一種螺栓擰緊力矩系數(shù)測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及螺栓試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)鍵是涉及螺紋連接預(yù)緊過程中擰緊力矩系數(shù)的測量。
【背景技術(shù)】
[0002]螺栓連接具有連接剛性好，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)械結(jié)構(gòu)中最為常見的一種連接方式，其在裝配時都需要施加一定的預(yù)緊力，目的是增強(qiáng)連接的剛度、緊密性和防松能力，防止受載后被連接件之間出現(xiàn)縫隙或滑移。預(yù)緊力過大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力的下降，連接螺栓在載荷作用下會發(fā)生螺紋屈服、松脫、延遲斷裂;預(yù)緊力過小，被連接件在結(jié)構(gòu)工作載荷作用下會發(fā)生間隙或松動，使結(jié)構(gòu)不能正常工作。所以，裝配時需要對螺栓施加適當(dāng)?shù)妮S向預(yù)緊力。目前在裝配工藝上最經(jīng)濟(jì)的方法是通過控制扭矩來間接實(shí)現(xiàn)對螺栓軸向預(yù)緊力的控制，在裝配過程中直接測量預(yù)緊力是非常困難的，因此應(yīng)準(zhǔn)確測量螺栓預(yù)緊過程中擰緊力矩系數(shù)的大小。
[0003]通過扭矩扳手施加擰緊力矩，使螺栓得到一定的預(yù)緊力，擰緊力矩T與它所引起的螺栓預(yù)緊力之間的關(guān)系由擰緊力矩系數(shù)確定，如公式(I) A的數(shù)值在螺紋連接的設(shè)計計算及施工工藝中都很重要，德、美、日諸國對這方面的研究比較重視，但也因k值在實(shí)測中離散性較大，而感到不易妥善處理。如德國在1956年的標(biāo)準(zhǔn)中取k = 0.18，1983年改為k = 0.193，后來美、英兩國的規(guī)范又要求在使用的螺栓中進(jìn)行抽樣扭矩擰緊試驗(yàn)來確定k值，均說明k值的影響因素較多，實(shí)測k值離散性較大。
[0004]擰緊力矩與螺栓預(yù)緊力關(guān)系的簡單表達(dá)式為:
[0005]T = k.F.d (I)
[0006]其中，k-擰緊力矩系數(shù)，d-螺栓公稱直徑(單位:mm)，F(xiàn)-預(yù)緊力(單位:KN)。
[0007]擰緊力矩系數(shù)k主要與螺旋升角、螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)、螺母與被連接件支承面間的摩擦系數(shù)有關(guān)，實(shí)測螺栓的擰緊力矩系數(shù)對于指導(dǎo)螺栓的實(shí)際安裝具有重要意義。
[0008]目前工程中螺栓預(yù)緊力的測量主要有以下幾種方法。
[0009](I)螺栓桿上貼應(yīng)變片的方法
[0010]該方法可直接獲得螺栓或螺栓組的預(yù)緊力，但存在很多限制:首先，該方法在實(shí)施過程中需要在每一個被測螺栓的螺桿上貼多個應(yīng)變片，不僅繁瑣，而且對操作者粘貼應(yīng)變片的水平要求較高，應(yīng)變片需求量較大;其次，該方法要求被試螺栓與被連接件之間留出足夠的空間放置應(yīng)變片引線，且在被連接件上要有可以引出應(yīng)變片引線的空隙。最后，該方法對于短螺栓是不適用的，根據(jù)圣維南原理可知，對于短螺栓來說，螺栓桿上的受力是不均勻的，通過直接在螺栓桿上貼應(yīng)變片來測量僅能反映被測螺栓表面的應(yīng)力，并且螺栓在施擰時表面會產(chǎn)生一定的剪切變形導(dǎo)致測量結(jié)果與實(shí)際軸向應(yīng)力有偏差，所以，這種方法是不準(zhǔn)確的。
[0011](2)直接測長法
[0012]直接測長法通過在螺栓擰緊前和擰緊后分別測量螺栓的長度，對比兩次數(shù)據(jù)得出螺栓擰緊之后的伸長量，根據(jù)螺栓的有效連接長度以及螺栓剛度計算得到擰緊后螺栓的預(yù)緊力。該方法可以比較精確地測得螺栓預(yù)緊力，但受被連接件形式的限制較大，不能測量箱體等盲孔螺栓組的預(yù)緊力，實(shí)際操作起來比較困難。
[0013](3)超聲波法
[0014]超聲波法是依據(jù)超聲波在不同應(yīng)力狀態(tài)的螺栓內(nèi)部傳播速度不同的原理實(shí)現(xiàn)螺栓預(yù)緊力的測量。該方法為無損檢測方法，測試較為方便，但需要對螺栓兩個端面進(jìn)行預(yù)處理，測量時需要耦合劑，而且測量精度受操作者的影響較大。
[0015](4)墊片式力傳感器方法
[0016]該方法可直接測量螺栓連接中的螺栓在擰緊過程以及擰緊之后的預(yù)緊力變化曲線，同時該方法便于裝配現(xiàn)場、振動等環(huán)境中監(jiān)測螺栓擰緊過程中以及擰緊之后的預(yù)緊力。但是，由于傳感器體積的限制，只能測量規(guī)格較大的螺栓，對于短螺栓來說是不適用的。另夕卜，傳感器的成本比較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是:提供一種螺栓擰緊力矩系數(shù)的測試裝置，該裝置能夠直觀、準(zhǔn)確的測量螺栓預(yù)緊力、擰緊力矩以便于得出螺栓的擰緊力矩系數(shù)(擰緊力矩系數(shù)為:k = T/(F.d))，且整個裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。
[0018]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種螺栓擰緊力矩系數(shù)測量裝置，包括本體4、第一套筒6、第二套筒7、螺桿5、待測螺栓1、螺母2、止動螺釘10、應(yīng)變片9和力矩扳手8;所述本體4內(nèi)部為中空腔體，中空腔體內(nèi)同軸套有第一套筒6，且本體4和第一套筒6為間隙配合;本體4和第一套筒6軸向均開有螺紋孔，待測螺栓I 一端穿過本體4和第一套筒6上的螺紋孔，與螺母2螺紋連接;螺桿5與第一套筒6螺紋連接，且螺桿5上周向均布有應(yīng)變片9;螺桿5—端與待測螺栓I連接，并通過止動螺釘10對待測螺栓I預(yù)緊固定;螺桿5另一端與調(diào)節(jié)螺母連接;力矩扳手8進(jìn)行周向轉(zhuǎn)動，帶動待測螺栓I和螺桿5軸向向上運(yùn)動，通過應(yīng)變片9測量螺桿5的軸向應(yīng)變以得出待測螺栓I的預(yù)緊力。
[0019]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述調(diào)節(jié)螺母為六角調(diào)節(jié)螺母。
[0020]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述力矩扳手8為自身帶有顯示屏的數(shù)顯式力矩扳手。
[0021]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述螺桿5上周向均布有4個應(yīng)變片9。
[0022]發(fā)明效果
[0023]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:本發(fā)明為一種簡單、可操作性強(qiáng)、成本低和精度較高的一種螺栓擰緊力矩系數(shù)測量裝置，為工程實(shí)際中螺栓擰緊力矩系數(shù)的確定提供了簡單可靠的測量方法，對螺栓適當(dāng)預(yù)緊力的施加有重要的指導(dǎo)作用。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為標(biāo)定測量螺桿時，螺桿測量的軸向拉力結(jié)果與試驗(yàn)機(jī)所施加拉力的比較結(jié)果圖。
[0026]圖3為以GH4169材料的MlO螺栓為例進(jìn)行螺栓擰緊力矩系數(shù)測量試驗(yàn)得出的擰緊力矩與預(yù)緊力關(guān)系曲線，圖中曲線的斜率除以螺栓的公稱直徑即為擰緊力矩系數(shù)的數(shù)值。
[0027]附圖標(biāo)記說明:I一待測螺檢;2—螺母;3—六角調(diào)節(jié)螺母;4一本體;5—螺桿;6—第一套筒—第二套筒;8—力矩扳手;9一應(yīng)變片；10—止動螺