一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置及方法，包括基座以及自上而下依次套設(shè)在被測(cè)螺栓上的螺栓套筒、連接件以及軸承支撐裝置；基座上固定有試驗(yàn)臺(tái)支撐件，連接件固定在試驗(yàn)臺(tái)支撐件上，被測(cè)螺栓上還套設(shè)有測(cè)量裝置以及用于給被測(cè)螺栓施加預(yù)緊力的加載裝置。本發(fā)明可以單獨(dú)檢測(cè)螺栓頭支撐面的摩擦系數(shù)，能夠針對(duì)不同工程直徑、不同等級(jí)、不同接觸表面形貌、不同材料特性及不同預(yù)緊力等參數(shù)對(duì)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)量。為工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)螺栓擰緊扭矩提供基本的數(shù)據(jù)支持，降低螺栓預(yù)緊力的離散度，保障螺栓連接性能滿足工程需求。
【專利說(shuō)明】一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于摩擦系數(shù)檢測(cè)試驗(yàn)裝置領(lǐng)域，具體涉及一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]螺紋連接(螺栓連接、螺釘連接、雙頭螺柱連接等)由于其便于裝拆與維護(hù)保養(yǎng)，已成為復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)裝配中應(yīng)用最普遍、最廣泛的連接方式。目前，常見(jiàn)的螺紋擰緊方法主要有:扭矩法、扭矩/轉(zhuǎn)角法、屈服點(diǎn)控制法和螺栓伸長(zhǎng)量控制法等，其中扭矩法因其加載方便且易于控制，被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)際當(dāng)中。
[0003]大量文獻(xiàn)表明，扭矩法在連接過(guò)程中，受到潤(rùn)滑方式、加工表面粗糙度、零件的材料(強(qiáng)度、硬度)、螺紋配合、零件形位誤差等因素的影響，其連接性能參數(shù)表現(xiàn)出明顯的不確定性，其中預(yù)緊力的誤差范圍在±5%?±35%，最差情況還達(dá)到±50%。目前，為了解決預(yù)緊力的離散度問(wèn)題，大量學(xué)者提出通過(guò)理論方法構(gòu)建擰緊扭矩與預(yù)緊力之間的關(guān)聯(lián)模型，以期通過(guò)該模型以最終預(yù)緊力為目標(biāo)準(zhǔn)確設(shè)計(jì)擰緊扭矩量值，其中螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)是該模型中必不可少的參數(shù)。然而，在利用該理論模型計(jì)算擰緊扭矩時(shí)，通常憑借設(shè)計(jì)手冊(cè)或者技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定螺栓頭支撐面的摩擦系數(shù)，這在一定程度上影響了模型計(jì)算精度，而現(xiàn)有螺栓連接檢測(cè)裝置尚且不能獨(dú)立測(cè)試螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)。因此，有必要提出一種能夠檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置，為工程技術(shù)人員在保障目標(biāo)預(yù)緊力條件下準(zhǔn)確設(shè)計(jì)擰緊扭矩提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)，從而提高擰緊扭矩與預(yù)緊力理論模型的計(jì)算精度，降低目標(biāo)預(yù)緊力的離散度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置及方法，該試驗(yàn)裝置能夠改善擰緊扭矩與預(yù)緊力理論模型的計(jì)算精度，降低目標(biāo)預(yù)緊力的離散度，同時(shí)為其他螺紋連接結(jié)構(gòu)摩擦系數(shù)的檢測(cè)提供方法參照。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置，包括基座以及自上而下依次套設(shè)在被測(cè)螺栓上的螺栓套筒、連接件以及軸承支撐裝置；基座上固定有試驗(yàn)臺(tái)支撐件，連接件固定在試驗(yàn)臺(tái)支撐件上，被測(cè)螺栓上還套設(shè)有測(cè)量裝置以及用于給被測(cè)螺栓施加預(yù)緊力的加載裝置。
[0007]所述的基座包括固定在底面上的鑄鐵平臺(tái)和圓盤(pán)底座，鑄鐵平臺(tái)的上表面開(kāi)設(shè)有用于固定圓盤(pán)底座的T型槽，試驗(yàn)臺(tái)支撐件固定在圓盤(pán)底座上。
[0008]所述的試驗(yàn)臺(tái)支撐件包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的L型支撐架，三個(gè)L型支撐架以短邊為底面，均勻布置并固定在圓盤(pán)底座上；連接件安裝在三個(gè)L型支撐架的內(nèi)側(cè)，且連接件與L型支撐架的內(nèi)側(cè)接觸面為圓弧面。
[0009]所述的連接件包括上連接件和下連接件，測(cè)量裝置設(shè)置在上連接件與下連接件之間，上連接件的上表面開(kāi)設(shè)有用于放置螺栓套筒的矩形槽，中間沿軸向開(kāi)設(shè)有能夠使被測(cè)螺栓穿過(guò)的通孔；下連接件的下表面開(kāi)設(shè)有用于安裝軸承支撐裝置的圓形凹槽，中間沿軸向也開(kāi)設(shè)有能夠使被測(cè)螺栓穿過(guò)的通孔；上連接件與下連接件的側(cè)面沿軸向均勻開(kāi)設(shè)有與試驗(yàn)臺(tái)支撐件相配合用于固定上連接件和下連接件的螺紋孔。
[0010]所述的軸承支撐裝置包括套設(shè)在被測(cè)螺栓上的推力圓柱滾子軸承和軸承套筒，推力圓柱滾子軸承的軸圈設(shè)置在下連接件下表面的圓形凹槽內(nèi)，推力圓柱滾子軸承的座圈安裝在軸承套筒上。
[0011]所述的加載裝置包括設(shè)置在被測(cè)螺栓的螺栓頭部的擰緊軸以及設(shè)置在被測(cè)螺栓底部的用于和擰緊軸相配合的螺母；擰緊軸上連接有用于控制擰緊軸的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)上還連接有用于采集、存儲(chǔ)以及分析擰緊軸輸出扭矩反饋信號(hào)的數(shù)據(jù)處理模塊。
[0012]所述的測(cè)量裝置包括用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被測(cè)螺栓擰緊過(guò)程中軸向預(yù)緊力變化信號(hào)的墊圈式力傳感器以及分別設(shè)置在墊圈式力傳感器上表面和下表面上的力傳感器上墊片和力傳感器下墊片；墊圈式力傳感器套裝在被測(cè)螺栓上，并固定在上連接件和下連接件之間；墊圈式力傳感器還連接有電荷放大器，墊圈式力傳感器通過(guò)電荷放大器與數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理模塊相連。 [0013]一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0014]I)依據(jù)力傳感器出廠標(biāo)定，設(shè)定力傳感器量程和靈敏度，設(shè)定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換比率；
[0015]2)選取與被測(cè)螺栓內(nèi)徑相匹配的螺栓套筒，將被測(cè)螺栓套筒安裝在上連接件上表面的矩形槽中，再將上連接件固定在L型支撐架上；
[0016]3)依次安裝被測(cè)螺栓、墊圈式力傳感器、下連接件、推力圓柱滾子軸承、軸承套筒和螺母，通過(guò)螺母預(yù)緊被測(cè)螺栓，約束下連接件周向轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0017]4)通過(guò)內(nèi)六方套筒固定被測(cè)螺栓的螺栓頭部，擰緊螺母，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄墊圈式力傳感器的讀數(shù)，待其示值穩(wěn)定后，記錄此值F ;
[0018]5)通過(guò)擰緊軸旋轉(zhuǎn)被測(cè)螺栓的螺栓頭部，記錄擰緊控制系統(tǒng)中扭矩隨時(shí)間的變化曲線，提取數(shù)據(jù)處理模塊中扭矩穩(wěn)定值Tb ；
[0019]6)通過(guò)測(cè)量的數(shù)據(jù)F和Tb推算螺栓頭支撐面的摩擦系數(shù)，公式如下:
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括基座以及自上而下依次套設(shè)在被測(cè)螺栓(7)上的螺栓套筒(6)、連接件以及軸承支撐裝置；基座上固定有試驗(yàn)臺(tái)支撐件，連接件固定在試驗(yàn)臺(tái)支撐件上，被測(cè)螺栓(7)上還套設(shè)有測(cè)量裝置以及用于給被測(cè)螺栓(7)施加預(yù)緊力的加載裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的基座包括固定在底面上的鑄鐵平臺(tái)(I)和圓盤(pán)底座(2)，鑄鐵平臺(tái)的上表面開(kāi)設(shè)有用于固定圓盤(pán)底座(2)的T型槽,試驗(yàn)臺(tái)支撐件固定在圓盤(pán)底座(2)上。
3.如權(quán)利要求2所述的一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的試驗(yàn)臺(tái)支撐件包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的L型支撐架(3)，三個(gè)L型支撐架(3)以短邊為底面，均勻布置并固定在圓盤(pán)底座(2)上；連接件安裝在三個(gè)L型支撐架(3)的內(nèi)側(cè)，且連接件與L型支撐架(3)的內(nèi)側(cè)接觸面為圓弧面。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的連接件包括上連接件(5)和下連接件(4)，測(cè)量裝置設(shè)置在上連接件(5)與下連接件(4)之間，上連接件(5)的上表面開(kāi)設(shè)有用于放置螺栓套筒(6)的矩形槽，中間沿軸向開(kāi)設(shè)有能夠使被測(cè)螺栓(7)穿過(guò)的通孔；下連接件(4)的下表面開(kāi)設(shè)有用于安裝軸承支撐裝置的圓形凹槽，中間沿軸向也開(kāi)設(shè)有能夠使被測(cè)螺栓(7)穿過(guò)的通孔；上連接件(5)與下連接件(4)的側(cè)面沿軸向均勻開(kāi)設(shè)有與試驗(yàn)臺(tái)支撐件相配合用于固定上連接件(5)和下連接件(4)的螺紋孔。
5.如權(quán)利要求4所述的一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的軸承支撐裝置包括套設(shè)在被測(cè)螺栓(7)上的推力圓柱滾子軸承(12)和軸承套筒(13)，推力圓柱滾子軸承(12)的軸圈設(shè)置在下連接件(4)下表面的圓形凹槽內(nèi)，推力圓柱滾子軸承(12)的座圈安裝在軸承套筒(13)上。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的加載裝置包括設(shè)置在被測(cè)螺栓(7)的螺栓頭部的擰緊軸(8)以及設(shè)置在被測(cè)螺栓(7)底部的用于和擰緊軸(8)相配合的螺母(14);擰緊軸(8)上連接有用于控制擰緊軸(8)的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)上還連接有用于采集、存儲(chǔ)以及分析擰緊軸輸出扭矩反饋信號(hào)的數(shù)據(jù)處理模塊。
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的測(cè)量裝置包括用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被測(cè)螺栓擰緊過(guò)程中軸向預(yù)緊力變化信號(hào)的墊圈式力傳感器(10)以及分別設(shè)置在墊圈式力傳感器(10)上表面和下表面上的力傳感器上墊片(9)和力傳感器下墊片(11);墊圈式力傳感器(10)套裝在被測(cè)螺栓(7)上，并固定在上連接件(5)和下連接件(4)之間；墊圈式力傳感器(10)還連接有電荷放大器，墊圈式力傳感器(10)通過(guò)電荷放大器與數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理模塊相連。
8.一種用于檢測(cè)螺栓頭支撐面摩擦系數(shù)的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)依據(jù)力傳感器出廠標(biāo)定，設(shè)定力傳感器量程和靈敏度，設(shè)定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換比率； 2)選取與被測(cè)螺栓(7)內(nèi)徑相匹配的螺栓套筒(6)，將螺栓套筒(6)安裝在上連接件(5 )上表面的矩形槽中，再將上連接件(5 )固定在L型支撐架(3 )上；3)依次安裝被測(cè)螺栓(7)、墊圈式力傳感器(10)、下連接件(4)、推力圓柱滾子軸承(12)、軸承套筒(13)和螺母(14)，通過(guò)螺母(14)預(yù)緊被測(cè)螺栓(7)，約束下連接件(4)周向轉(zhuǎn)動(dòng)； 4)通過(guò)內(nèi)六方套筒固定被測(cè)螺栓(7)的螺栓頭部，擰緊螺母(14)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄墊圈式力傳感器(10)的讀數(shù)，待其示值穩(wěn)定后，記錄此值F ; 5)通過(guò)擰緊軸(8)旋轉(zhuǎn)被測(cè)螺栓(7)的螺栓頭部，記錄擰緊控制系統(tǒng)中扭矩隨時(shí)間的變化曲線，提取數(shù)據(jù)處理模塊中扭矩穩(wěn)定值Tb ； 6)通過(guò)測(cè)量的數(shù)據(jù)F和Tb推算螺栓頭支撐面的摩擦系數(shù)，公式如下:
【文檔編號(hào)】G01N19/02GK103728241SQ201310471085
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】洪軍, 朱林波, 楊國(guó)慶, 蔣翔俊, 屈云鵬 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)