一种测量螺栓预紧力的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量螺栓预紧力的装置及方法，装置包括带孔螺栓，以及套在带孔螺栓上的相互自上而下依次叠加的三个临时受压片、特制螺母、压力测试器和螺母；带孔螺栓上的预留孔伸出最下方的临时受压片，销钉水平插入带孔螺栓的预留孔且沿带孔螺栓的两侧壁伸出；套入带孔螺栓上的特制螺母上的预留凹槽与销钉对接，套在带孔螺栓上的压力测试器内径大于带孔螺栓外径且不与带孔螺栓侧壁接触，螺母旋紧在带孔螺栓末端；该装置通过依次扭转螺母和特制螺母对螺栓进行两次拉伸计算出螺栓的预紧力。本发明专利技术改善了测量螺栓预紧力的方法，提高了测量螺栓预紧力的精度，最终测得的预紧力更加精确，在实际使用过程中更加方便快捷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测量螺栓预紧力的装置及方法，具体涉及一种在测量过程中不再受到外在因素的影响而能够精确测量螺栓预紧力的装置及方法。
技术介绍
螺栓的适用范围极其广泛，在日常生活和工业生产制造当中，螺栓都是不可缺少的连接构件，所以螺栓也被称为工业之米。螺栓的运用范围有：电子产品，机械产品，数码产品，电力设备，机电机械产品。船舶，车辆，水利工程，甚至化学实验上也有用到螺栓。螺栓作为一种紧固装置，在航空航天，建筑，汽车制造，医疗器械等领域的使用过程中，需要对螺栓的预紧力进行精确的控制。本专利技术针对以往测量螺栓预紧力的缺陷，改善了螺栓预紧力的测量精度以及测量过程。以往螺栓预紧力的测量方式主要分为以下两种：(1)通过拧紧力矩控制预紧力实施方法：设置扭矩扳手的扭矩为T，利用扭矩扳手为螺栓施加预紧力，直到螺母的扭矩达到扭矩扳手的最大扭矩T；最后通过公式计算螺栓的预紧力。螺栓预紧力的计算方法：拧紧螺母时，要克服螺旋副间的螺纹力矩T1和螺母支撑面上的摩擦力矩T2，故拧紧力矩T＝T1+T2。由理论力学得到预紧的螺纹力矩T1和预紧力F的关系为：T1＝Fd2tan(φ+ρ)/2。六角螺母支撑面是外径为D1(≈S)、内径为D0的圆环面，对于非磨合圆环面，摩擦力矩为：T2＝μnF((D13-D03)/[3(D12-D02)]可得：式中，(D13-D03)/[3(D12-D02)]为圆环面的当量摩擦半径，ρ为当量摩擦角，d2为中径，为升角，μn为支撑面的摩擦系数。可以看出，拧紧力矩与预紧力呈线性关系，控制了拧紧力矩的大小，就可以计算出预紧力值。(2)通过螺栓伸长量控制预紧力螺栓伸长法就是在拧紧过程中、或拧紧结束后测量螺栓的伸长长度，利用预紧力与螺栓长度变化量的关系，控制螺栓预紧力的一种方法。拧紧螺母时，螺栓在预紧力的作用下产生拉伸变形。在螺栓屈服之前，螺栓在拉伸变形时产生弹性变形，伸长量与预紧力的关系是：δb=F′Cb=F11e/(EbAb),]]>式中，δb为螺栓伸长量；le为螺栓有效长度；Eb为弹性模量；Ab为螺栓横截面积。可以得出，预紧力与螺栓伸长呈线性关系，且与摩擦因数和被联接件刚度无关，这样，只需要测量出拧紧前后螺栓的长度就知道了螺栓准确的伸长量，所以，这种方法控制预紧力的准确值很高。这两种测量螺栓预紧力的方法都具有一定的缺陷及局限性，主要表现为以下两点：1、利用扭矩螺栓测量螺栓预紧力时由于测量过程中会受到摩擦因数和几何参数偏差的影响，在一定的拧紧力矩下，预紧力值的离散性比较大。特别是在无摩擦条件下，由于接触凸点局部拎焊可能使螺母系数K变得很大。所以在摩擦因数和几何参数偏差的影响下，螺栓预紧力的控制的精度不到位，误差一般会达到40％左右，所以这种方法只能用在一般密封要求不高的场合。2、通过测量螺栓伸长量测量螺栓的预紧力的方法在实际工程问题上，测量螺栓的伸长量很不方便，这种方法一般用在需要严格控制精度的场合。
技术实现思路
本专利技术主要针对以往测量螺栓预紧力方法的缺陷，改善了测量螺栓预紧力的方法，提高了测量螺栓预紧力的精度。在螺栓预紧力的测量过程中不在受到外在因素的影响。最后得出的螺栓预紧力只与螺栓本身的弹性模量以及截面面积有关。所以最终测得的预紧力更加精确，在实际使用过程中更加方便快捷。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。一种测量螺栓预紧力的装置，包括带孔螺栓，以及套在带孔螺栓上的相互自上而下依次叠加的三个临时受压片、特制螺母、压力测试器和螺母；带孔螺栓上的预留孔伸出最下方的临时受压片，销钉水平插入带孔螺栓的预留孔且沿带孔螺栓的两侧壁伸出；套入带孔螺栓上的特制螺母上的预留凹槽与销钉对接，套在带孔螺栓上的压力测试器内径大于带孔螺栓外径且不与带孔螺栓侧壁接触，螺母旋紧在带孔螺栓末端。进一步，销钉伸出带孔螺栓两侧壁的长度相同。进一步，所述带孔螺栓的预留孔在带孔螺栓上的位置高度大于三个临时受压片的厚度之和。进一步，所述特制螺母内壁为相互反旋的双螺旋螺纹，在相互反旋的双螺旋螺纹的顶部尽头分别设有预留凹槽。相应地，本专利技术给出了一种测量螺栓预紧力的方法，包括下述步骤：1)将带孔螺栓插入相互自上而下依次叠加的三个临时受压片，使带孔螺栓上的预留孔伸出下方的临时受压片；2)将销钉水平插入带孔螺栓的预留孔道之中，然后将特制螺母套入带孔螺栓，并将销钉对准特制螺母上预留的凹槽当中，不可以转动特制螺母；3)再将压力测试器套入带孔螺栓中，此时压力测试器不可以与带孔螺栓接触；最后再将螺母安装在带孔螺栓上；4)扭转螺母，对初始长度为L1的带孔螺栓进行第一次拉伸，得到第一次拉伸后螺栓的总长L2，并得到第一次拉伸后螺栓的轴力F1；5)保持第一次拉伸后螺栓的总长L2不变，然后转动特制螺母对螺栓进行第二次拉伸，使销钉与特制螺母中的螺纹产生挤压力F2，使压力测试器的度数变为零；6)将螺母与压力测试器拆除，根据所测得的第一次拉伸后螺栓的轴力F1以及螺栓本身的弹性模量E计算出第二次拉伸后螺栓的轴力F2，该轴力F2与销钉与特制螺母中的螺纹产生挤压力相等，即为螺栓的预紧力。相对于现有技术，本专利技术的特点在于：本专利技术采用压电式压力测试器与特制螺栓及特制螺母配合使用。压电式压力测试器可以精确的测量螺栓所受到的压力，但由于造价昂贵，在测量预紧力的过程中需要循环使用。所以，本专利技术通过特制螺栓以及特制螺母，使压电式压力测试器在使用后可以脱离结构进行循环使用。本专利技术改善了以往测量螺栓预紧力的方法，使螺栓预紧力的测量更加方便快捷，测得的结果更加精确。相对于以往的测量方法具有以下有益效果：1.比通常测量螺栓预紧力的方法有更高的精确度。2.相对于扭矩扳手测量螺栓预紧力的方法，排除了人为因素，以及摩擦力对测量结果的影响。3.相对于测量螺栓伸长量的方法，测量过程简单，实施方便。附图说明图1为构件整体布置图。图2(a)-(c)为构件中带孔螺栓的正视图、侧视图和俯视图。图3(a)-(c)为构件特制螺母的正视图、侧视图和俯视图。图4为特制螺母的A-A截面剖视图。图5为特制螺母的B-B截面剖视图。图6(a)-(b)为构件中压电式压力测试器的正视图和俯视图。图7为测量螺栓预紧力方法过程示意图。图中：1、带孔螺栓；2、临时受压片Ⅰ；3临时受压片Ⅱ；4、临时受压片Ⅲ；5、特制螺母；6、销钉；7、压力测试器；8、螺母。具体实施方式下面结合附图和实施例对专利技术作进一步的详细说明，但并不作为对专利技术做任何限制的依据。如图1所示，本专利技术测量螺栓预紧力的装置，包括带孔螺栓1，以及套在带孔螺栓1上的相互自上而下依次叠加的临时受压片Ⅰ2、临时受压片Ⅱ3、临时受压片Ⅲ4、特制螺母5、压力测试器7和螺母8；带孔螺栓1上的预留孔伸出临时受压片Ⅲ4，销钉6水平插入带孔螺栓1的预留孔，且沿带孔螺栓1的两侧壁伸出，使销钉6伸出带孔螺栓1沿其径向两侧的长度相同。套入带孔螺栓1上的特制螺母5上的预留凹槽与销钉6对接，套在带孔螺栓1上的压力测试器7内径大于带孔螺栓1外径且不与带孔螺栓1侧壁接触，螺母8旋紧在带孔螺栓1末端。如图2(a)-(c)所示，带孔螺栓1的预留孔在带孔螺栓1上的位置高度大于临时受压片Ⅰ2、临时受压片Ⅱ3和临时受压片Ⅲ4的厚度之和。设在普通丁头螺栓底部预留孔洞，可以用来安装销钉。销钉与带孔螺栓结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量螺栓预紧力的装置，其特征在于，包括带孔螺栓，以及套在带孔螺栓上的相互自上而下依次叠加的三个临时受压片、特制螺母、压力测试器和螺母；带孔螺栓的预留孔伸出最下方的临时受压片，销钉水平插入带孔螺栓上的预留孔且沿带孔螺栓的两侧壁伸出；套入带孔螺栓上的特制螺母上的预留凹槽与销钉对接，套在带孔螺栓上的压力测试器内径大于带孔螺栓外径且不与带孔螺栓侧壁接触，螺母旋紧在带孔螺栓末端。

【技术特征摘要】
1.一种测量螺栓预紧力的装置，其特征在于，包括带孔螺栓，以及套在带孔螺栓上的相互自上而下依次叠加的三个临时受压片、特制螺母、压力测试器和螺母；带孔螺栓的预留孔伸出最下方的临时受压片，销钉水平插入带孔螺栓上的预留孔且沿带孔螺栓的两侧壁伸出；套入带孔螺栓上的特制螺母上的预留凹槽与销钉对接，套在带孔螺栓上的压力测试器内径大于带孔螺栓外径且不与带孔螺栓侧壁接触，螺母旋紧在带孔螺栓末端。2.根据权利要求1所述的一种测量螺栓预紧力的装置，其特征在于，销钉伸出带孔螺栓两侧壁的长度相同。3.根据权利要求1所述的一种测量螺栓预紧力的装置，其特征在于，所述带孔螺栓的预留孔在带孔螺栓上的位置高度大于三个临时受压片的厚度之和。4.根据权利要求1所述的一种测量螺栓预紧力的装置，其特征在于，所述特制螺母内壁为相互反旋的双螺旋螺纹，在相互反旋的双螺旋螺纹的顶部尽头分别设有预留凹槽。5.一种测量螺栓预紧力的方法，其特征在于，包括下述步骤：1)将带孔螺栓插入相互自上而下依次叠加的三个临时受压片，使带孔螺栓上的预留孔伸出下方的临时受压片；2)将销钉水平插入带孔螺栓的预留孔道之中，然后将特制螺母套入带孔螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锡成，齐振东，薛建阳，代武强，王瑞鹏，吴晨伟，张玉涛，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61