一種用于檢測螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的試驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于檢測螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的試驗裝置，包括基座，基座上固定有試驗臺支撐件，試驗臺支撐件上安裝有連接件，被測螺栓從連接件的下端穿入；被測螺栓的螺栓頭部與連接件下底面之間還套設(shè)有螺栓套筒；被測螺母套裝在被測螺栓的末端，被測螺母與連接件上表面之間套設(shè)有軸承支承裝置；被測螺栓上還套設(shè)有測量裝置以及用于給被測螺栓施加預緊力的加載裝置。本實用新型可以單獨檢測螺紋嚙合面的摩擦系數(shù)，能夠針對不同工程直徑、不同等級、不同潤滑方式、不同材料特性及不同預緊力等參數(shù)對螺紋嚙合面摩擦系數(shù)進行測量。為工程技術(shù)人員設(shè)計螺栓擰緊扭矩提供基本的數(shù)據(jù)支持，降低螺栓預緊力的離散度，保障螺栓連接性能滿足工程需求。
【專利說明】一種用于檢測螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的試驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于摩擦系數(shù)檢測試驗裝置領(lǐng)域，具體涉及一種用于檢測螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]螺紋連接因連接強度高、便于裝拆且成本低廉，已成為機械系統(tǒng)裝配環(huán)節(jié)中應用最典型、最廣泛的連接方式之一，螺紋連接質(zhì)量的好壞直接影響機械產(chǎn)品整體性能的優(yōu)劣。從螺紋擰緊方法上分類，目前工程實際中扭矩法最為通用，但由于裝配界面潤滑、表面形貌、被連接件材料特性的差異，采用此方法往往導致所得的預緊力離散度較大，極大限制了其在一些關(guān)鍵零部件裝配環(huán)節(jié)的應用。
[0003]針對扭矩法中預緊力離散度較大的問題，近年來學者們提出通過構(gòu)建擰緊扭矩與預緊力之間的關(guān)聯(lián)模型，計算滿足目標預緊力要求的螺栓擰緊扭矩。然而，此方法在應用中需要技術(shù)人員提供必要的連接參數(shù)量值，如螺栓頭支承面摩擦系數(shù)、螺紋嚙合面摩擦系數(shù)、螺距、螺栓頭有效半徑等，螺紋嚙合面摩擦系是影響該模型計算精度的重要因素之一。目前學者和技術(shù)人員在應用該模型時，螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的確定大都采用設(shè)計手冊或者憑借技術(shù)人員經(jīng)驗，且現(xiàn)有螺栓連接檢測裝置尚且不能單獨檢測螺紋嚙合面摩擦系數(shù)，螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的不確定性嚴重影響了擰緊扭矩的設(shè)計精度。因此，有必要提出一種用于檢測螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的試驗裝置，為工程技術(shù)人員在保障目標預緊力條件下準確設(shè)計擰緊扭矩提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)，從而提高擰緊扭矩與預緊力理論模型的計算精度，降低目標預緊力的離散度。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于解決上述問題，提供一種用于檢測螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的試驗裝置，該試驗裝置能夠改善擰緊扭矩與預緊力理論模型的計算精度，降低目標預緊力的離散度，同時為其他螺紋副連接結(jié)構(gòu)摩擦系數(shù)的檢測提供方法參照。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:包括基座，基座上固定有試驗臺支撐件，試驗臺支撐件上安裝有連接件，被測螺栓從連接件的下端穿入，上端穿出；被測螺栓的螺栓頭部與連接件下底面之間還套設(shè)有螺栓套筒；被測螺母套裝在被測螺栓的末端，被測螺母與連接件上表面之間套設(shè)有軸承支承裝置；被測螺栓上還套設(shè)有測量裝置以及用于給被測螺栓施加預緊力的加載裝置。
[0006]所述的基座包括固定在底面上的鑄鐵平臺和圓盤底座，鑄鐵平臺的上表面開設(shè)有用于固定圓盤底座的T型槽，試驗臺支撐件固定在圓盤底座上。
[0007]所述的試驗臺支撐件包括三個結(jié)構(gòu)相同的L型支撐架，三個L型支撐架以短邊為底面，均勻布置并固定在圓盤底座上；連接件安裝在三個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。
[0008]所述的連接件包括上連接件和下連接件，測量裝置設(shè)置在上連接件與下連接件之間，上連接件的上表面開設(shè)有用于放置軸承支撐裝置的圓形凹槽，中間沿軸向開設(shè)有能夠使被測螺栓穿過的通孔；下連接件的下表面開設(shè)有用于安裝螺栓套筒的矩形槽，中間沿軸向也開設(shè)有能夠使被測螺栓穿過的通孔；上連接件與下連接件的側(cè)面沿軸向均勻開設(shè)有與試驗臺支撐件相配合用于固定上連接件和下連接件的螺紋孔。
[0009]所述的軸承支撐裝置包括套設(shè)在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安裝在上連接件上表面的圓形凹槽內(nèi)，推力圓柱滾子軸承的座圈安裝在軸承套筒上。
[0010]所述的測量裝置包括用于實時監(jiān)測螺栓擰緊過程中軸向預緊力變化信號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電荷放大器與數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理模塊相連。
[0011]所述的加載裝置包括設(shè)置在被測螺栓末端的與螺母相配合為螺栓施加預緊力的擰緊軸；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、存儲以及分析擰緊軸輸出扭矩反饋信號的數(shù)據(jù)處理模塊。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0013]本實用新型螺栓從連接件的底部穿入，從連接件的上部穿出，并在螺栓的末端設(shè)置螺母，通過加載裝置給螺栓施加預緊力，并根據(jù)套裝在螺栓上的測量裝置，可以單獨檢測螺紋嚙合面的摩擦系數(shù)，能夠針對不同工程直徑、不同等級、不同潤滑方式、不同材料特性及不同預緊力等參數(shù)對螺紋嚙合面摩擦系數(shù)進行測量。為工程技術(shù)人員設(shè)計螺栓擰緊扭矩提供基本的數(shù)據(jù)支持，降低螺栓預緊力的離散度，保障螺栓連接性能滿足工程需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實用新型圓盤底板的等軸側(cè)視圖；
[0016]圖3為本實用新型三個L型支撐架的等軸側(cè)視圖；
[0017]圖4為本實用新型上連接件的等軸側(cè)視圖；
[0018]圖5為本實用新型下連接件的等軸側(cè)視圖；
[0019]圖6為本實用新型螺栓套筒的等軸側(cè)視圖；
[0020]圖7為本實用新型軸承套筒的等軸側(cè)視圖。
[0021]其中，I為鑄鐵平臺；2為圓盤底座；3為L型支撐架；4為下連接件；5為上連接件；6為推力圓柱滾子軸承；7為軸承套筒；8為被測螺母；9為擰緊軸；10為力傳感器上墊片；11為墊圈式力傳感器；12為力傳感器下墊片；13為螺栓套筒；14為被測螺栓。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細描述:
[0023]參見圖1至圖7，本實用新型包括基座，基座包括固定在底面上的鑄鐵平臺I和圓盤底座2，鑄鐵平臺的上表面開設(shè)有用于固定圓盤底座2的T型槽，試驗臺支撐件固定在圓盤底座2上?；瞎潭ㄓ性囼炁_支撐件，試驗臺支撐件上安裝有連接件，被測螺栓14從連接件的下端穿入，上端穿出；試驗臺支撐件包括三個結(jié)構(gòu)相同的L型支撐架3，三個L型支撐架3以短邊為底面，均勻布置并固定在圓盤底座2上；連接件安裝在三個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。被測螺栓14的螺栓頭部與連接件下底面之間還套設(shè)有螺栓套筒13 ;連接件包括上連接件5和下連接件4，測量裝置設(shè)置在上連接件5與下連接件4之間，上連接件5的上表面開設(shè)有用于放置軸承支撐裝置的圓形凹槽，中間沿軸向開設(shè)有能夠使被測螺栓14穿過的通孔；下連接件4的下表面開設(shè)有用于安裝螺栓套筒13的矩形槽，中間沿軸向也開設(shè)有能夠使被測螺栓14穿過的通孔；上連接件5與下連接件4的側(cè)面沿軸向均勻開設(shè)有與試驗臺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。被測螺母8套裝在被測螺栓14的末端，被測螺母8與連接件上表面之間套設(shè)有軸承支承裝置；軸承支撐裝置包括套設(shè)在被測螺栓14上的推力圓柱滾子軸承6和軸承套筒7，推力圓柱滾子軸承6的軸圈安裝在上連接件5上表面的圓形凹槽內(nèi)，推力圓柱滾子軸承6的座圈安裝在軸承套筒7上。被測螺栓14上還套設(shè)有測量裝置以及用于給被測螺栓14施加預緊力的加載裝置。測量裝置包括用于實時監(jiān)測螺栓擰緊過程中軸向預緊力變化信號的墊圈式力傳感器11以及分別設(shè)置在墊圈式力傳感器11上表面和下表面上的力傳感器上墊片10和力傳感器下墊片12 ;墊圈式力傳感器11套裝在被測螺栓14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11還連接有電荷放大器，墊圈式力傳感器11通過電荷放大器與數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理模塊相連。加載裝置包括設(shè)置在螺栓7末端的與被測螺母8相配合為被測螺栓14施加預緊力的擰緊軸9 ;擰緊軸9上連接有用于控制擰緊軸9的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)上還連接有用于采集、存儲以及分析擰緊軸輸出扭矩反饋信號的數(shù)據(jù)處理模塊。
[0024]本實用新型的原理:
[0025]如圖1所示，本實用新型包括:基座、試驗臺支撐件、被測試件、軸承支承裝置、連接件、加載裝置和測量裝置。
[0026]如圖2所示，基座包括鑄鐵平臺I和圓盤底座2，鑄鐵平臺I通過地腳螺栓固定于地面，鑄鐵平臺上表面開T型槽，圓盤底座2上開設(shè)有與試驗臺支撐件相配合的支撐件連接螺紋孔2-1以及與法蘭相配合的法蘭螺母連接通孔2-2，圓盤底座2通過法蘭螺栓固定在鑄鐵平臺I上表面。
[0027]如圖3所示，試驗臺支撐件由三個結(jié)構(gòu)相同的L型支撐架3組成，L型支承架3的側(cè)壁開有與上連接件5相配合的通孔3-1和與下連接件4相配合的腰型孔3-2，底面開有與圓盤底座2相配合的通孔3-3。底面沿周向均布固定在圓盤底座2上，內(nèi)側(cè)面沿周向均布分別與下被連接件4和上被連接件5連接，接觸面為圓弧面。
[0028]連接件包括下被連接件4和上被連接件5，如圖4所示，上連接件5上表面開有圓形凹槽5-1，中間軸向開使螺栓14通過的螺栓通孔5-3，周向均布開三個螺紋孔5-2 ;如圖5所示，下連接件4下表面開有矩形槽4-1，矩形槽內(nèi)開四個定位螺紋孔4-3，中間軸向開螺栓通孔4-2，周向均布開三個螺紋孔4-4。
[0029]如圖6所示，被測試件包括被測螺母8和被測螺栓14，被測螺栓14通過螺栓套筒13限位，螺栓套筒13的內(nèi)徑和內(nèi)六方大小可根據(jù)測試螺栓螺母的尺寸進行選配，被測螺母8通過軸承套筒7支撐，通過擰緊螺母對被測螺栓14進行加載。
[0030]如圖7所示，軸承支承裝置包括推力圓柱滾子軸承6和軸承套筒7，推力圓柱滾子軸承6軸圈安裝在上被連接件5上，推力圓柱滾子軸承6座圈安裝在軸承套筒7上。
[0031]加載裝置包括被測螺母8、擰緊軸9、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理模塊。通過擰緊螺母為螺栓14施加預緊力，通過擰緊軸9旋轉(zhuǎn)被測螺母8，檢測螺母擰緊扭矩?？刂葡到y(tǒng)可精確設(shè)定擰緊軸的最大輸出扭矩和扭矩遞增曲線，可實時反饋擰緊軸輸出扭矩的變化信號，反饋信號被數(shù)據(jù)處理模塊采集、存儲和分析。
[0032]測量裝置包括墊圈式力傳感器11、上下力傳感器墊片10和12、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理模塊。墊圈式力傳感器11固定在上被連接件5和下被連接件4之間，實時監(jiān)測螺栓擰緊過程中的軸向預緊力變化信號。力傳感器將收到的動態(tài)力實時轉(zhuǎn)換為與其成正比的電荷信號，通過低阻絕緣連接電纜傳送到電荷放大器中進行調(diào)理放大，轉(zhuǎn)換為成比例可被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集、存儲的模擬電壓信號。將模擬電信號輸入到數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)中進行處理，觀察螺栓預緊力的變化。
[0033]采用本實用新型進行螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的測量時，具體實施過程包括下列步驟:
[0034]I)依據(jù)力傳感器出廠標定，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)的信號轉(zhuǎn)換比率。
[0035]2)選取與被測試螺紋副公稱尺寸相匹配(中等裝配精度)的螺栓套筒13，將螺栓套筒13通過螺釘安裝在下連接件4的矩形槽4-1中，通過L型支承架3上與通孔3-1相配合的螺釘將下被連接件4固定。[0036]3)依次安裝墊圈式力傳感器11、上連接件5、推力圓柱滾子軸承6、軸承套筒7、被測螺栓14和被測螺母8，通過被測螺母8輕度預緊被測螺栓14，輕度預緊L型支承架3上與腰型孔3-2相匹配的螺釘，約束上被連接件周向轉(zhuǎn)動。
[0037]4)通過擰緊軸9擰緊被測螺母8，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄墊圈式力傳感器11的讀數(shù)，同時記錄擰緊控制系統(tǒng)中扭矩隨時間的變化曲線。
[0038]5)通過墊圈式力傳感器11測量的預緊力數(shù)據(jù)F和擰緊控制系統(tǒng)測量的擰緊力矩數(shù)據(jù)Tt推算螺紋嚙合面的摩擦系數(shù)，公式如下:
\TJF _ Pβ
[0039]μ, =l^——-~~—

rm
[0040]上式中，Tt為螺母擰緊扭矩，F(xiàn)為螺栓預緊力，ρ為螺紋節(jié)距，β為螺紋升角，rmt為螺紋嚙合面有效接觸半徑，Ut為螺紋嚙合面摩擦系數(shù)。
[0041]6)重復2)~5)的步驟，對不同螺栓預緊力下螺紋嚙合面摩擦系數(shù)進行測試，并對各組試驗測試結(jié)果求均值，得到被測螺栓螺母連接的螺紋嚙合面摩擦系數(shù)。
[0042]一種型號的被測螺栓螺母做完后，重復上述步驟，更換被測螺栓14、被測螺母8及螺栓套筒13和軸承套筒7，如此，可得到不同類型的螺紋副嚙合面摩擦系數(shù)。
[0043]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的【具體實施方式】僅限于此，對于本實用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本實用新型由所提交的權(quán)利要求書確定的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的試驗裝置，其特征在于:包括基座，基座上固定有試驗臺支撐件，試驗臺支撐件上安裝有連接件，被測螺栓(14)從連接件的下端穿入，上端穿出；被測螺栓(14)的螺栓頭部與連接件下底面之間還套設(shè)有螺栓套筒(13);被測螺母(8)套裝在被測螺栓(14)的末端，被測螺母(8)與連接件上表面之間套設(shè)有軸承支承裝置；被測螺栓(14)上還套設(shè)有測量裝置以及用于給被測螺栓(14)施加預緊力的加載裝置。
2.如權(quán)利要求1所述一種用于檢測螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的試驗裝置，其特征在于:所述的基座包括固定在底面上的鑄鐵平臺(I)和圓盤底座(2)，鑄鐵平臺的上表面開設(shè)有用于固定圓盤底座(2)的T型槽,試驗臺支撐件固定在圓盤底座(2)上。
3.如權(quán)利要求2所述一種用于檢測螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的試驗裝置，其特征在于:所述的試驗臺支撐件包括三個結(jié)構(gòu)相同的L型支撐架(3)，三個L型支撐架(3)以短邊為底面，均勻布置并固定在圓盤底座(2)上；連接件安裝在三個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所述一種用于檢測螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的試驗裝置，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)的上表面開設(shè)有用于放置軸承支撐裝置的圓形凹槽，中間沿軸向開設(shè)有能夠使被測螺栓(14)穿過的通孔；下連接件(4)的下表面開設(shè)有用于安裝螺栓套筒(13)的矩形槽，中間沿軸向也開設(shè)有能夠使被測螺栓(14)穿過的通孔；上連接件(5)與下連接件(4)的側(cè)面沿軸向均勻開設(shè)有與試驗臺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所述一種用于檢測螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的試驗裝置，其特征在于:所述的軸承支撐裝置包括套設(shè)在螺栓(14)上的推力圓柱滾子軸承(6)和軸承套筒(7)，推力圓柱滾子軸承(6)的軸圈安裝在上連接件(5)上表面的圓形凹槽內(nèi)，推力圓柱滾子軸承(6)的座圈安裝在軸承套筒(7)上。
6.如權(quán)利要求4所述一種用于檢測螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的試驗裝置，其特征在于:所述的測量裝置包括用于實時監(jiān)測螺栓擰緊過程中軸向預緊力變化信號的墊圈式力傳感器(11)以及分別設(shè)置在墊圈式力傳感器(11)上表面和下表面上的力傳感器上墊片(10)和力傳感器下墊片(12);墊圈式力傳感器(11)套裝在螺栓(14)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(11)還連接有電荷放大器，墊圈式力傳感器(11)通過電荷放大器與數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理模塊相連。
7.如權(quán)利要求1所述一種用于檢測螺紋嚙合面摩擦系數(shù)的試驗裝置，其特征在于:所述的加載裝置包括設(shè)置在螺栓(7)末端的與被測螺母(8)相配合為螺栓(14)施加預緊力的擰緊軸(9);擰緊軸(9)上連接有用于控制擰緊軸(9)的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)上還連接有用于采集、存儲以及分析擰緊軸輸出扭矩反饋信號的數(shù)據(jù)處理模塊。
【文檔編號】G01N19/02GK203561575SQ201320624874
【公開日】2014年4月23日 申請日期: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, 楊國慶, 蔣翔俊, 劉偉強 申請人:西安交通大學