CN116296032A - 螺栓扭矩系数测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺栓扭矩系数测量装置及其测量方法，包括拉伸机、位于拉伸机底座上的一对下夹具头、位于拉伸机中部的上夹具架、位于上夹具架上的上夹具头、位于拉伸机底座上的箱体以及通过支撑柱设置于箱体的顶面板上方的上压板，待测螺栓朝上依次穿过箱体的顶板、轴力传感器、上压板和螺母与上夹具头相连，第一螺栓和第二螺栓朝下依次穿过上压板和箱体与下夹具头相连，箱体内设置有与待测螺栓同轴的静态扭矩传感器，该静态扭矩传感器与待测螺栓之间连接有套筒。本发明通过轴力传感器获取准确的预紧力，通过静态扭矩传感器获取扭矩值，然后通过套筒使待测螺栓的头部和静态扭矩传感器同轴运动，避免测量误差，保证了高精度拧紧扭矩值的获取。

Description

螺栓扭矩系数测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及螺栓性能测量领域，尤其涉及一种螺栓扭矩系数测量装置及其测量方法。

背景技术

螺栓连接在铁轨、压力容器、风电机组、法兰管道以及桥梁等工程领域应用及其广泛，螺栓连接的可靠性关系到工程结构的安全。在国内大多数螺栓通过施加预紧力进行螺栓紧固，螺栓预紧力过大被连接件被压坏，螺纹牙会产生滑丝，过小被连接件松落，降低螺栓疲劳寿命。而螺栓预紧力普遍通过拧紧力矩进行间接控制，螺栓预紧力与拧紧力矩之间的关系用K表示，根据公式T＝F×K×D，K是扭矩系数，F是预紧力，T是拧紧扭矩，D是螺栓直径，为保证预紧力准确施加，必须保证扭矩系数K的准确，而K是一个综合系数，变化范围较大，难以获取准确值。因此，扭矩系数的准确获取对工程结构的安全性具有重要意义。

根据相关理论，螺栓尺寸一定，被连接结构、螺栓尺寸和表面性质相同，且认为在不同载荷下，螺纹、支承面的接触应力分布的比例相同，则扭矩系数为一常数。一般情况下由经验公式T＝F×K×D计算扭矩系数。由公式可知，获取准确的扭矩系数，取决于预紧力和拧紧扭矩。目前，通过螺母转角法，根据胡克定律便可直接获得预紧力，但此类方法存在测量误差。通过对螺栓粘贴电阻应变片，间接获取预紧力，此方法虽然精度高，但实验周期长，操作繁琐，拧紧扭矩则通过高精度扭矩扳手，但存在人为误差，使得测量数值存在一定的局限性。目前扭矩系数的获取存在不准确和繁琐现象等问题。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种螺栓扭矩系数测量装置，可解决因拧紧扭矩与预紧力不准确所导致的扭矩系数难准确获取的问题。

本发明的第二目的是提供一种螺栓扭矩系数测量装置的测量方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种螺栓扭矩系数测量装置，包括拉伸机、位于拉伸机底座上的一对下夹具头、位于拉伸机中部的上夹具架、位于上夹具架上的上夹具头、位于拉伸机底座上的箱体以及通过支撑柱设置于箱体的顶面板上方的上压板，待测螺栓朝上依次穿过箱体的顶板、轴力传感器、上压板和螺母与上夹具头相连，第一螺栓和第二螺栓朝下依次穿过上压板和箱体与下夹具头相连，所述箱体内设置有与待测螺栓同轴的静态扭矩传感器，该静态扭矩传感器与待测螺栓之间连接有套筒。

其中，螺母外套设有带有圆柱手柄的螺母套。

优选的，上压板上设置有一对用于夹紧螺母套的夹紧固定板，该夹紧固定板上开设有腰形孔，并通过第三限位螺栓穿过腰形孔与上压板相固定连接。

再者，箱体包括顶板、底板、中隔板、两侧板和背板，下夹具头穿过底板伸入箱体内，第一螺栓和第二螺栓朝下依次穿过上压板、顶板和中隔板与下夹具头相连。

进一步，箱体内设置有支撑台，该支撑台的上面板与顶板下表面相抵接，支撑台的下面板通过第二限位螺栓与中隔板相固定连接。

优选的，静态扭矩传感器通过第一限位螺栓与支撑台的下面板相固定连接。

再者，支撑柱为泡沫支撑柱。

进一步，轴力传感器的量程在0～180kN。

优选的，静态扭矩传感器的量程300～800N.m。

本发明一种螺栓扭矩系数测量装置的测量方法，包括如下步骤：

将箱体固定在在拉伸机底座上，上压力板放置在箱体顶板上并对齐，在上压板和箱体顶部之间放入四个支撑柱；

将轴力传感器放在上压板和箱体顶板之间，将待测螺栓朝上单次穿过箱体顶板的螺栓孔、轴力传感器和上压板的螺栓孔；

将螺母套入待测螺栓，轻轻旋至上压板表面，此时处于受力状态；

将第一螺栓和第二螺栓，朝下穿过上压板、顶板和中隔板的螺栓孔，并与拉伸机底座的两个下夹具头旋紧；

将待测螺栓与拉伸机上夹具头旋紧；

启动拉伸机，将待测螺栓拉伸至规定拉力则停止；

待测螺栓被拉伸机拉伸产生变形，螺母随之向上移动，将圆柱手柄插入螺母套，通过圆柱手柄带动螺母套旋紧螺母至上压板表面；

移走上夹具架，此时记录的轴力传感器的数值，即为待测螺栓的预紧力F；

将夹紧固定板放置在上压板的表面，通过第三限位螺栓固定并夹紧螺母套，同时夹紧固定板上的腰型槽可调节对螺母套的夹紧距离；

将套筒朝着旋松方向轻轻推动；

松动瞬间停止转动，记录静态扭矩传感器的扭矩值T，套筒使待测螺栓的头部和静态扭矩传感器同轴运动，根据计算公式T＝F×K×D，D为待测螺栓的直径，求出扭矩系数K。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

(1)本发明通过轴力传感器获取准确的预紧力，通过静态扭矩传感器获取准确的扭矩值，然后通过套筒使待测螺栓的头部和静态扭矩传感器同轴运动，避免测量误差，保证了高精度拧紧扭矩值的获取，从而获取准确的扭矩系数，保证了测得的扭矩系数具有较高的精度；

(2)本发明的测量方法使扭矩系数的获取更加简单方便、安全可靠；

(3)本发明借助万能拉伸机提供轴向拉力，使获得的预紧力无扭剪力和侧向力，提高了螺栓的预紧力精度；

(4)本发明箱体设计便于测量装置的移动，同时结构简单、操作方便、重复性高、制作成本低；可以通过更换拉伸机上下夹具头螺纹规格和压力板的的螺栓孔，能够做到对不同螺栓进行扭矩系数检测，提高了使用范围，大大降低了测量扭矩系数的难度。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明中箱体的结构示意图；

图3为本发明中箱体的俯视图；

图4为本发明中上压板的结构示意图；

图5为本发明中支撑台的结构示意图；

图6为本发明中夹紧固定板的结构示意图；

图7为本发明中静态扭矩传感器的结构示意图；

图8为本发明中套筒的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明公开了一种螺栓扭矩系数测量装置，包括拉伸机1、上夹具架2、上夹具头3、上压板4、轴力传感器5、套筒6、箱体7、支撑台8、下夹具头9、拉伸机底座10、第一螺栓11、待测螺栓12、第二螺栓13、支撑柱14、静态扭矩传感器15、第一限位螺栓16、第二限位螺栓17、第三限位螺栓18、夹紧固定板19、螺母套20、螺母21和圆柱手柄22。

一对下夹具头9位于拉伸机底座10上，下夹具头带有螺纹孔，上夹具头带有螺纹，螺纹孔规格均为M20×2.5。上夹具架2位于拉伸机中部，上夹具架2与拉伸机1可拆卸连接，上夹具头3设置在上夹具架2上。箱体7位于拉伸机底座10上，箱体7包括顶板、底板、中隔板、两侧板和背板，下夹具头9穿过底板伸入箱体内，下夹具头9和上夹具头3均设置有内螺纹。上压板4通过支撑柱14设置于箱体的顶面板上方，支撑柱14为泡沫支撑柱，四个支撑柱14固定在四个角落，起到支撑稳定作用，也不对上压板4的压缩产生影响。箱体7内设置有支撑台8，该支撑台8的上面板与顶板下表面相抵接，支撑台8的下面板通过第二限位螺栓17与中隔板相固定连接。静态扭矩传感器15通过第一限位螺栓16与支撑台8的下面板相固定连接。静态扭矩传感器15与待测螺栓12同轴设置，该静态扭矩传感器15与待测螺栓12之间连接有套筒6，静态扭矩传感器15的量程300～800N.m。

待测螺栓12朝上依次穿过箱体7的顶板、轴力传感器5、上压板4和螺母21与上夹具头3相连，轴力传感器5的量程在0～180kN。第一螺栓11和第二螺栓13朝下依次穿过上压板、顶板和中隔板与下夹具头9相连。

螺母21外套设有带有圆柱手柄22的螺母套20，上压板4上设置有一对用于夹紧螺母套20的夹紧固定板19，该夹紧固定板19上开设有腰形孔，并通过第三限位螺栓18穿过腰形孔与上压板4相固定连接。

本发明一种螺栓扭矩系数测量装置的测量方法，包括如下步骤：

将箱体7固定在在拉伸机底座10上，上压力板4放置在箱体7顶板上并对齐，在上压板4和箱体7顶部之间放入四个支撑柱14；

将轴力传感器5放在上压板4和箱体7顶板之间，将待测螺栓12朝上单次穿过箱体7顶板的螺栓孔、轴力传感器5和上压板4的螺栓孔；

将螺母21套入待测螺栓12，轻轻旋至上压板4表面，此时处于受力状态；

将第一螺栓11和第二螺栓13，朝下穿过上压板4、顶板和中隔板的螺栓孔，并与拉伸机底座10的两个下夹具头9旋紧；

将待测螺栓12与拉伸机1的上夹具头3旋紧；

启动拉伸机1，将待测螺栓12拉伸至规定拉力则停止；

待测螺栓12被拉伸机1拉伸产生变形，螺母21随之向上移动，将圆柱手柄22插入螺母套20，通过圆柱手柄22带动螺母套20旋紧螺母21至上压板4表面；

移走上夹具架2，此时记录的轴力传感器5的数值，即为待测螺栓12的预紧力F；

将夹紧固定板19放置在上压板4的表面，通过第三限位螺栓18固定并夹紧螺母套20，同时夹紧固定板19上的腰型槽可调节对螺母套20的夹紧距离；

将套筒6朝着旋松方向轻轻推动；

松动瞬间停止转动，记录静态扭矩传感器15的扭矩值T，套筒6使待测螺栓12的头部和静态扭矩传感器15同轴运动，避免测量误差，根据计算公式T＝F×K×D，D为待测螺栓12的直径，求出扭矩系数K。

本发明借助万能拉伸机提供轴向拉力，使获得的预紧力无扭剪力和侧向力，提高了螺栓的预紧力精度，箱体设计便于测量装置的移动；利用套筒使螺栓头和静态扭矩传感器同轴转动，保证了高精度拧紧扭矩值的获取，从而根据经验公式计算出准确的扭矩系数K。本发明保证了测得的扭矩系数具有较高的精度，同时本发明装置结构简单、操作方便、重复性高、制作成本低；可以通过更换拉伸机上下夹具头螺纹规格和压力板的的螺栓孔，能够做到对不同螺栓进行扭矩系数检测，提高了使用范围，大大降低了测量扭矩系数的难度。

以上详细叙述了本发明的优选实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，在本发明的技术构思范围之内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种螺栓扭矩系数测量装置，其特征在于：包括拉伸机(1)、位于拉伸机底座(10)上的一对下夹具头(9)、位于拉伸机中部的上夹具架(2)、位于上夹具架上的上夹具头(3)、位于拉伸机底座上的箱体(7)以及通过支撑柱(14)设置于箱体的顶面板上方的上压板(4)，待测螺栓(12)朝上依次穿过箱体(7)的顶板、轴力传感器(5)、上压板(4)和螺母(21)与上夹具头(3)相连，第一螺栓(11)和第二螺栓(13)朝下依次穿过上压板(4)和箱体(7)与下夹具头(9)相连，所述箱体(7)内设置有与待测螺栓(12)同轴的静态扭矩传感器(15)，该静态扭矩传感器(15)与待测螺栓(12)之间连接有套筒(6)。

2.根据权利要求1所述的螺栓扭矩系数测量装置，其特征在于：所述螺母(21)外套设有带有圆柱手柄(22)的螺母套(20)。

3.根据权利要求2所述的螺栓扭矩系数测量装置，其特征在于：所述上压板(4)上设置有一对用于夹紧螺母套(20)的夹紧固定板(19)，该夹紧固定板(19)上开设有腰形孔，并通过第三限位螺栓(18)穿过腰形孔与上压板(4)相固定连接。

4.根据权利要求1所述的螺栓扭矩系数测量装置，其特征在于：所述箱体(7)包括顶板、底板、中隔板、两侧板和背板，下夹具头(9)穿过底板伸入箱体内，第一螺栓(11)和第二螺栓(13)朝下依次穿过上压板、顶板和中隔板与下夹具头(9)相连。

5.根据权利要求4所述的螺栓扭矩系数测量装置，其特征在于：所述箱体(7)内设置有支撑台(8)，该支撑台(8)的上面板与顶板下表面相抵接，支撑台(8)的下面板通过第二限位螺栓(17)与中隔板相固定连接。

6.根据权利要求5所述的螺栓扭矩系数测量装置，其特征在于：所述静态扭矩传感器(15)通过第一限位螺栓(16)与支撑台(8)的下面板相固定连接。

7.根据权利要求1所述的螺栓扭矩系数测量装置，其特征在于：所述支撑柱(14)为泡沫支撑柱。

8.根据权利要求1所述的螺栓扭矩系数测量装置，其特征在于：所述轴力传感器(5)的量程在0～180kN。

9.根据权利要求1所述的螺栓扭矩系数测量装置，其特征在于：所述静态扭矩传感器(15)的量程300～800N.m。

10.一种根据权利要求1至9的任一所述的螺栓扭矩系数测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

将箱体固定在在拉伸机底座上，上压力板放置在箱体顶板上并对齐，在上压板和箱体顶部之间放入四个支撑柱；

将轴力传感器放在上压板和箱体顶板之间，将待测螺栓朝上单次穿过箱体顶板的螺栓孔、轴力传感器和上压板的螺栓孔；

将螺母套入待测螺栓，轻轻旋至上压板表面，此时处于受力状态；

将第一螺栓和第二螺栓，朝下穿过上压板、顶板和中隔板的螺栓孔，并与拉伸机底座的两个下夹具头旋紧；

将待测螺栓与拉伸机上夹具头旋紧；

启动拉伸机，将待测螺栓拉伸至规定拉力则停止；

待测螺栓被拉伸机拉伸产生变形，螺母随之向上移动，将圆柱手柄插入螺母套，通过圆柱手柄带动螺母套旋紧螺母至上压板表面；

移走上夹具架，此时记录的轴力传感器的数值，即为待测螺栓的预紧力F；

将夹紧固定板放置在上压板的表面，通过第三限位螺栓固定并夹紧螺母套，同时夹紧固定板上的腰型槽可调节对螺母套的夹紧距离；

将套筒朝着旋松方向轻轻推动；

松动瞬间停止转动，记录静态扭矩传感器的扭矩值T，套筒使待测螺栓的头部和静态扭矩传感器同轴运动，根据计算公式T＝F×K×D，D为待测螺栓的直径，求出扭矩系数K。

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