专利名称：螺纹锁紧力矩自动同步检测装置的制作方法
技术领域 本实用新型涉及测量螺纹的仪器，具体地说是检测螺纹锁紧力矩用的仪器。
背景技术：
在航空、航天等领域经常使用自锁紧螺纹。现有对自锁紧螺纹力矩的测量，通常采用材料扭转试验机来完成的。但用这种扭转试验机的缺点是容易引入额外力矩，即当芯棒与被测试样相对转动时相互之间会有轴向移动，从而带来被测试样与试样安装部位之间的相对移动，难免会产生轴向摩擦力使内、外螺纹间产生压紧力，测试过程中在内、外螺纹旋入或旋出时这种压紧力会产生一个额外的力矩。因此，用材料扭转试验机测量的力矩，不能真正反映螺纹锁紧力矩。
如图2a和2b所示，芯棒在箭头所示方向转动加载时，与其通过螺纹连接的被测试样将“移动方向”上运动。由于目前所用的材料扭转试验机上不具有同步装置，被测试样与其安装部位间的相对移动将产生轴向摩擦力，该轴向力的分力会使相结合的螺纹面产生压紧效应，导致在芯棒转动加载时产生额外扭矩，对所测锁紧力矩的真实性造成显著影响。
实用新型内容针对现有技术的上述不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种螺纹锁紧力矩自动同步检测装置。本实用新型能够限制螺纹付转动时被测试样与其测力端安装部位间的轴向相对位移，有效地减小检测过程中螺纹付轴向摩擦力对锁紧力矩的影响，提高螺纹锁紧力矩的测量准确度。
本实用新型是通过以下的技术方案实现的一种螺纹锁紧力矩同步自动检测装置，包括轴向同步用伺服电机或步进电机、传动螺杆、滑轨、传感器座和主轴，其创新点在于，该装置设有一套用于限制传感器与被测试样间轴向相对移动及被测试样螺纹摩擦力的机构，该机构中有一个用于提供精确轴向移动的伺服电机或步进电机，该电机通过传动螺杆与传感器座实现螺纹相连，通过程序对该电机转速的适当控制实现将传动螺杆的角位移转化成传感器与被测试样的轴向同步移动。
优选地，本实用新型上述传动螺杆的一端与电机的输出轴固定，另一端与传感器安装装置上的螺孔相连接。
优选地，本实用新型上述传感器座可在滑轨的燕尾槽内滑动，固定于传感器座上的扭矩传感器的内六角孔与被测试样的外六角之间是间隙配合。
优选地，本实用新型上述被测试样的内螺纹与芯棒的外螺纹相配合，芯棒固定在三爪卡具上，三爪卡具固定在主轴上。
优选地，本实用新型上述伺服电机或步进电机通过电机安装架固定在底板上，传动螺杆的一端固定安装在伺服电机或步进电机的输出轴上，其另一端通过螺纹配合的方式安装于传感器座的螺孔内。
优选地，本实用新型上述滑轨、轴承座、加载用电机通过螺钉固定在底板上，加载用电机上装有皮带传动部件。
当检测时，由控制软件根据传动螺杆的导程、主轴的转速、被测螺纹的导程等计算出合适的同步电机转速，使由传动螺杆转动并通过与传感器座的螺纹配合将旋转运动转换为传感器座、传感器的适当的轴向移动，并使轴向移动速度与由于芯棒转动引起的被测试样的轴向移动速度相等，从而限制了传统测试方法中被测试样与传感器之间的相对移动，减小了被测螺纹付的轴向摩擦力和额外力矩，提高了测量螺纹锁紧力矩的精确度。
图1为本实用新型的结构示意图； 图2a、2b是目前现有测试方法中额外扭矩产生过程的示意图。
图中，1为滑轨、2为传感器座、3为扭矩传感器、4为被测试样、5为芯棒、6为三爪卡具、7为主轴、8为皮带传动部件、9为轴承座、10为同步用电机、11为螺杆、12为电机安装架、13为加载用电机、14为底板。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，进一步阐述本实用新型。这些实施例应理解为仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的保护范围。在阅读了本实用新型记载的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本实用新型权利要求所限定的范围。
如图1所示，传感器座2可在滑轨1的燕尾槽内滑动。固定于传感器座2上的扭矩传感器3的内六角孔与被测试样4的外六角之间是间隙配合从而可以在限制被测试样4转动的同时允许其在轴向上移动。但由于力矩的存在，假使传感器固定不动，试样4在轴向移动时难免会有轴向摩擦力存在。被测试样4的内螺纹与芯棒5的外螺纹相配合，芯棒5固定在三爪卡具6上，三爪卡具6固定在主轴7上。同步用电机10通过电机安装架固定在底板上，传动螺杆11的一端固定安装在同步用电机10的输出轴上，其另一端通过螺纹配合的方式安装于传感器座2的螺孔内。滑轨1、轴承座9、加载用电机13通过螺钉固定在底板14上，电机13上装有皮带传动部件8可以将动力传递给主轴实现力矩的加载。
同步用电机10和加载用电机13的转速都可以通过程序设定。当测量锁紧力矩时，由控制软件事先根据传动螺杆11的导程和旋向、主轴的转速、被测试样4的导程和旋向等计算出合适的同步电机转速，限制传感器3与被测试样4间轴向相对移动及被测试样螺纹摩擦力。上述参数间的关系可由测控程序按以下公式(1)进行计算，并将计算后所得的同步电机转速以指令方式传送给电机控制器。
st·ωt·dt＝-sz·ωz·dz(1) 式中st传动螺杆旋向； ωt同步用机转速 dt传动螺杆导程 sz被测螺纹旋向 ωz主轴转速 dz被测螺纹旋向 例如当传动螺杆11的导程为1mm、旋向为正旋，主轴7转速为正旋方向60转/min，被测试样4的导程为1mm、旋向为正旋，则当主轴7转动的同时被测试样4由于左端仅限制周向转动而不限制轴向移动，该试样将以60mm/min的速度向右侧进行轴向移动。开始测量后如果传感器3静止不动，则被测试样4与传感器3之间将产生60mm/min的相对移动。因而，传感器3也必须以60mm/min的速度向右侧进行轴向移动才能限制上述两者之间相对移动。由于扭矩传感器3固定于传感器座2上，而传感器座2又可以沿螺纹的轴向在滑轧1的燕尾槽内移动，因而只要使同步用电机10以逆旋方向60转/min的速度转动即可使传感器3按向右60mm/min速度进行移动。
本实施例通过使扭矩传感器3的与被测试样4，限制了其与被测试样4之间的轴向相对位移，限制了轴向摩擦力，从而可以显著减小被测试样4与芯棒5螺纹结合面上由于旋转所引起的额外力矩，使本实用新型能精确测量自锁紧螺纹的真实锁紧力矩。
将本实施例的测试仪与上海理工大学的材料扭转试验机对同一批托板螺母进行测量，测量结果数据比较如下
上述测量结果证明，本实用新型的测试仪，由于限制了螺纹付转动时与试验机安装部位之间的轴向相对位移，减小了轴向摩擦力和额外力矩，因此测试数据比扭转试验机小，而测得的力矩更能真实地反映自锁紧螺纹的锁紧力矩。
以下结合附图具体说明本实用新型的动作过程。
如图1所示，首先将芯棒5安装在三爪卡具6上，再将被测试样4安装在芯棒5上。通过测量仪上的调节旋钮控制同步用电机10转动以调整传感器座2的位置，使传感器座2上的传感器3以间隙配合的形式套在被测试样4上。在测控软件界面设定试验参数(包括转速、方向、旋转角度等)后点击测控软件中的“启动”按钮，加载用电机13开始转动，螺纹开始被拧入，与此同时同步用电机10以合适的速度转动并使传感器3与被测试样4以相同的速度在轴向上移动，从而消除二者间的轴向相对移动，进而使二者之间接触面的压力和摩擦力也随之显著减小，使测试结果更接近真实使用的情况。
权利要求1.一种螺纹锁紧力矩自动同步检测装置，包括轴向同步用伺服电机或步进电机、传动螺杆、滑轨、传感器座和主轴，其特征在于，设有一套用于限制传感器与被测试样间轴向相对移动及被测试样螺纹摩擦力的机构，该机构中有一个用于提供精确轴向移动的伺服电机或步进电机，该电机通过传动螺杆与传感器座实现螺纹相连，通过程序对该电机转速的适当控制实现将传动螺杆的角位移转化成传感器与被测试样的轴向同步移动。
2.根据权利要求1所述的螺纹锁紧力矩自动同步检测装置，其特征在于，传动螺杆的一端与电机的输出轴固定，另一端与传感器安装装置上的螺孔相连接。
3.根据权利要求1或2所述的螺纹锁紧力矩自动同步检测装置，其特征在于，传感器座可在滑轨内移动。
4.根据权利要求3所述的螺纹锁紧力矩自动同步检测装置，其特征在于，被测试样的内螺纹与芯棒的外螺纹相配合，芯棒固定在三爪卡具上，三爪卡具固定在主轴上。
5.根据权利要求3所述的螺纹锁紧力矩自动同步检测装置，其特征在于，伺服电机或步进电机通过电机安装架固定在底板上，传动螺杆的一端固定安装在伺服电机或步进电机的输出轴上，其另一端通过螺纹配合的方式安装于传感器座的螺孔内。
6.根据权利要求3所述的螺纹锁紧力矩自动同步检测装置，其特征在于，滑轨、轴承座、加载用电机通过螺钉固定在底板上，加载用电机上装有皮带传动部件。
专利摘要本实用新型公开了一种螺纹锁紧力矩自动同步检测装置。该装置包括轴向同步用伺服电机或步进电机、传动螺杆、滑轨、传感器座和主轴，设有一套用于限制传感器与被测试样间轴向相对移动及被测试样螺纹摩擦力的机构。该机构中有一个用于提供精确轴向移动的伺服电机或步进电机，该电机通过传动螺杆与传感器座实现螺纹相连，通过程序对该电机转速的适当控制实现将传动螺杆的角位移转化成传感器与被测试样的轴向同步移动。本实用新型能够限制螺纹付转动时被测试样与其测力端安装部位间的轴向相对位移，有效地减小检测过程中螺纹付轴向摩擦力对锁紧力矩的影响，提高螺纹锁紧力矩的测量准确度。
文档编号G01L5/24GK201561833SQ20092021294
公开日2010年8月25日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者吴龙飞, 于亚平, 武丽丽 申请人:上海航天精密机械研究所