CN203772475U - 联接件的预紧力的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种联接件的预紧力的测量装置。该测量装置包括应变片、角度传感器、压力传感器、导线以及测量机构，其中应变片贴附于套筒的筒壁的外表面上，压力传感器被联接件压持于第一表面和被联接件之间，角度传感器与套筒同步转动连接，测量机构通过导线分别与应变片、压力传感器和角度传感器通讯连接，以根据应变片获取预紧时施加的扭矩、角度传感器的轴向转角α和压力传感器的轴向预紧力F，继而根据关系式F=K*α控制联接件的轴向预紧力F，以完成安装。通过上述方式，本实用新型能够精确控制螺栓、螺母等联接件的预紧力，提高连接的安全性。

Description

联接件的预紧力的测量装置

技术领域

本实用新型涉及机械连接技术领域，特别是涉及一种联接件的预紧力的测量装置。

背景技术

以螺栓为联接件的连接是最常见的可拆卸连接，而预紧力是螺栓在拧紧过程中需要测量的重要性能指标。适当的预紧力可以提高螺栓连接的可靠性以及螺栓的耐疲劳强度，对有紧密性要求的连接更是可以提高气密性。但是，过大的预紧力会造成螺栓和被联接件的过载，极易导致安全事故的发生，因此在装配时需要严格控制对螺栓的预紧力。

现有技术中，一般通过基于转角法的测量装置控制预紧力，如图1所示，测量装置中加力杆11、指针支架12、方头14分别与联接头13固定连接，方头14与螺栓预紧套筒相连。预紧开始时需对螺栓施加一初始小扭矩使得螺帽与被联接件贴紧，预紧过程中指针支架12随着加力杆11的转动而发生转动，但磁性指针15在地磁场17的作用下不发生转动，因此可以通过转角刻度盘16读取螺栓的转角α，并基于关系式F=K*α（K为比例常数）即可控制螺栓预紧力。

然而，采用上述测量装置需要在装配前进行大量实验（模拟实际装配结构）以确定比例常数K的取值，效率低下且实验得到的取值的误差范围也较大。并且，初始预紧小扭矩多是根据经验选取的保守值，极易增大预紧力控制误差。同时，由于从螺栓贴紧后至到达预定预紧力时的相对转角较小，因此通过转角刻度盘16读取转角α的误差极易给预紧力控制带来较大误差。由此可见，现有技术的预紧力的测量装置无法实现螺栓的预紧力的精确控制，极易导致安全事故的发生。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种联接件的预紧力的测量装置，能够精确控制螺栓的预紧力，提高螺栓连接的安全性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种联接件的预紧力的测量装置，该联接件包括螺栓且通过套筒预紧，测量装置包括应变片、角度传感器、压力传感器、导线以及测量机构，其中：应变片贴附于套筒的筒壁的外表面上，联接件包括压持于被联接件上的第一表面，压力传感器被联接件压持于第一表面和被联接件之间，角度传感器与套筒同步转动连接，应变片、压力传感器和角度传感器分别通过导线与测量机构通讯连接，以使测量机构根据应变片获取预紧时施加的扭矩、角度传感器获取预紧时的轴向转角α和压力传感器获取预紧时的轴向预紧力F，并根据关系式F=K*α控制联接件的预紧力F，以完成安装。

其中，应变片的数量设置为四个且组成全桥电路，每一应变片沿与竖直方向具有45度夹角的方向设置。

其中，测量装置还包括固定于套筒的筒壁上的第一齿轮以及与角度传感器同轴转动连接的第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮相啮合。

其中，第二齿轮和角度传感器之间通过联轴器实现同轴转动连接。

其中，测量装置还包括滚动轴承，滚动轴承通过第一挡圈和第二挡圈的配合固定于套筒的筒壁上。

其中，测量装置进一步包括固定于滚动轴承上且与套筒同心设置的固定套，固定套包括两个立板和两个滑槽。

其中，测量装置还包括设置于滑槽中的磁座，磁座可在滑槽中上下滑动，且磁座可通过旋钮进行给磁和退磁操作。

其中，测量装置还包括安装角度传感器的固定支架，固定支架与固定套的立板固定连接。

其中，压力传感器的尺寸与联接件对应的垫片的规格尺寸相同。

其中，套筒设置有多个分别与不同型号的联接件相适配的套设结构。

本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型不需要在装配前进行大量实验以确定比例常数K的取值，而是根据关系式F=K*α在轴向预紧力F与轴向转角α成线性关系后确定K的取值，提高工作效率的同时又能避免了比例常数K的取值误差导致的预紧力F的控制误差，并且通过角度传感器获取的轴向转角α还能消除人工读取过程中的人为误差，从而能够精确控制螺栓的预紧力，提高螺栓连接的安全性。另外，由于本实用新型基于套筒进行预紧，因此可适用于对各种型号规格的螺栓螺母的预紧力的控制，具有很高的普及性。

附图说明

图1是现有技术中螺栓预紧力的测量装置的结构示意图；

图2是本实用新型预紧力的测量装置优选实施例的结构剖视图；

图3是图2所示预紧力的测量装置的侧面结构示意图；

图4是本实用新型轴向预紧力与轴向转角的函数关系图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和技术效果更加清楚，下面结合附图1～4对本实用新型的实施例作进一步地的详细描述。

图2是本实用新型预紧力的测量装置优选实施例的结构剖视图，图3是图2所示预紧力的测量装置的侧面结构示意图，该测量装置用于对联接件200的预紧力进行检测及控制，其中联接件200通过套筒300进行预紧，联接件200为螺栓或螺母等其它可预紧的联接元件，本实施例全文以包括螺杆和螺帽的螺栓为例进行描述。另外，套筒300可同时设置多个分别与不同型号（规格尺寸）的联接件200（的螺帽）相适配的套设结构，以实现一套筒多用。

请结合图1和图2所示，本实施例的测量装置包括应变片21、角度传感器22、压力传感器23、导线24、测量机构25、第一齿轮26、转角传递结构27、滚动轴承28、固定套29以及磁座30。其中：

本实施例优选四个应变片21通过胶黏贴的方式贴附于套筒300的筒壁的外表面上。并且，每一应变片21沿与竖直方向具有45度夹角的方向设置，从而使得四个应变片21通过相互之间的电连接组成全桥电路，并通过导线24与测量机构25实现电连接。

压力传感器23被联接件200压持于螺帽的第一表面和被联接件400之间，即压力传感器23类似于垫片一样放置于螺帽和被联接件400之间，并且通过导线24与测量机构25电连接。本实施例优选压力传感器23的尺寸与螺帽对应的垫片的规格尺寸相同。

角度传感器22安装于转角传递结构27上，并通过导线24与测量机构25电连接。其中，转角传递结构27用于使得角度传感器22与套筒300同轴转动连接，以获取螺栓的转角（轴向转角），具体而言：转角传递结构27包括固定支架271、第二齿轮272和联轴器273。其中，第二齿轮272和角度传感器22之间通过联轴器273实现同轴连接，由于第一齿轮26固定于套筒300的筒壁上且与套筒300同步转动连接，并且第二齿轮272和第一齿轮26相啮合，因此在套筒300转动时即可传动角度传感器22。

需要指出的是，本实施例优选应变片21、角度传感器22和压力传感器23分别通过导线24与测量机构25电连接，从而实现与测量机构25之间的通讯连接。在其他实施例中，还可以设计应变片21、角度传感器22和压力传感器23分别通过各自设置的无线通讯装置与测量机构25无线通讯连接从而实现通讯连接。

滚动轴承28通过第一挡圈281和第二挡圈282的配合固定于套筒300的筒壁上。固定套29固定于滚动轴承28上且与套筒300同心设置，固定套29包括两个立板291和两个滑槽。固定支架271的上部安装固定角度传感器22，下部与固定套29的立板291通过螺丝所附的方式固定连接。磁座30设置于固定套29的滑槽中且可在滑槽中上下滑动，本实施例的磁座30可通过旋钮进行给磁和退磁操作。

本实施例的预紧力的测量装置通过套筒300的扳手施加扭矩时，测量机构25通过导线24即可获取应变片21检测的扭转应变，同时扳手带动套筒300和第一齿轮26同步转动。与此同时，磁座30通过旋钮的给磁操作吸附于被联接件400的表面，并且磁座30通过固定套29的滑槽的限位能够保证固定套29不发生转动，因此固定支架271和角度传感器22同样不发生转动。

第一齿轮26带动第二齿轮272转动，并传动联轴器273和角度传感器22的转轴。测量机构25通过导线24获取角度传感器22的转角信号，而后通过换算即可得到螺栓的轴向转角。

与此同时，压力传感器23由于位于被联接件400和螺帽之间，由此其获取的压力值与螺栓的轴向预紧力大小相等，测量机构25通过导线24即可获取压力传感器23检测的轴向预紧力。而后，根据如下关系式即可控制螺栓的预紧力：

F=K*α    ………第一关系式

其中，F为轴向预紧力，α为轴向转角，T为施加的扭矩，K为比例常数。操作者通过测量机构25得到应变片21检测的施加于套筒300的扭矩T，并逐渐改变扭矩T从而控制施加于螺帽的压力，即压力传感器23检测的轴向预紧力F。

本实施例的预紧力的测量装置在使用时首先利用压力传感器23进行一次标定，并在标定过程中实时记录标定过程中施加的扭矩T，而后在标定完毕后将压力传感器23替换为普通垫片。参阅图4所示的轴向预紧力F与轴向转角α的函数关系图，通过标定选择α1点对应的扭矩T1对螺栓进行初始预紧，而后根据线性段（α1点之后的曲线）标定预紧力F的取值以完成螺栓的最终预紧。相比于现有技术中初始预紧扭矩多是根据经验选取的保守值，本实施例的测量装置在标定过程中可获得预紧力F—转角α进入线性段时所对应的最佳初始预紧扭矩T1，从而提高了预紧力F的控制精度。

本实用新型根据上述关系式所知的预紧力F与轴向转角α的线性关系，并结合标定时所施加的扭矩T，从而在预紧时以最佳初始扭矩T1开始逐渐控制施加的扭矩T控制预紧力F以完成安装，可见本实用新型不需要在装配前进行大量实验以确定比例常数K的取值，提高工作效率的同时又能避免现有技术中比例常数K的取值误差导致的预紧力F的控制误差，进而能够精确控制螺栓的预紧力。

本实施例优选当到达所需的预紧力F时，记录螺栓完成安装时对应施加的扭矩T，并建立螺栓与扭矩T的映射关系数据库。具体而言：

可在实际应用中记录每一个螺栓与扭矩T的一一对应关系，并形成螺栓—扭矩映射关系数据库，从而可以在后续对每一个螺栓进行再次预紧时，直接从该螺栓—扭矩映射关系数据库中调取对应的扭矩T，并据此扭矩T直接旋转套筒300完成安装。

其中，螺栓—扭矩映射关系数据库如下表所示，该表只是数据库中的一部分，如果需要，可对该表进行任何的数据更新，以便从数据库中提取数据，更有针对性的完成套装，提高效率，且可降低事故率，同时，对每次再预紧时的预紧力进行记录，也方便了后续的故障分析。

序号

编号

扭矩值

预紧力1

…

预紧力M

螺栓位置

1

001

T-001

N-1

…

N-1m

A

2

002

T-002

N-2

…

N-2m

B

3

003

T-003

N-3

…

N-3m

C

4

004

T-004

N-4

…

N-4m

D

综上所述，可知相比较于现有技术，本实用新型通过应变片实时获取的轴向转角α和压力传感器获取轴向预紧力F直接得到比例常数K，因此不需要在装配前进行大量实验以确定比例常数K的取值，提高工作效率的同时又能避免了比例常数K的取值误差导致的预紧力F的控制误差，并且通过角度传感器获取的轴向转角α还能消除人工读取过程中的人为误差，从而能够精确控制螺栓的预紧力，提高螺栓连接的安全性。另外，由于本实用新型基于套筒进行预紧，因此可适用于对各种型号规格的螺栓螺母的预紧力的控制，具有很高的普及性。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种联接件（200）的预紧力的测量装置，所述联接件（200）包括螺栓且通过套筒（300）预紧，其特征在于，所述测量装置包括应变片（21）、角度传感器（22）、压力传感器（23）、导线（24）以及测量机构（25），其中：

所述应变片（21）贴附于所述套筒（300）的筒壁的外表面上，所述联接件（200）包括压持于被联接件（400）上的第一表面，所述压力传感器（23）被所述联接件（200）压持于所述第一表面和所述被联接件（400）之间，所述角度传感器（22）与所述套筒（300）同步转动连接，所述应变片（21）、所述压力传感器（23）和所述角度传感器（22）分别通过所述导线（24）与所述测量机构（25）通讯连接，以使所述测量机构（25）根据所述应变片（21）获取预紧时施加的扭矩、所述角度传感器（22）获取预紧时的轴向转角α和所述压力传感器（23）获取预紧时的轴向预紧力F，并根据关系式F=K*α控制所述联接件（200）的预紧力F，以完成安装。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述应变片（21）的数量设置为四个且组成全桥电路，每一所述应变片（21）沿与竖直方向具有45度夹角的方向设置。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括固定于所述套筒（300）的筒壁上的第一齿轮（26）以及与所述角度传感器（22）同轴转动连接的第二齿轮（272），所述第一齿轮（26）与所述第二齿轮（272）相啮合。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述第二齿轮（272）和所述角度传感器（22）之间通过联轴器（273）实现同轴转动连接。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括滚动轴承（28），所述滚动轴承（28）通过第一挡圈（281）和第二挡圈（282）的配合固定于所述套筒（300）的筒壁上。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置进一步包括固定于所述滚动轴承（28）上且与所述套筒（300）同心设置的固定套（29），所述固定套（29）包括两个立板（291）和两个滑槽。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括设置于所述滑槽中的磁座（30），所述磁座（30）可在所述滑槽中上下滑动，且所述磁座（30）可通过旋钮进行给磁和退磁操作。

8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括安装所述角度传感器（22）的固定支架（271），所述固定支架（271）与所述固定套（29）的所述立板（291）固定连接。

9.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述压力传感器（23）的尺寸与所述联接件（200）对应的垫片的规格尺寸相同。

10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述套筒（300）设置有多个分别与不同型号的所述联接件（200）相适配的套设结构。