CN216900160U - 用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置 - Google Patents

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周江磊
吴均云
胡举喜
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Abstract

本实用新型涉及一种用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置，力载荷传感器布置于轴承固定座的左承压端面上，所述轴承固定座的凸台轴上通过推力球轴承连接支撑座，所述顶推大螺母安装在顶推大螺母固定座内，所述顶推大螺母固定座内通过螺纹连接顶推螺栓，所述顶推螺栓的前端面与支撑座接触，后端通过顶推螺栓连接件连接旋转轴，所述旋转轴和支撑座上分别设有扭矩载荷传感器。本实用新型的摩擦系数测量装置提供了一种用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数的平台试验条件，可测量顶推螺栓在受轴向压应力预紧下的螺纹副摩擦系数和头部端面摩擦系数，具有较高的工程实用价值。

Description

用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置
技术领域
本实用新型涉及一种顶推式预紧装置紧固件，尤其是一种用于测量顶推式预紧装置的顶推螺栓螺纹和其头部端面部位摩擦系数的装置。
背景技术
现有紧固件摩擦系数试验测量装置主要适用于“六角头螺栓-被连接件-六角螺母”结构型式的紧固件，被测螺栓所受到的试验载荷方式为轴向拉应力，作用力矩发生在螺栓六角头与被连接件接触端面及螺纹副接触面。该测量装置可以解决常规六角头螺栓紧固件螺纹副摩擦系数和支撑面摩擦系数测量需求。
顶推式预紧装置是一种区别于传统联接结构型式的紧固件，其仅依靠拧紧顶推螺栓产生预紧力可实现被连接件之间的精确预紧。在拧紧过程中，顶推螺栓的头部端面部位与支撑面发生接触挤压产生轴向压应力，顶推螺栓的螺纹挤压顶推大螺母的内螺纹，带动顶推大螺母沿轴向反向移动并作用于大螺栓，使大螺栓轴向被拉伸产生预紧力传递到被连接件。
顶推螺栓的预紧力来源于支撑面和螺纹副的反作用力，与被连接件表面无直接接触，其一端的六角头仅为扳手紧固用，而无有效预紧力。因此，对于利用顶推力实现轴向压应力预紧的顶推式预紧装置紧固件，由于结构型式和受载方式发生变化，现有的测量装置已无法满足测量需要，缺少相应的摩擦系数测量手段，无法对其进行准确可靠的性能预报。
顶推式预紧装置紧固件是螺栓连接领域的一次革新，常被用于需大尺寸螺栓紧固的应用场合，此种连接紧固形式采用顶推力实现被连接件的精确预紧，提供了一种结构简单而性价比高的紧固型式。顶推式预紧装置紧固件作用形式可类比于千斤顶和位移放大器的载荷施加过程，又常以周向并联的形式设计成超级螺栓组件，可以大幅提高被连接件的总体预紧力。因此，为了准确掌握顶推式预紧装置紧固件连接性能，便于结构强度设计和精确预紧，有必要解决顶推式螺栓摩擦系数精确测量的需求。因此，需要设计一种操作简便、可拆卸性强、测量精度高，能够对顶推式预紧装置紧固件摩擦系数进行可靠测量的试验装置。
发明内容
本实用新型是要提供一种用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置，该装置与传统摩擦系数测量装置相比，区别在于可以实现轴向压应力、支撑面摩擦扭矩和总紧固扭矩测量，仅需更换相应的顶推大螺母固定座和顶推螺栓连接件即可适应不同规格尺寸顶推螺栓的摩擦系数测定，无需再对螺栓紧固件进行复杂的工装设计。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置，包括轴承固定座、推力球轴承、支撑座、顶推大螺母固定座、顶推螺栓连接件、旋转轴、顶推大螺母、顶推螺栓、扭矩载荷传感器，所述力载荷传感器布置于轴承固定座的左承压端面上，所述轴承固定座的凸台轴上通过推力球轴承连接支撑座，所述顶推大螺母安装在顶推大螺母固定座内，所述顶推大螺母固定座内通过螺纹连接顶推螺栓，所述顶推螺栓的前端面与支撑座接触，后端通过顶推螺栓连接件连接旋转轴，所述旋转轴和支撑座上分别设有扭矩载荷传感器。
进一步，所述顶推大螺母安装在顶推大螺母固定座的中心沉孔中并端面固定。
进一步，所述轴承固定座和顶推大螺母固定座为固定约束。
进一步，所述顶推螺栓从顶推大螺母固定座的中心贯穿孔中穿过进行试验安装。
进一步，所述顶推螺栓的一端嵌在顶推螺栓连接件一端的六角槽沉孔中，所述顶推螺栓连接件的另一端与旋转轴固连。
进一步，所述顶推大螺母偏心安装，限位于顶推大螺母固定座中。
进一步，所述力载荷传感器置于轴承固定座固定端的承压面上，用于测量顶推螺栓轴向预紧压应力F。
进一步，所述推力球轴承安装在轴承固定座的凸台轴体上，用于分离螺纹副摩擦扭矩Ts和支撑面摩擦扭矩Tw。
进一步，所述扭矩载荷传感器分别布置于支撑座和旋转轴上，用于测量支撑面摩擦扭矩Tw和总紧固扭矩T总。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型的摩擦系数测量装置提供了一种用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数的平台试验条件，可测量顶推螺栓在受轴向压应力预紧下的螺纹副摩擦系数和头部端面摩擦系数，具有较高的工程实用价值。
该摩擦系数测定装置采用推力球轴承分离螺纹副和支撑面摩擦扭矩，轴承内部摩擦可以忽略不计，具有精度高、误差小的测量效益。
该摩擦系数测定装置将顶推大螺母偏心安装在顶推大螺母固定座上，并由旋转轴向顶推螺栓施加扭矩载荷，试验中仅通过旋转调节顶推大螺母位置，即可实现对所有顶推螺栓的逐次测量需要，具有测量方便、拆装迅速的特点。
该摩擦系数测定装置仅需更换顶推大螺母固定座和顶推螺栓连接件，而无需复杂的工装设计，就能实现多种尺寸规格的顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量，工作效率高、互换性强，具有通用性高的测量效果。
附图说明
图1为用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置的剖视图；
图2为顶推大螺母结构的主视图；
图3为顶推大螺母结构的左剖视图；
图4为顶推式预紧装置紧固件的应用示意图；
图中：1.力载荷传感器，2.轴承固定座，3.推力球轴承，4.支撑座，5.顶推大螺母固定座，6.顶推螺栓连接件，7.旋转轴，8.扭矩载荷传感器一，9.顶推大螺母，10.顶推螺栓，11.扭矩载荷传感器二，12.大螺栓，13.支撑垫片，14.被连接件一，15.被连接件二。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1至图3所示，本实用新型的用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置，包括力载荷传感器1、轴承固定座2、推力球轴承3、支撑座4、顶推大螺母固定座5、顶推螺栓连接件6、旋转轴7、扭矩载荷传感器一8、顶推大螺母9、顶推螺栓10、扭矩载荷传感器二11。
力载荷传感器1布置于轴承固定座2的左承压端面上，力载荷传感器1用于测量顶推螺栓10在拧紧过程中产生的轴向预紧压应力，轴承固定座2的凸台轴上安装推力球轴承3，推力球轴承3与支撑座4端面接触，支撑座4与顶推螺栓10表面接触，顶推螺栓10与顶推大螺母9为螺纹配合连接，顶推大螺母9安装在顶推大螺母固定座5的中心沉孔中并端面固定，轴承固定座2和顶推大螺母固定座5为固定约束，顶推螺栓10从顶推大螺母固定座5的中心贯穿孔中穿过进行试验安装，顶推螺栓10的一端嵌在顶推螺栓连接件6一端的六角槽沉孔中，顶推螺栓连接件6的另一端与旋转轴7固连。
测量原理为：旋转轴7向顶推螺栓连接件6施加总拧紧扭矩T总，总拧紧扭矩T总由扭矩载荷传感器一8测量，顶推螺栓连接件6带动顶推螺栓10旋紧；由于顶推大螺母9受到固定约束，此时顶推螺栓10表现为压应力，左端向支撑座4传递顶推力和扭矩；推力球轴承3安装在轴承固定座2的凸台轴上，用于传递顶推螺栓10对支撑座4施加的轴向预紧力，轴向预紧力由力载荷传感器1测量，支撑面摩擦扭矩由扭矩载荷传感器二11测量，螺纹副摩擦扭矩Ts由总拧紧扭矩T总与支撑面摩擦扭矩Tw的差值计算得到。依据总预紧力F、支撑面摩擦扭矩Tw和螺纹副摩擦扭矩Ts，可计算得到螺纹摩擦系数μs、支撑面摩擦系数μw和总摩擦系数μ总。
计算方法参考螺纹紧固件基本原理：
螺纹副摩擦扭矩：Ts＝T-Tω
螺纹摩擦系数：
Figure BDA0003342125170000041
支撑面摩擦系数：
Figure BDA0003342125170000042
总摩擦系数：
Figure BDA0003342125170000051
注意，μ并非μs和μw的平均值。各符号定义如下：
d2为螺纹中径；dω为支撑面等效摩擦直径；P为螺距；α为牙型半角；F为螺栓轴向预紧力；T总为总拧紧扭矩；Ts为螺纹副摩擦扭矩；Tw为支撑面摩擦扭矩；μs为螺纹摩擦系数；μw为支撑面摩擦系数；μ总为总摩擦系数。
如图4所示，顶推式预紧装置紧固件的应用示例，被连接件一14与被连接件二15之间通过大螺栓12和顶推大螺母9固定连接，其中，顶推大螺母9与被连接件一14之间设置支撑垫片13，顶推大螺母9中用多个顶推螺栓10顶紧支撑垫片13，通过顶推力实现被连接件的精确预紧。

Claims (9)

1.一种用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置，其特征在于：包括轴承固定座、推力球轴承、支撑座、顶推大螺母固定座、顶推螺栓连接件、旋转轴、顶推大螺母、顶推螺栓、扭矩载荷传感器，所述轴承固定座的左承压端面上布置力载荷传感器，所述轴承固定座的凸台轴上通过推力球轴承连接支撑座，所述顶推大螺母安装在顶推大螺母固定座内，所述顶推大螺母固定座内通过螺纹连接顶推螺栓，所述顶推螺栓的前端面与支撑座接触，后端通过顶推螺栓连接件连接旋转轴，所述旋转轴和支撑座上分别设有扭矩载荷传感器。
2.根据权利要求1所述的用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置，其特征在于：所述顶推大螺母安装在顶推大螺母固定座的中心沉孔中并端面固定。
3.根据权利要求1所述的用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置，其特征在于：所述轴承固定座和顶推大螺母固定座为固定约束。
4.根据权利要求1所述的用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置，其特征在于：所述顶推螺栓从顶推大螺母固定座的中心贯穿孔中穿过进行试验安装。
5.根据权利要求1所述的用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置，其特征在于：所述顶推螺栓的一端嵌在顶推螺栓连接件一端的六角槽沉孔中，所述顶推螺栓连接件的另一端与旋转轴固定连接。
6.根据权利要求1所述的用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置，其特征在于：所述顶推大螺母偏心安装，限位于顶推大螺母固定座中。
7.根据权利要求1所述的用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置，其特征在于：所述力载荷传感器置于轴承固定座固定端的承压面上，用于测量顶推螺栓轴向预紧压应力F。
8.根据权利要求1所述的用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置，其特征在于：所述推力球轴承安装在轴承固定座的凸台轴体上，用于分离螺纹副摩擦扭矩Ts和支撑面摩擦扭矩Tw。
9.根据权利要求1所述的用于顶推式预紧装置紧固件摩擦系数测量的装置，其特征在于：所述扭矩载荷传感器分别布置于支撑座和旋转轴上，用于测量支撑面摩擦扭矩Tw和总紧固扭矩T总。
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