乏能够对螺栓、螺母之间锁紧扭矩进行测量的锁紧扭矩检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够测量螺栓、螺母之间锁紧扭矩的锁紧扭矩检测方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法，通过检测工具对锁紧件间的锁紧扭矩进行检测，检测工具包括具有扭矩输出端的校准扳手和用于检测扭矩输出端输出扭矩的标准扭矩传感器，校准扳手的扭矩输出端对其中一个锁紧件进行旋拧，检测工具还包括用于检测锁紧件旋转角度的角度传感器，具体的旋拧过程有以下几种；

第一种，扭矩输出端对锁紧件朝旋松方向连续旋拧D₁度，然后，通过扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度，扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧到D₁度时的检测扭矩为T₂，则锁紧件间的锁紧扭矩T₀=T₂，

第二种，扭矩输出端对锁紧件朝旋松方向连续旋拧D₁度，扭矩输出端停止旋转时的检测扭矩为T₁，通过校准扳手的扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度，扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向旋拧到D₁度时的检测扭矩为T₂，再通扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向旋拧D₁度，扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向旋拧到2D₁度时的检测扭矩为T₃，则锁紧件间的锁紧扭矩T₀=（T₁+T₃）/2，或，T₀=（（T₁+T₃）/2+T₂）/2。

锁紧件的旋拧环境为施工现场或者实验室。

锁紧件为螺栓或螺母，锁紧件的旋拧环境为实验室，螺栓与螺母之间夹持有被夹持物，螺栓与锁紧件之间的接触面及锁紧件与螺母之间的接触面的粗糙度Ra≤6um；螺栓、螺母和被夹持物的硬度为HRC 58-62；螺栓与锁紧件之间的接触面及锁紧件与螺母之间的接触面通过润滑油浸没润滑。

在第一种情况中，通过扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度时，扭矩输出端可以停止旋拧或继续朝旋紧方向旋拧。

在第二种情况中，通过扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度时，扭矩输出端可以停止旋拧或继续朝旋紧方向旋拧。

在第二种情况中，通过扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向旋拧2D₁度时，扭矩输出端可以停止旋拧或继续朝旋紧方向旋拧。

校准扳手包括机构架，机构架上设置有与扭矩输出端传动连接的第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构、第二传动机构分别由各自对应的动力源驱动，第二传动机构带动扭矩输出端的动作速度小于第一传动机构带动扭矩输出端的动作速度。

第二传动机构包括丝杠丝母机构和与扭矩输出端传动连接的传动轴，丝杠丝母机构的传动丝杠或传动丝母构成直线动作输出端，直线动作输出端与传动轴传动连接。

本发明的有益效果为：正常，锁紧件在通过扭矩扳手拧紧过程中，扭矩扳手在停止工作那一刻之前微小的角位移里，螺母相对螺栓还会转动，扭矩扳手停止的那一刻是扭矩扳手出力能力的最大旋转扭矩，因此锁紧扭矩是动摩擦扭矩，当拧紧动作完成，扭矩扳手的输出扭矩以轴向弹性力的方式留存于螺栓、螺母和被夹持物所构成的拧紧体系内，简单来说，根据能量守恒定律，扭矩扳手对锁紧件的旋拧过程中，螺栓、螺母配合而挤压被夹持物，扭矩扳手的输出动能转化为拧紧体系的弹性势能，也就说拧紧体系的每一个储能状态均对应扭矩扳手的一个输出扭矩。本发明中，使用校准扳手的扭矩输出端对其中一个锁紧件进行旋拧，首选朝旋松方向旋拧设定角度D₁，然后在朝旋紧方向设定角度D₁，拧紧体系恢复到原来的弹性储能状态，此时校准扳手的标准扭矩传感器所检测到的T₂就对应螺栓、螺母间的锁紧扭矩，通过该扭矩检测方法既可以判断螺栓、螺母间的锁紧扭矩是否符合要求，又可以用于对相应的扭矩扳手进行校准。

附图说明

图1是本发明实施1中螺栓、螺母、被夹持件、标准扭矩传感器和角度传感器之间的配合示意图；

图2是校准扳手与螺母的配合示意图；

图3是第一传动机构、第二传动机构与螺母套筒的配合示意图。

具体实施方式

本发明中螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法的实施例1如图1~3所示：

通过检测工具对锁紧件间的锁紧扭矩进行检测，检测工具包括具有扭矩输出端的校准扳手和用于检测扭矩输出端输出扭矩的标准扭矩传感器1，校准扳手的扭矩输出端对其中一个锁紧件进行旋拧，检测工具还包括用于检测锁紧件旋转角度的角度传感器5，具体的旋拧过程有以下几种；

第一种，扭矩输出端对锁紧件朝旋松方向连续旋拧D₁度，然后，通过扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度，扭矩输出端停止旋拧，即扭矩输出端朝旋紧方向旋拧D₁度时的检测扭矩为T₂，则锁紧件间的锁紧扭矩T₀=T₂，

第二种，扭矩输出端对锁紧件朝旋松方向连续旋拧D₁度，扭矩输出端停止旋转时的检测扭矩为T₁，通过校准扳手的扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度，扭矩输出端停止旋拧，即扭矩输出端朝旋紧方向旋拧D₁时的检测扭矩为T₂，再通扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度，扭矩输出端停止旋拧，也就是说此时扭矩输出端已经朝旋紧方向旋拧了2D₁度，扭矩输出端朝旋紧方向旋拧2D₁度时的检测扭矩为T₃，则锁紧件间的锁紧扭矩T₀=（T₁+T₃）/2，或，T₀=（（T₁+T₃）/2+T₂）/2。旋拧到位后停止旋拧的检测手段比较适用于现场对锁紧件进行锁紧扭矩检测，检测完成后，锁紧件就复位到原初状态。

在本实施例中，锁紧件的旋拧环境为施工现场或者实验室，被夹持物3通过扭矩传感器连接件2连接于扭矩传感器上端，被夹持物包括上夹板和下夹板，下夹板与扭矩传感器连接件2固定连接。被夹持物3夹持于螺母4与螺栓6之间，螺母4和螺栓6均称可称为锁紧件。螺栓与锁紧件之间的接触面及锁紧件与螺母之间的接触面的粗糙度Ra≤6um；螺栓、螺母和被夹持物的硬度为HRC 58-62；螺栓与锁紧件之间的接触面及锁紧件与螺母之间的接触面通过润滑油浸没润滑。这样可以保证螺栓、螺母和锁紧件在旋紧、旋松过程中不产生塑性变形，且尽可能的减少摩擦产热对扭矩检测过程的影响。

校准扳手包括机构架和相对机构架可转动的用于动力输出的扭矩输出端，本 实施例中，扭矩输出端为具有内方孔8的扭矩输出套筒9，扭矩输出套筒9的侧面开设有角度传感器避让孔7，方便角度传感器5对螺母旋转角度的测量。

机构架上设置有双速输出机构，双速输出机构包括与扭矩输出端传动连接的第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构、第二传动机构分别由各自对应的动力源驱动，第二传动机构带动扭矩输出端的动作速度小于第一传动机构带动扭矩输出端的动作速度，因此第二传动机构相比第一传动机构为低速机构，第一传动机构相比第二传动机构为高速机构。本实施例中，第一传动机构由第一电机10驱动，第二传动机构由第二电机14驱动。

第二传动机构包括丝杠丝母机构和与扭矩输出套筒9传动连接的传动轴17，丝杠丝母机构包括与第二电机14相连的传动丝杠15和与传动丝杠15配合传动的传动丝母12，传动丝杠15与第二电机14的电机轴固定而构成丝杠丝母机构的扭矩输入端，传动丝母12构成丝杠丝母机构的直线动作输出端，第二传动机构还包括与传动轴同轴线设置的第一传动齿轮16，传动轴17的轴线垂直于直线动作输出端的动作方向，直线动作输出端上设置有与第一传动齿轮16咬合传动的传动齿28。传动轴上固定有传动盘，第一传动齿轮16上设置有内齿圈，传动盘上设置有与内齿圈传动配合的双向棘轮18。第一传动齿轮16转动可以通过双向棘轮带动传动轴17转动。

双速输出机构包括同轴线固定于传动轴17上的第二传动齿轮13，第一传动机构还包括固定于第一电机的电机轴上的电机齿轮11，电机齿轮11与第二传动齿轮13咬合传动。扭矩输出套筒9同轴线固定于第二传动齿轮13上。

本发明中，第一传动机构用于带动扭矩输出套筒高速转动，第二传动机构用于带动扭矩输出套筒低速大扭力转动，第二传动机构利用传动丝杠、传动丝母之间的螺纹减速增扭，结构紧凑，体积较小，传动效率高。对螺母拧松过程中，第二传动机构首先工作，低速大扭力输出，克服螺母、螺栓之间的大扭矩阻力，随后第一传动机构工作，实现扭矩输出套筒高速输出，提高工作效率；螺母的拧紧过程正好相反，首先第一传动机构工作，实现扭矩输出套筒的高速输出，提高工作效率，随后第二传动机构工作，实现扭矩输出套筒的低速大扭值输出，将螺母、被夹持件与螺栓拧紧。

在试验时，首先使用扭矩扳手将螺母、被夹持件和螺栓拧紧，在需要对螺母、螺栓之间锁紧扭矩进行检测时，使用上述的检测方法对螺母进行拧松，然后再拧紧，螺母拧松过程中，被夹持件释放轴向上的弹性势能，螺母拧紧过程中，被夹持件储存轴向上的弹性势能，被夹持件的压缩程度对应螺母、螺栓之间的锁紧扭矩。

使用扭矩扳手将螺母、被夹持件和螺栓拧紧后，再使用校准扳手将螺母拧松，拧松角度为D₁，该角度值无需刻意设定，可以是1度、2度、3度或者大于3度的任意值，优选在0~30度之间，只需保证重新拧紧的过程中，螺母的旋拧角度也是D₁即可，当螺母朝拧紧方向旋转D₁度而回到原来的锁紧位置，标准扭矩传感器测量的值T₂即为螺栓、螺母的锁紧扭矩。由于螺母拧紧过程中，拧紧体系各部件没有塑性变形，均为弹性变形，因此旋拧过程中，扭矩的变化符合线性规律，如果将螺母旋紧到位后，继续旋紧同样的角度D₁，而获得一个T₃，则可以通过平均值算法来获得螺栓、螺母的锁紧扭矩，即通过T₀=（T₁+T₃）/2，或，T₀=（（T₁+T₃）/2+T₂）/2来计算螺母、螺栓的锁紧扭矩，通过螺栓、螺母的锁紧扭矩既可以判断螺栓、螺母的锁紧是否符合要求，又可以用于来对扭矩扳手进行校准。在本发明的其它实施例中：校准扳手也可以通过螺栓旋拧来实现对螺栓、螺母之间的锁紧扭矩进行检测，当螺栓上设置有内方孔结构时，扭矩输出端也可以是外方头结构；当然本扭矩检测方法不仅可以在实验室中使用，在施工现场也可以使用，比如说对铁塔的地脚螺栓进行检测，以判断其扭矩值是否符合要求；第一电机与第二传动齿轮之间还可以通过链传动或皮带传动来实现传动；当然第一电机也可以直接与传动轴相连而实现传动。

本发明中螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法的实施例2，通过检测工具对锁紧件间的锁紧扭矩进行检测，检测工具包括具有扭矩输出端的校准扳手和用于检测扭矩输出端输出扭矩的标准扭矩传感器1，检测工具与实施例1中的检测工具相同，在此不再详述，校准扳手的扭矩输出端对其中一个锁紧件进行旋拧，检测工具还包括用于检测锁紧件旋转角度的角度传感器5，具体的旋拧过程有以下几种；

第一种，扭矩输出端对锁紧件朝旋松方向连续旋拧D₁度，然后，通过扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度，扭矩输出端继续旋拧，扭矩输出端朝旋紧方向连续旋拧D₁度时的检测扭矩为T₂，则锁紧件间的锁紧扭矩T₀=T₂，

第二种，扭矩输出端对锁紧件朝旋松方向连续旋拧D₁度，扭矩输出端停止旋转时的检测扭矩为T₁，通过校准扳手的扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度，扭矩输出端继续旋拧而不停止，扭矩输出端朝旋紧方向旋拧D₁时的检测扭矩为T₂，再通扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度，此时扭矩输出端已经朝旋紧方向旋拧了2D₁度，扭矩输出端继续旋拧而不停止，扭矩输出端朝旋紧方向旋拧2D₁时的检测扭矩为T₃，则锁紧件间的锁紧扭矩T₀=（T₁+T₃）/2，或，T₀=（（T₁+T₃）/2+T₂）/2。实施例2与实施例1的主要区别在于，扭矩输出端朝旋紧方向旋拧时，动态检测对应角度值的扭矩值，这样可以实现更高测量精度，因为螺母从静止到动作的瞬间或者从动作到静止的瞬间，需要克服锁紧件之间的静摩擦力，静摩擦力具有不稳定的特性，扭矩输出端在从静止到动作的瞬间或者从动作到静止的瞬间，锁紧件的不稳定静摩擦力会给扭矩测量带来一定的影响，而在本实施例中，让扭矩输出端朝旋紧方向一直动态旋拧，记录扭矩输出端旋拧D₁和2D₁的扭矩值，这个扭矩值的获得没有静摩擦力的影响，会更加稳定准确。

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；而这些修改或者替换，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 (8)

1.一种螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法，其特征在于：通过检测工具对锁紧件间的锁紧扭矩进行检测，检测工具包括具有扭矩输出端的校准扳手和用于检测扭矩输出端输出扭矩的标准扭矩传感器，校准扳手的扭矩输出端对其中一个锁紧件进行旋拧，检测工具还包括用于检测锁紧件旋转角度的角度传感器，具体的旋拧过程有以下几种；

第一种，扭矩输出端对锁紧件朝旋松方向连续旋拧D₁度，然后，通过扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度，扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧到D₁度时的检测扭矩为T₂，则锁紧件间的锁紧扭矩T₀=T₂，

第二种，扭矩输出端对锁紧件朝旋松方向连续旋拧D₁度，扭矩输出端停止旋转时的检测扭矩为T₁，通过校准扳手的扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度，扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向旋拧到D₁度时的检测扭矩为T₂，再通扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向旋拧D₁度，扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向旋拧到2D₁度时的检测扭矩为T₃，则锁紧件间的锁紧扭矩T₀=（T₁+T₃）/2，或，T₀=（（T₁+T₃）/2+T₂）/2。

2.根据权利要求1所述的螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法，其特征在于：锁紧件的旋拧环境为施工现场或者实验室。

3.根据权利要求2所述的螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法，其特征在于：锁紧件为螺栓或螺母，锁紧件的旋拧环境为实验室，螺栓与螺母之间夹持有被夹持物，螺栓与锁紧件之间的接触面及锁紧件与螺母之间的接触面的粗糙度Ra≤6um；螺栓、螺母和被夹持物的硬度为HRC 58-62；螺栓与锁紧件之间的接触面及锁紧件与螺母之间的接触面通过润滑油浸没润滑。

4.根据权利要求1所述的螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法，其特征在于：在第一种情况中，通过扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度时，扭矩输出端可以停止旋拧或继续朝旋紧方向旋拧。

5.根据权利要求1所述的螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法，其特征在于：在第二种情况中，通过扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向连续旋拧D₁度时，扭矩输出端可以停止旋拧或继续朝旋紧方向旋拧。

6.根据权利要求1所述的螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法，其特征在于：在第二种情况中，通过扭矩输出端对锁紧件朝旋紧方向旋拧2D₁度时，扭矩输出端可以停止旋拧或继续朝旋紧方向旋拧。

7.根据权利要求1~6任意一项所述的螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法，其特征在于：校准扳手包括机构架，机构架上设置有与扭矩输出端传动连接的第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构、第二传动机构分别由各自对应的动力源驱动，第二传动机构带动扭矩输出端的动作速度小于第一传动机构带动扭矩输出端的动作速度。

8.根据权利要求7所述的螺栓螺母间锁紧扭矩检测方法，其特征在于：第二传动机构包括丝杠丝母机构和与扭矩输出端传动连接的传动轴，丝杠丝母机构的传动丝杠或传动丝母构成直线动作输出端，直线动作输出端与传动轴传动连接。

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