CN215865601U - 螺栓拧紧试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种适用于短双头螺栓的拧紧试验的螺栓拧紧试验装置，包括传感器、第一连接件、第二连接件和试验螺母，传感器包括轴向力测量部和扭矩测量部，第一连接件、第二连接件分别与轴向力测量部和扭矩测量部连接，以将试验螺栓的预紧力和摩擦扭矩传递至传感器，试验螺栓为双头螺栓，包括第一螺纹段和第二螺纹段，其中：第一连接件的第一凸出部凸出于传感器的外侧并设置有第一安装端，第一安装端允许第一螺纹段穿过且与第一螺纹段不相接触；第二连接件的第二凸出部凸出于传感器的外侧并设置有第二安装端，第二安装端设置有螺纹孔，用于连接第二螺纹段；试验螺母用于连接到第一螺纹段，以在试验过程中拧紧双头螺栓并压紧第一安装端。

Description

螺栓拧紧试验装置

技术领域

本实用新型涉及标准件测试技术领域，具体涉及一种螺栓拧紧试验装置。

背景技术

螺纹紧固件连接能够通过提供稳定的预紧力保证连接的可靠性，且具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点，在工业上具有广泛的应用。在航空发动机中，大量的使用了双头螺栓作为连接紧固件，其安装质量直接影响到航空发动机的整体质量及工作性能。

航空发动机作为一种具有极高可靠性要求的复杂的工业产品，对装配精度的控制有着相当高的要求，其中一项就是对螺栓所能够提供的预紧力的要求。如果预紧力提供的过小，则整机的震动情况将更加严重，影响航空发动机的整体性能；如果所提供预紧力过大，则在实际工作情况下容易出现屈服或是断裂等情况，将有可能造成巨大损失；并且为了保证发动机的动平衡特性，要求每个螺栓所能够提供的预紧力近似相等，所以在螺栓的实际使用之前需要对螺栓进行试验，以测试螺栓的拧紧参数。

现有的螺栓拧紧试验设备采用扭矩-轴向力传感器测量螺栓的预紧力和螺纹摩擦扭矩，扭矩-轴向力传感器的外侧表面和内侧表面分别用于测量轴向力和扭矩，外侧表面和内侧表面分别连接有外连接件和内连接件，试验螺栓的头部贴紧外连接件，试验螺栓的螺纹杆部旋入内连接件。在拧紧试验过程中，通过对试验螺栓的头部施加拧紧扭矩，使试验螺栓的头部压紧外连接件，进而将试验螺栓的预紧力传递至传感器的外侧表面，试验螺栓的摩擦扭矩则通过内连接件传递至传感器的内侧表面。

该螺栓拧紧试验设备适用于测量包括头部和杆部的螺栓，不适用于测量双头螺栓，且航空发动机上使用的双头螺栓的长度较平时所常用的螺栓更短，通常要小于或接近市面常用传感器的最短测量长度，采用现有的试验设备难以对其进行测试、试验，从而导致其拧紧条件的输入参数只能通过经验及参考外国公司指标。即使如此，由于国内外双头螺栓的加工质量以及所使用的材料不同，导致国内外双头螺栓的拧紧参数之间也存在很大的差距，照搬国外经验往往也难以保证双头螺栓所提供的预紧力的一致性，进而导致设计人员对双头螺栓所能够提供的预紧力没有明确的认识，难以对现场的装配工作进行设计及指导，对航空发动机螺栓紧固的自主研发造成了极大的困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种螺栓拧紧试验装置，适用于短双头螺栓的拧紧试验。

为实现所述目的的螺栓拧紧试验装置，包括传感器、第一连接件、第二连接件和试验螺母，所述传感器包括轴向力测量部和扭矩测量部，所述第一连接件、所述第二连接件分别与所述轴向力测量部和所述扭矩测量部连接，以将试验螺栓的预紧力和摩擦扭矩传递至所述传感器，所述试验螺栓为双头螺栓，包括位于轴向两侧的第一螺纹段和第二螺纹段，其中：所述第一连接件包括第一凸出部，所述第一凸出部凸出于所述传感器的外侧，并设置有第一安装端，所述第一安装端允许所述第一螺纹段穿过且与所述第一螺纹段不相接触；所述第二连接件包括第二凸出部，所述第二凸出部凸出于所述传感器的外侧，并设置有第二安装端，所述第二安装端设置有螺纹孔，用于连接所述第二螺纹段；所述试验螺母用于连接到所述第一螺纹段，以在试验过程中拧紧所述双头螺栓并压紧所述第一安装端。

在所述的螺栓拧紧试验装置的一个或多个实施方式中，所述第二安装端位于所述传感器与所述第一安装端之间。

在所述的螺栓拧紧试验装置的一个或多个实施方式中，所述螺纹孔为通孔，所述第一凸出部、所述第二凸出部在所述传感器的外侧分别设置有第一开口和第二开口，所述第一开口与所述第二开口至少部分重合，以通过所述第一开口和所述第二开口观察所述第二螺纹段的旋入量。

在所述的螺栓拧紧试验装置的一个或多个实施方式中，所述传感器包括中心孔，所述轴向力测量部和所述扭矩测量部分别位于所述中心孔的轴向两侧，所述第二凸出部穿过所述中心孔，且与所述中心孔之间具有间隙。

在所述的螺栓拧紧试验装置的一个或多个实施方式中，所述第一凸出部和所述第二凸出部包括圆筒状结构，所述第一凸出部同轴地套设在所述第二凸出部的径向外侧，且与所述第二凸出部之间具有径向间隙。

在所述的螺栓拧紧试验装置的一个或多个实施方式中，所述传感器的所述中心孔、所述第二安装端的所述螺纹孔与所述第一凸出部和所述第二凸出部同轴。

在所述的螺栓拧紧试验装置的一个或多个实施方式中，所述螺栓拧紧试验装置还包括试验垫片，用于设置在所述第一安装端与所述试验螺母之间，且与所述第一安装端可防转地连接，所述试验垫片允许所述第一螺纹段穿过且与所述第一螺纹段之间具有间隙。

在所述的螺栓拧紧试验装置的一个或多个实施方式中，所述螺栓拧紧试验装置包括多个不同规格的试验垫片，分别用于模拟不同被连接件的表面特性，所述螺栓拧紧试验装置根据试验所模拟的工况，选择其中一个所述试验垫片安装在所述第一安装端。

在所述的螺栓拧紧试验装置的一个或多个实施方式中，所述传感器为组合式传感器，包括轴向力传感器和扭矩传感器，所述轴向力传感器和所述扭矩传感器分别提供所述轴向力测量部和所述扭矩测量部。

该螺栓拧紧试验装置通过在第一连接件和第二连接件分别设置第一凸出部和第二凸出部，将试验螺栓的安装位置，即传感器的测量位置转移到传感器的外侧，将传感器的最短测量长度转换为第二安装端的内表面到试验垫片与试验螺母的配合面之间的距离，或第二安装端的内表面到第一安装端与试验螺母配合的外表面之间的距离，从而可以通过设计第一安装端与第二安装端的位置和尺寸，缩短传感器的最短测量长度，且不会影响第一连接件和第二连接件与传感器的连接部位的连接强度和稳定性，以实现尺寸较短的双头螺栓的拧紧参数测量，获得其拧紧扭矩与预紧力和摩擦扭矩的关系，对现场的装配工作进行设计及指导。该螺栓拧紧试验装置的结构简单，易于加工制造，成本较低，不但适用于尺寸较短的双头螺栓的拧紧试验，也适用于其他长度尺寸的双头螺栓的拧紧试验。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是根据一个实施例的螺栓拧紧试验装置的立体示意图。

图2是根据图1的实施例的螺栓拧紧试验装置的剖视示意图。

图3是根据另一个实施例的螺栓拧紧试验装置的分解示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本实用新型的保护范围进行限制。需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。此外，本申请的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

参照图1和图2，根据本实用新型的一个示范性实施例的螺栓拧紧试验装置1用于双头螺栓3的拧紧试验，该双头螺栓3包括位于轴向两侧的第一螺纹段31和第二螺纹段32。该螺栓拧紧试验装置1包括传感器10、第一连接件11、第二连接件12、试验螺母13和试验垫片14。

传感器10包括中心孔106和分别位于中心孔106的轴向两侧的外侧表面103和内侧表面104，轴向力测量部101和扭矩测量部102分别位于外侧表面103和内侧表面104。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外；此外，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

第一连接件11包括第一凸出部111，第一凸出部111凸出于传感器10的外侧，并设置有第一安装端112。第一安装端112允许第一螺纹段31穿过，且与第一螺纹段31不相接触，以避免影响后述的摩擦扭矩的传递。第一连接件11的与第一安装端112相对的另一端与传感器10的轴向力测量部101相连接，例如通过螺栓(未图示)。

试验螺母13用于连接到双头螺栓3的第一螺纹段31，以在试验过程中通过试验螺母13向双头螺栓3施加拧紧扭矩将双头螺栓3拧紧，并通过试验螺母13压紧第一安装端112，将双头螺栓3的预紧力传递至传感器10的轴向力测量部101。

试验垫片14设置在第一安装端112与试验螺母13之间，试验垫片14允许第一螺纹段31穿过，且与第一螺纹段31之间具有间隙，以避免影响后述的摩擦扭矩的传递。在拧紧实验过程中，试验螺母13通过试验垫片14压紧第一安装端112，以将双头螺栓3的预紧力传递至传感器10。

第二连接件12包括第二凸出部121，第二凸出部121凸出于传感器10的外侧，并设置有第二安装端122，第二安装端122设置有螺纹孔123，用于连接双头螺栓3的第二螺纹段32，第二连接件12的与第二安装端122相对的另一端连接到传感器10的扭矩测量部102，例如通过螺栓15，并通过固定销105定位，从而在拧紧实验过程中，通过第二连接件12将双头螺栓3与试验螺母13结合部位的螺纹摩擦扭矩传递至传感器10的扭矩测量部102。

第二凸出部121穿过中心孔106并伸向传感器10的外侧，即安装有第一凸出部111的一侧，以使第二安装端122靠近第一安装端112，且使第二安装端122位于传感器10与第一安装端112之间，以便于从第一安装端112的外侧安装和旋拧试验螺母13，并可以缩短传感器10的最短测量长度L₁，详见后述。第二凸出部121与中心孔106之间具有间隙，以保证摩擦扭矩的传递不受干扰。

在另一些实施方式中，轴向力测量部101和扭矩测量部102也可以设置在传感器10的其他位置，并对应设计第一连接件11和第二连接件12的结构和位置。传感器10可以采用能够同时测量轴向力和扭矩的复合式扭矩-轴向力传感器，也可以由轴向力传感器和扭矩传感器组成，轴向力传感器和扭矩传感器之间直接或间接连接，并分别提供轴向力测量部101和扭矩测量部102，从而可以采用结构简单、成本较低的轴向力传感器和扭矩传感器代替成本较高的复合式扭矩-轴向力传感器，降低传感器10的成本。

继续参照图1和图2，第一凸出部111和第二凸出部121包括圆筒状结构，第一凸出部111同轴地套设在第二凸出部121的径向外侧，且与第二凸出部121之间具有径向间隙，以保证拧紧力和摩擦扭矩的传递互不影响，并可以简化该螺栓拧紧试验装置1的结构，以便于加工制造。

在该螺栓拧紧试验装置1的设计、加工制造和装配过程中，应尽可能保证传感器10的中心孔106、第一凸出部111、第二凸出部121、螺纹孔123、试验螺母13、试验垫片14的中心线在同一条直线上，从而避免在拧紧试验时双头螺栓3倾斜，使试验垫片14受力不均或者接触不充分，导致试验条件与实际工况不符。

在另一些实施方式中，第一凸出部111和第二凸出部121也可以设置为其他形状，包括但不限于多棱柱形、板凳形等等。

继续参照图1和图2，试验垫片14设置有卡槽141，对应地，第一安装端112设置有卡爪113，卡槽141与卡爪113卡接，以将试验垫片14可防转地连接到第一安装端112，连接结构简单，操作便捷。

在另一些实施方式中，试验垫片14也可以通过其他方式与第一安装端112可防转地连接，例如试验垫片14具有非圆形的安装表面，对应地，第一安装端112设置有非圆形的安装槽，试验垫片14可防转地嵌入该安装槽内。

试验垫片14用于模拟被连接件的表面特性，试验垫片14的材料和表面精度与拧紧试验所模拟的工况下的被连接件一致，试验垫片14的厚度在能够保证试验可行的情况下也需要尽量贴合实际被连接件的厚度，以保证刚度的一致性，从而可以保证试验条件尽可能的贴合于实际使用情况，保证试验结果的可靠性。

可选地，螺栓拧紧试验装置1包括多个不同规格的试验垫片14，分别采用不同材质、表面精度、厚度等等，以分别模拟不同被连接件的表面特性，从而可以通过更换试验垫片14模拟不同的工况，而不需要更换第一安装端112，操作便捷，成本较低。

继续参照图1和图2，可选地，第二安装端122的螺纹孔123为通孔，从而可以适用于多种不同长度尺寸的双头螺栓3的拧紧试验，提高该螺栓拧紧试验装置1的通用性。

第一凸出部111、第二凸出部121在传感器10的外侧分别设置有第一开口115和第二开口125，第一开口115和第二开口125至少部分重合，第一开口115和第二开口125的位置和尺寸设置为可以通过第一开口115和第二开口125观察第二螺纹段32的旋入量，以便保证双头螺栓3安装到位，并避免过度旋入。

为便于控制第二螺纹段32的旋入量，可以向第一开口115和第二开口125中插入挡块(未图示)，挡块的两侧通过第一开口115和第二开口125限位，挡块的高度根据第二螺纹段32的最大旋入量设计，以通过挡块限制第二螺纹段32的最大旋入量，快速地将第二螺纹段32安装到位，结构简单，操作便捷可靠。在拧紧试验前，需将挡块抽出，以避免影响试验结果。

下面参照图3说明根据本实用新型的另一个示范性实施例的螺栓拧紧试验装置1。本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例，本实施例不再赘述。

本实施例与前述实施例的主要区别在于，在试验螺母13与第一安装端112之间不设置试验垫片14，而直接通过第一安装端112的外表面114与试验螺母13相贴合，以模拟被连接件的表面特性和传递双头螺栓3的预紧力。

下面结合图1和图2所示的实施例说明本实用新型的螺栓拧紧试验装置1的使用方法：

1、将第一连接件11和第二连接件12分别通过螺栓固定在传感器10上，使第一凸出部111、第二凸出部121与传感器10的中心孔106同轴；

2、将双头螺栓3的第二螺纹段32旋入第二安装端122的螺纹孔123，从第一开口115和第二开口125观察第二螺纹段32的旋入量是否达到试验需要的长度；

3、根据试验所模拟的工况，选择对应的试验垫片14安装在第一安装端112，再将试验螺母13安装在双头螺栓3的第一螺纹段31，在安装双头螺栓3和试验螺母13的过程中，可以根据现场润滑情况等因素，控制试验中的变量，使其与实际情况越贴合越好；

4、开始进行拧紧试验，通过试验螺母13向双头螺栓3施加拧紧扭矩，试验螺母13通过试验垫片14压紧第一安装端112，以将双头螺栓3的预紧力通过第一连接件11传递至传感器10的轴向力测量部101，双头螺栓3的摩擦扭矩则通过第二连接件12传递至传感器10的扭矩测量部102。

该螺栓拧紧试验装置1通过在第一连接件11和第二连接件12分别设置第一凸出部111和第二凸出部121，将试验螺栓的安装位置，即传感器10的测量位置转移到传感器10的外侧，将传感器10的最短测量长度L转换为第二安装端122的内表面124到试验垫片14与试验螺母13的配合面142之间的距离(在图1和图2所示的实施例中)，或第二安装端122的内表面124到第一安装端112与试验螺母13配合的外表面114之间的距离(在图3所示的实施例中)，从而可以通过设计第一安装端112与第二安装端122的位置和尺寸，缩短传感器10的最短测量长度L，且不会影响第一连接件11和第二连接件12与传感器10的连接部位的连接强度和稳定性，以实现尺寸较短的双头螺栓3的拧紧参数测量，获得其拧紧扭矩与预紧力和摩擦扭矩的关系，对现场的装配工作进行设计及指导。

该螺栓拧紧试验装置1的结构简单，易于加工制造，成本较低，不但适用于尺寸较短的双头螺栓3的拧紧试验，也适用于其他长度尺寸的双头螺栓3的拧紧试验。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (9)

1.螺栓拧紧试验装置，包括传感器、第一连接件和第二连接件，所述传感器包括轴向力测量部和扭矩测量部，所述第一连接件、所述第二连接件分别与所述轴向力测量部和所述扭矩测量部连接，以将试验螺栓的预紧力和摩擦扭矩传递至所述传感器，其特征在于，所述试验螺栓为双头螺栓，包括位于轴向两侧的第一螺纹段和第二螺纹段，所述螺栓拧紧试验装置还包括试验螺母，其中：

所述第一连接件包括第一凸出部，所述第一凸出部凸出于所述传感器的外侧，并设置有第一安装端，所述第一安装端允许所述第一螺纹段穿过且与所述第一螺纹段不相接触；

所述第二连接件包括第二凸出部，所述第二凸出部凸出于所述传感器的外侧，并设置有第二安装端，所述第二安装端设置有螺纹孔，用于连接所述第二螺纹段；

所述试验螺母用于连接到所述第一螺纹段，以在试验过程中拧紧所述双头螺栓并压紧所述第一安装端。

2.如权利要求1所述的螺栓拧紧试验装置，其特征在于，所述第二安装端位于所述传感器与所述第一安装端之间。

3.如权利要求2所述的螺栓拧紧试验装置，其特征在于，所述螺纹孔为通孔，所述第一凸出部、所述第二凸出部在所述传感器的外侧分别设置有第一开口和第二开口，所述第一开口与所述第二开口至少部分重合，以通过所述第一开口和所述第二开口观察所述第二螺纹段的旋入量。

4.如权利要求2所述的螺栓拧紧试验装置，其特征在于，所述传感器包括中心孔，所述轴向力测量部和所述扭矩测量部分别位于所述中心孔的轴向两侧，所述第二凸出部穿过所述中心孔，且与所述中心孔之间具有间隙。

5.如权利要求4所述的螺栓拧紧试验装置，其特征在于，所述第一凸出部和所述第二凸出部包括圆筒状结构，所述第一凸出部同轴地套设在所述第二凸出部的径向外侧，且与所述第二凸出部之间具有径向间隙。

6.如权利要求5所述的螺栓拧紧试验装置，其特征在于，所述传感器的所述中心孔、所述第二安装端的所述螺纹孔与所述第一凸出部和所述第二凸出部同轴。

7.如权利要求1至6中任一项所述的螺栓拧紧试验装置，其特征在于，所述螺栓拧紧试验装置还包括试验垫片，用于设置在所述第一安装端与所述试验螺母之间，且与所述第一安装端可防转地连接，所述试验垫片允许所述第一螺纹段穿过且与所述第一螺纹段之间具有间隙。

8.如权利要求7所述的螺栓拧紧试验装置，其特征在于，所述螺栓拧紧试验装置包括多个不同规格的试验垫片，分别用于模拟不同被连接件的表面特性，所述螺栓拧紧试验装置根据试验所模拟的工况，选择其中一个所述试验垫片安装在所述第一安装端。

9.如权利要求1至6中任一项所述的螺栓拧紧试验装置，其特征在于，所述传感器为组合式传感器，包括轴向力传感器和扭矩传感器，所述轴向力传感器和所述扭矩传感器分别提供所述轴向力测量部和所述扭矩测量部。

Images