螺栓拧紧设备和方法及螺栓拧紧监控系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及螺栓拧紧及螺栓拧紧监控技术领域，公开了螺栓拧紧设备和方法及螺栓拧紧监控系统和方法，螺栓拧紧设备包括：数据采集装置，在所述螺栓的拧紧过程中，每隔固定时间间隔采集一次所述螺栓的拧紧角度及与拧紧角度一一对应的扭矩；控制装置，根据所采集的拧紧角度和扭矩来计算提供夹紧力的角度，并结合预先得到的拧紧角度理论值，控制所述螺栓的拧紧。本发明专利技术通过纯角度控制方法可以精确控制螺栓拧紧后的最终夹紧力，完美地消除了传统拧紧方法中螺栓及夹紧件的摩擦系数对最终夹紧力的影响，很好地实现了夹紧力的控制，提高了制造行业产品的可靠性。

Bolt tightening device and method and bolt tightening monitoring system and method

The present invention relates to a bolt and bolt tightening monitoring technology field, discloses the bolt tightening device and method and monitoring system and method of tightening bolts, bolt tightening apparatus includes: a data acquisition device, in the process of tightening bolts, every fixed time interval collected once the bolt tightening torque angle and the corresponding tightening angle; control device to calculate the angle to provide clamping force according to the collected tightening torque and angle, and combining with the theoretical value of pre tightening angle, tighten the control of the bolt. The present invention by pure angle control method can accurately control the clamping force after tightening, perfectly eliminates the influence of friction coefficient and bolt tightening method in traditional clamping on the final clamping force control, to achieve a good clamping force, improve the reliability of products manufacturing industry.

【技术实现步骤摘要】
螺栓拧紧设备和方法及螺栓拧紧监控系统和方法
本专利技术涉及螺栓拧紧及螺栓拧紧监控技术，具体地，涉及螺栓拧紧设备和方法及螺栓拧紧监控系统和方法。
技术介绍
螺栓轴力即拧紧螺帽使螺栓按照螺栓螺纹旋入螺纹孔的过程中产生的力，螺栓在弹性区间产生的弹力即为螺栓夹紧力。由于夹紧力无法直观地控制和监测，所以在生产过程中一般会采用控制扭矩或控制角度的方式来间接控制螺栓夹紧力。目前一般采用的方法有纯扭矩控制法和扭矩角度控制法，通过扭矩角度控制法得到的螺栓加紧后的夹紧力比通过纯扭矩控制法得到的螺栓夹紧力更精确。但是无论是纯扭矩控制法还是扭矩角度控制法，在控制过程中均有部分拧紧过程是采用扭矩控制的。通过扭矩来控制夹紧力在很大程度上会受到摩擦系数的影响，而由于生产过程的局限性，摩擦系数无法实现很好的控制，这样会使得在实际生产中螺栓拧紧后的夹紧力出现较大偏差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供螺栓拧紧设备和方法及螺栓拧紧监控系统和方法，用于解决精确控制螺栓夹紧后的夹紧力的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种螺栓拧紧设备，该设备包括：数据采集装置，在所述螺栓的拧紧过程中，每隔固定时间间隔采集一次所述螺栓的拧紧角度及与拧紧角度一一对应的扭矩；控制装置，根据所采集的拧紧角度和扭矩来计算提供夹紧力的角度，并结合预先得到的拧紧角度理论值，控制所述螺栓的拧紧。相应地，本专利技术还提供了一种螺栓拧紧方法，该方法包括：在所述螺栓的拧紧过程中，每隔固定时间间隔采集一次所述螺栓的拧紧角度及与拧紧角度一一对应的扭矩；根据所采集的拧紧角度和扭矩来计算提供夹紧力的角度，并结合预先得到的拧紧角度理论值，来控制所述螺栓的拧紧。相应地，本专利技术还提供了一种螺栓拧紧监控系统，该系统包括：处理装置，当在螺栓拧紧后的最终扭矩值不在预先得到的最终扭矩阈值范围内的情况下，则判断所述螺栓的拧紧不合格；其中，所述预先得到的最终扭矩的阈值范围通过以下方式得到：在通过以上所描述的螺栓拧紧方法拧紧螺栓后，得到的所述螺栓的拧紧角度为最终拧紧角度；根据所述最终拧紧角度得到与该最终拧紧角度对应的最终扭矩；在得到多个所述最终扭矩的情况下计算得到所述最终扭矩阈值范围。相应地，本专利技术还提供了一种螺栓拧紧监控方法，该方法包括：当在所述螺栓的拧紧结束后的最终扭矩值不在预先得到的最终扭矩阈值范围内的情况下，则判断所述螺栓的拧紧不合格；其中，所述预先得到的最终扭矩的阈值范围通过以下方式得到：在通过以上所描述的螺栓拧紧方法中继续拧紧了角度之后，得到的所述螺栓的拧紧角度为最终拧紧角度；根据所述最终拧紧角度得到与该最终拧紧角度对应的最终扭矩；在得到多个所述最终扭矩的情况下计算得到所述最终扭矩阈值范围。通过上述技术方案，本专利技术通过在螺栓拧紧过程中不断采集螺栓的拧紧角度和与拧紧角度一一对应的扭矩来计算提供夹紧力的角度，从而精确控制螺栓的拧紧，并可以在得到多次精确控制的螺栓拧紧之后，根据统计数据来得到用于判断螺栓拧紧后的最终扭矩是否合格的最终扭矩阈值范围。本专利技术通过纯角度控制方法可以精确控制螺栓拧紧后的最终夹紧力，完美地消除了传统拧紧方法中螺栓及夹紧件的摩擦系数对最终夹紧力的影响，很好地实现了夹紧力的控制，提高了制造行业产品的可靠性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术提供的螺栓拧紧设备的框图；图2是本专利技术提供的螺栓拧紧过程中所采集的拧紧角度和扭矩的二维坐标图示；图3是本专利技术提供的螺栓拧紧方法的流程图；图4是本专利技术提供的螺栓拧紧监控系统的框图；以及图5是本专利技术提供的螺栓拧紧监控方法的流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。图1是本专利技术提供的螺栓拧紧设备的框图，如图1所示，该螺栓拧紧设备包括数据采集装置和控制装置。数据采集装置在螺栓的拧紧过程中每隔固定时间间隔采集一次螺栓的拧紧角度及与拧紧角度一一对应的扭矩，控制装置根据数据采集装置所采集的拧紧角度和扭矩来计算提供夹紧力的角度，并结合预先得到的拧紧角度理论值，控制螺栓的拧紧。本领域技术人员应当理解，螺栓在拧紧过程中，拧紧角度是不断变化的，而随着拧紧角度的变化，扭矩也会随之不断发生变化，以上数据采集装置需要采集的是每隔固定时间间隔采集一次螺栓的拧紧角度及与拧紧角度一一对应的扭矩，也就是每隔固定时间间隔，采集同一时刻的拧紧角度和对应的扭矩。其中根据所采集的拧紧角度和扭矩来计算提供夹紧力的角度包括：以拧紧角度为横坐标、以扭矩为纵坐标建立直角坐标系；根据拧紧角度X1，X2，……，Xn及分别与该多个拧紧角度一一对应的扭矩T1，T2，……，Tn，计算其中，n为大于或等于2的整数；在Kn＝Kn-1的情况下，在直角坐标系中以Kn为斜率制作过(Xn,Tn)点的直线，以得到该直线与所述横坐标的交点的横坐标的值Xm；以及通过公式Xr＝Xn-Xm计算得到所述提供夹紧力的角度Xr。图2是本专利技术提供的螺栓拧紧过程中所采集的拧紧角度和扭矩的二维坐标图示，在图2所示的二维直角坐标系中，横坐标X为拧紧角度，纵坐标T为扭矩，横坐标X上的点X1，X2，……，Xn为数据采集装置在不同时刻采集的拧紧角度，纵坐标T上的点T1，T2，……，Tn为数据采集装置在不同时刻采集的扭矩，其中，X1与T1对应，X2与T2对应，……，Xn与Tn对应，其中X1和T1为在同一时刻采集的拧紧角度和对应的扭矩，X2和T2为采集X1和T1之后的同一时刻采集的拧紧角度和对应的扭矩，以此类推。应当注意的是，在图2所示的二维直角坐标系中，在X1与O点之间是存在所采集的拧紧角度的，及在T1与O点之间也是存在所采集的扭矩的，所以才能够得到如图2中所示的曲线。然而，由于X1与O点之间的拧紧角度及T1与O点之间的扭矩在本专利技术提供的技术方案中并未采用，所以X1与O点之间的拧紧角度及T1与O点之间的扭矩未在图2中示出。在采集拧紧角度及与拧紧角度一一对应的扭矩的过程中，不断通过公式来计算Kn的值，在Kn＝Kn-1的情况下，在图2所示的二维直角坐标系中以Kn为斜率制作过(Xn,Tn)点的直线，得到该直线与横坐标X的交点的横坐标的值Xm，该Xm被称为贴合点。然后，通过公式Xr＝Xn-Xm计算得到Xr，该Xr被称为提供夹紧力的角度，该提供夹紧力的角度指的是在实际拧紧螺栓过程中在螺栓的转动角度中使螺栓拉伸的角度。在图2中所示的Xf为预先得到的拧紧角度理论值，在螺栓的拧紧角度已经达到用于提供夹紧力的角度Xr的情况下，可以控制螺栓继续拧紧的角度为Xf-Xr，完成拧紧过程。在以上提供的对螺栓拧紧的控制过程可以看出，本专利技术提供的技术方案采用了纯角度控制的方法来控制螺栓的拧紧过程，通过这种方法能更精确地控制螺栓的夹紧力。图2中所示的二维直角坐标系中，拧紧角度X与扭矩T所形成的曲线是经过原点O的曲线，且曲线上除了原点O处的点(0，0)以外的其他点的数值均为非零值，也就是说，在螺栓拧紧过程中，记录扭矩开始产生时的点并以此作为原点O。当然本专利技术不限于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺栓拧紧设备，其特征在于，该设备包括：数据采集装置，在所述螺栓的拧紧过程中，每隔固定时间间隔采集一次所述螺栓的拧紧角度及与拧紧角度一一对应的扭矩；控制装置，根据所采集的拧紧角度和扭矩来计算提供夹紧力的角度，并结合预先得到的拧紧角度理论值，控制所述螺栓的拧紧。

【技术特征摘要】
1.一种螺栓拧紧设备，其特征在于，该设备包括：数据采集装置，在所述螺栓的拧紧过程中，每隔固定时间间隔采集一次所述螺栓的拧紧角度及与拧紧角度一一对应的扭矩；控制装置，根据所采集的拧紧角度和扭矩来计算提供夹紧力的角度，并结合预先得到的拧紧角度理论值，控制所述螺栓的拧紧。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述根据所采集的拧紧角度和扭矩来计算提供夹紧力的角度包括：以拧紧角度为横坐标、以扭矩为纵坐标建立直角坐标系；根据拧紧角度X1，X2，……，Xn及分别与该多个拧紧角度一一对应的扭矩T1，T2，……，Tn，计算其中，n为大于或等于2的整数；在Kn＝Kn-1的情况下，在所述直角坐标系中以Kn为斜率制作过(Xn,Tn)点的直线，以得到该直线与所述横坐标的交点的横坐标的值Xm；以及通过公式Xr＝Xn-Xm计算得到所述提供夹紧力的角度Xr。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，在所述直角坐标系中，所述拧紧角度和所述扭矩形成的曲线经过原点，且除了原点以外的数值均为非零值。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述拧紧角度理论值通过以下公式计算：其中，Xf为所述拧紧角度理论值，F为螺栓所需提供的夹紧力，E为螺栓材料的弹性模量，A为螺栓的横截面积，P为螺栓的螺距。5.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的设备，其特征在于，根据所采集的拧紧角度和扭矩来计算提供夹紧力的角度，并结合预先得到的拧紧角度理论值，来控制所述螺栓的拧紧包括：在所述螺栓的拧紧角度已经达到用于提供夹紧力的角度Xr的情况下，控制所述螺栓继续拧紧的角度为Xf-Xr，其中Xf为所述拧紧角度理论值。6.一种螺栓拧紧方法，其特征在于，该方法包括：在所述螺栓的拧紧过程中，每隔固定时间间隔采集一次所述螺栓的拧紧角度及与拧紧角度一一对应的扭矩；根据所采集的拧紧角度和扭矩来计算提供夹紧力的角度，并结合预先得到的拧紧角度理论值，来控制所述螺栓的拧紧。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所采集的拧紧角度和扭矩来计算提供夹紧力的角度包括：以拧紧角度为横坐标、以扭矩为纵坐标建立直角坐标系；根据拧紧角度X1，X2，……，Xn及分别与...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖潮，狄志慧，耿立军，
申请(专利权)人：北京福田康明斯发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11