专利名称：扭矩系数测量装置的制作方法
扭矩系数测量装置技术领域
本专利申请整体涉及用于测量轴向载荷的测量装置，更具体地，涉及用于响应于使用小长度软管接头和液压适配器施加的扭矩测量轴向载荷的测量装置。
背景技术：
扭矩系数K (这里也称为“K因子”)表示螺纹零件表面的摩擦特性。这些摩擦特性是涉及利用施加的扭矩实现的预期夹紧载荷的设计假设。
扭矩系数K利用下面的公式来计算
K = T/(DXff)
其中
K =扭矩系数(没有单位)，
T =向测试件施加的扭矩(Nm)，
D =被测螺纹部件的标称螺纹直径(mm)，以及
W=施加的扭矩值产生的轴向载荷(kN)。
K因子通常通过施加已知的扭矩并测量由所施加的扭矩产生的轴向载荷来计算。用来测量由施加的扭矩产生的轴向载荷的常规技术包括使用由施加的扭矩压缩的圆环形载荷垫圈。待测的螺纹部件(例如螺栓)延伸穿过平垫圈、保持固定件、所述仪表化 (instrumented)载荷垫圈、第二平垫圈，最后穿过螺母。利用这一系列的组件，待测螺纹部件的最小长度必须为3英寸。
很多液压配件和接头的长度都小于1英寸。由施加到这些配件的扭矩形成的轴向载荷不能使用这种常规技术直接测量，因此不能限定用于生产零部件的扭矩系数。相反，扭矩系数是通过测量替代样本螺栓来推断的，该替代样本螺栓加装有配件来代替最终在生产中使用的实际部件。
中国实用新型No. CN 200947081 Y题为“便携式数显扭矩系数测试机”。该实用新型要求保护一种便于现场测试扭矩系数的便携式数显扭矩系数测试机。该测试机包括支架、固定设置在支架中的轴向力传感器、以及与轴向力传感器连接的卡装轴力传递模具。所述轴向力传感器的一端连接到卡装轴力传递模具。轴向力传感器的另一端连接到支架。轴向力传感器通过数据线连接到手持仪表。扭矩传感器通过数据线连接至手持仪表。测试机可直接测试工作位置或工件上的扭矩系数，以使螺栓的实际轴力与设计和要求的轴力一致，并且能够直接测试设计轴力下的紧固扭矩值。
可以理解，发明人进行的该背景描述旨在帮助读者，而不能被认为是表示所指出的任何问题本身是本领域所认识的。尽管描述的原理在一些方面和实施方式中可消除其他系统中的内在问题，但应当理解，所保护的创新的范围通过权利要求来限定，而不通过任何公开特征解决这里描述的任何具体问题的能力来限定。发明内容4
在一种实施方式中，本发明描述一种可用于测量由施加到安装于固定件的螺纹部件上的扭矩产生的轴向载荷的扭矩系数测量装置。一方面，一种用于测量由施加到螺纹部件的扭矩产生的轴向载荷的设备包括其中限定腔室的基部。载荷传感器设置在基部的腔室内。可动的载荷销容纳在基部内并被布置成使得置于该载荷销上的轴向载荷传递至载荷传感器。附接构件能够与螺纹部件连接。该附接构件与载荷销可操作地布置使得施加到安装于附接构件的螺纹部件上的扭矩在载荷销上设置轴向载荷。
在另一种实施方式中，描述一种用于测量由施加到螺纹部件的扭矩产生的轴向载荷的方法。将螺纹部件与附接构件的螺纹表面螺纹地接合，使得螺纹部件与载荷销呈轴向对准和接合关系。向螺纹部件施加扭矩使得螺纹部件向着载荷销施加轴向载荷。载荷销又将轴向载荷压缩地传递至轴向载荷传感器。测量响应于施加到螺纹部件的扭矩由载荷销产生的轴向载荷。
在用于测量由施加到螺纹部件的扭矩产生的轴向载荷的方法的另一种实施方式中，将螺纹部件安装到其中容纳有可动的载荷销的固定件。向安装的螺纹部件施加扭矩使得施加到安装的螺纹部件的扭矩在载荷销上产生轴向载荷。载荷销将该轴向载荷传递至容纳在固定件中的测量装置。
本发明的原理的其他和替代的方面和特征将通过下面的详细描述和附图认识。如将会认识的，这里公开的有关用于测量由施加到螺纹部件的扭矩产生的轴向载荷的测量装置和方法的原理能够以其他不同的实施方式执行，并且能够在多个方面进行修改。因此，将会理解，前面的概括描述及下面的详细描述仅仅是示例性和解释性的，并不限制权利要求的范围。
图1是根据本发明的原理的测试固定组件的一种实施方式的立体图，包括测量装置和电荷放大器的实施方式(未按比例)；
图2是根据本发明的原理的测量装置的一种实施方式的截面图，其与图1的测量装置类似，但包括具有不同尺寸的螺纹表面的附接构件；
图3是图1的测量装置的虎钳适配器的正视图4是图3的虎钳适配器的底部平视图5是图1的测量装置的基部的立体图6是图5的基部的顶部平视图7是沿图6中的线VII-VII截取的基部的截面图8是图5的基部的底部平视图9是图1的测量装置的基部和载荷传感器的立体图10是图1的基部、载荷传感器、载荷板的立体图11是图1的测量装置的载荷板的底部透视图12是图11的载荷板的正视图13是图11的载荷板的底部平视图14是沿着图13中的线XIV-XIV截取的载荷板的截面图
图15是图1的测量装置的提升销的正视图16是图15的提升销的端视图17是图1的测量装置的顶板和螺纹附接构件的顶部透视图18是图17的顶板和螺纹附接构件的底部透视图19是图17的顶板的立体图20是图17的顶板的底部平视图21是沿着图20中的线XXI-XXI截取的顶板的截面图22是图2的测量装置的螺纹附接构件的顶部透视图23是图22的测量装置的螺纹附接构件的正视图M是图22的螺纹附接构件的底部平视图25是图1的测量装置的载荷销的正视图沈是图25的载荷销的底部平视图27是适用于图1的测量装置的螺纹附接构件的另一种实施方式的正视图观是图27的螺纹附接构件的顶部平视图四是沿着图观中的线XXIX-XXIX截取的螺纹附接构件的截面图30是根据本发明的原理的测试固定系统的一种实施方式的立体图31是一种具有带内螺纹表面的螺套的液压配件的例子的部分剖视图，该内螺纹表面适用于根据本发明构造的包括带外螺纹表面的螺纹附接构件的测量装置；
图32是一种具有带外螺纹表面的短轴端的液压适配器的例子的部分剖视图，该外螺纹表面适用于根据本发明构造的包括带内螺纹表面的螺纹附接构件的测量装置；
图33是图2的测量装置的剖视图，显示了图31的液压配件安装到其上；
图34是根据本发明原理的测量装置的一种实施方式的剖视图，其类似于图1的测量装置但附接构件具有内螺纹表面，并且显示了图32的液压适配器安装到其上。
具体实施方式
在安装过程中给予螺栓或接头的轴向力的量根据例如螺纹几何条件(即使部件在公差内时)和摩擦的不同的特性而变化。扭矩系数K通常指用于确保规定的装配扭矩造成可接受的产品性能所必需的部件特性。
本发明描述使用任何合适柱塞形式的可动的载荷销来将轴向载荷从施加的扭矩传递到载荷传感器的方法和固定件。载荷传感器提供接头或其他螺纹配件上的扭矩产生的轴向载荷的直接测量，以测量扭矩系数K。测量的扭矩系数可接着用来设置紧固规范。有利地，根据本发明构造的测试固定件可用于长度小于3英寸的螺纹部件。
使用根据本发明的测量装置，扭矩可以施加到安装于测试固定件的螺纹细部板中的螺纹部件。螺纹部件又向可动的载荷销施加轴向力。载荷销将轴向力传递至载荷板，作为响应，载荷板压缩容纳在固定件基部内的载荷垫圈。该测量装置提供用于直接测量由施加的扭矩形成的轴向力的方法。相应地，在待测部件太小而不能用于常规测量装置的情况中，消除了替代螺栓加装和测量的需要。根据本发明的测量装置可允许在从制造商到终端用户的整个供应链上的所有位置使用共同的检查过程检查生产部件。
现在参照附图，图1示出了包括与电荷放大器52可操作配置的测量装置50的测试固定组件40的一种示例性实施方式。测试装置50可用来测量由向安装到测试固定组件40的螺纹部件(例如图31中显示的液压配件M或者图32中显示的液压适配器5 施加的预定扭矩产生的轴向载荷。一种适于与根据本发明的原理的测量装置50 —起使用的电荷放大器52的例子是可从纽约的Amherst的KistleHnstrument Corp购买的Type 5010 Dual Mode电荷放大器。
参照图1和图2，测量装置50可包括其中限定腔室62的固定基部60 ；设置在基部60的腔室62中的载荷传感器64 ；可互换地容纳在基部60内的多个可动的载荷销71、 73，其被布置成使施加在载荷销71、73上的轴向载荷传递到载荷传感器64 ；设置在载荷销 71、73和载荷传感器64之间的载荷板78 ；以及由基部60可互换地支承并能够与至少一个相应的螺纹部件连接以测量其扭矩系数K的多个附接构件81、83。测量装置50适于与可互换地安装到基部60以测试不同类型和尺寸的螺纹部件的多个附接构件81-86及相应的载荷销71-76中的一个一起使用。
例如，图1中显示的螺纹附接构件81包括具有第一尺寸的外螺纹表面91。图2中显示的螺纹附接构件83具有比第一尺寸小的第二尺寸的外螺纹表面93。参照图27-29，显示了包括用于测试具有外螺纹表面的螺纹部件的内螺纹表面95的另一附接构件85。载荷销的尺寸和形状可根据使用的附接构件和待测的螺纹部件而变化。
在一些实施方式中，附接构件可包括适于利用安装到管的远端处的凸缘的0型圈密封(ORre)螺套螺纹地接合根据SAEJ1453构造的液压配件讨(见图31)的外螺纹表面。 在另一些实施方式中，附接构件可包括适于利用直螺纹0型圈(STOR)连接件螺纹地接合根据SAE Jli^6-2构造的液压适配器55(见图3 的内螺纹表面。本领域技术人员将理解， 在又一些实施方式中，附接构件可适于螺纹地接合其他类型的适配器和配件以及具有外螺纹表面或内螺纹表面的其他螺纹部件。
参照图1，基部60包括底端102和顶端104。基部60可包括虎钳适配器106、连接到虎钳适配器106的壳体108、以及通过多个紧固件112连接到壳体108的顶板110。壳体108与基部60的底端102相邻地设置，在使用时虎钳适配器106在壳体108下方。顶板 110与基部60的顶端104相邻设置。壳体108和顶板110 —起配合限定腔室62(见图2)。
参照图3和图4，虎钳适配器106可设置成允许基部60夹紧在传统的台钳中。虎钳适配器106包括从其突出的能够夹紧在适当的台钳的钳口中的肋118。虎钳适配器106 包括能够将相应的紧固件接收在其中的多个安装孔120，这些相应的紧固件可螺纹地接合壳体108以连接虎钳适配器106和壳体108。虎钳适配器106可由例如铝的任何合适的材料制成。
参照图5-8，壳体108包括安装凸缘126以及其中具有狭槽130的大体圆筒形的侧壁128。安装凸缘1 包括适用于接收贯穿的相应紧固件以将壳体108安装到例如台顶表面的多个安装孔132。当壳体108使用延伸穿过安装凸缘126的安装孔132的紧固件紧固到表面时，可省略虎钳适配器106。安装凸缘1 的尺寸可使得传统的工装夹能够用来将壳体108夹到工作表面。
壳体108可由例如任何合适的工具钢的任何合适的材料制成。优选地，壳体108 可由4140合金钢制成。在另一种实施方式中，壳体108可由当处于载荷下时使壳体108产生小偏转的任何合适的材料制成，以通过帮助确保基本上只有载荷传感器器64在测量载荷下偏转来提供增加的测量精度。
狭槽130容纳电连接载荷传感器64和电荷放大器52 (或者其他用于显示由载荷传感器64测量的轴向载荷的合适的装置)(见图1和图9)的载荷传感器电缆136。狭槽 130的尺寸还容纳从载荷板78突出的提升销138(见图1和图9)。
参照图6和图9，壳体108具有能够支承顶板110的顶板支承表面140。顶板支承表面140限定从其延伸预定距离的定位销钻孔142。顶板支承表面140还限定能够螺纹地接收相应的紧固件112以便于顶板110连接到壳体108的多个顶板安装孔144。定位销钻孔142能够容纳从顶板110延伸的定位销148 (见图18)以便于顶板110与壳体108对准， 从而紧固件112可延伸穿过顶板110并螺纹地接合壳体108的顶板安装孔144。顶板支承表面140优选被磨削成在50微米平整度内，更优选地在5微米平整度内，以帮助促进由安装到测试固定件的螺纹部件施加的轴向力高效传递到载荷传感器64。
参照图7，壳体108包括位于腔室62内适于将载荷传感器64支承在其上的载荷传感器支承表面152。优选地，载荷传感器支承表面152被磨削使得其具有在50微米内、更优选在5微米内的平整度，并且具有在50微米内、更优选在25微米内的平行度。载荷传感器支承表面152优选被加工成具有所述的平整度和平行度以进一步促进载荷传感器64测量的轴向载荷的精确传递。
参照图8，壳体108包括从其底表面156延伸的多个虎钳适配器安装孔154。虎钳适配器安装孔1 包括螺纹地接合相应紧固件的螺纹表面，该相应紧固件延伸穿过虎钳适配器106中的相应安装孔120以将壳体108和虎钳适配器106连接在一起。壳体108的底表面156的其他部分基本是平的。
参照图9，载荷传感器64设置在壳体108的腔室62内，载荷传感器电缆136延伸穿过壳体108的侧壁1 中的狭槽130。载荷传感器64设置在壳体108的载荷传感器支承表面152上。所示的载荷传感器64是其中限定有中心内开口的环形载荷垫圈的形式。这种载荷传感器64的一个例子是可从纽约的Amherst的Kistler InstrumentCorp.购买的压电力传感器。在其他实施方式中，载荷传感器64可以是任何合适的力传感器，且固定件基部60的部件构造可以改变以将选择的合适力传感器容纳在其中，如本领域技术人员认识的那样。
参照图10，载荷板78设置在载荷传感器64上。载荷板78的提升销138延伸穿过壳体108的侧壁1 的狭槽130。提升销138可设置成便于固定件的载荷板78在不需要将壳体108翻转的情况下就能够移除。载荷板78的尺寸使其严格符合壳体108内的腔室62 的直径，以帮助限制载荷板78的横向行程范围。
参照图11-14，载荷板78包括从其载荷传感器表面165突出的渐缩的导杆164。 渐缩导杆164是中心设置的突起，其尺寸适于配合在环形载荷传感器64限定的中心内开口 160内。渐缩导杆164提供了将载荷板78定位在载荷传感器64上的松动导杆配合，使得载荷板78基本位于中心并将载荷板78和载荷传感器64的相对横向平移限制在由渐缩导杆 164和载荷传感器64的中心开口的尺寸差限定的有限运动范围内。
载荷板78包括从侧壁表面168向内径向延伸的螺纹通道166。螺纹通道166适于螺纹地接收提升销138以将提升销138固定到载荷板78。
载荷板78包括与载荷传感器表面165呈相对关系的载荷销表面170。载荷销表面170适于支承可互换的载荷销71-76。载荷传感器表面165适于接合地接触其所倚靠的载荷传感器64。载荷销表面170和载荷传感器表面165优选被磨削使得其具有在50微米内、更优选地在5微米内的平整度。载荷板78的载荷传感器表面165还优选地被磨削成使得其具有在25微米内、更优选地在13微米内的平行度。
载荷板78可由例如合适的工具钢的任何合适的材料构造。在一种实施方式中，载荷板78由被热处理以具有约60和约62之间的洛氏硬度的A2钢构造。
参照图15和16，提升销138是大体圆柱形的轴，其尺寸使其能够在载荷板78设置在腔室62内时穿过壳体108的狭槽130从载荷板78径向延伸。提升销138包括适于螺纹地接合载荷板78中的螺纹通道166的螺纹端174，以将提升销138连接到载荷板78。
参照图17，螺纹附接构件81安装到顶板110。参照图17和18，螺纹附接构件81 和顶板Iio都包括一对适于容纳被设置成防止附接构件81相对于顶板110转动的各个滑动配合的防转动销179的通道176、177。
顶板110包括外表面184(图17)、相对的内表面185(图18)、以及在两个表面之间延伸的中心开口 186。顶板110的中心开口 186适于在附接构件81组装到顶板110时允许附接构件81的突出部分188从其延伸穿过。顶板110的内表面185帮助部分限定腔室 62的边界。所述一对防转动销179从顶板110的内表面185突出。
参照图18，顶板110的内表面185包括适于与壳体108匹配的匹配表面190以及先导表面192。定位销148从顶板110的匹配表面190延伸。定位销148适于配合在壳体108 的定位销钻孔142内，以便于顶板110和壳体108对准。防转动销179从顶板110的先导表面192延伸。先导表面192适于严格地符合附接构件83的凸缘部分197的外周195(见图 23)。
参照图19-21，顶板110用作可转动地保持多个可互换附接构件81-86中的一个的保持环。参照图19和20，顶板110包括适于与壳体108的顶板支承表面140的螺纹顶板安装孔144对准的多个钻孔202。附接构件83可安装在壳体108的顶板支承表面140和栓接到壳体108的顶板110，由此使附接构件83夹在两者之间(见图2)。
参照图20，顶板110的匹配表面190为大体环形并与顶板110的外周204相邻。 匹配表面190适于与壳体108的顶板支承表面140匹配。顶板110的钻孔202设置在匹配表面190中。匹配表面190限定适于将从顶板110延伸的定位销148接收在其中的定位销钻孔206(见图18)。匹配表面190优选被磨削使其具有在50微米内、更优选在5微米内的平整度。
参照图21，先导表面192包括侧壁208和肩部210以提供符合每个可互换附接构件81-86的凸缘部分197的形状的台阶构造。防转动销179从该台阶构造限定的肩部210 延伸。
每个附接构件81-86与其相应的载荷销71-76可操作地配置使得施加到安装于附接构件81-86的螺纹部件的扭矩在载荷销71-76上施加轴向载荷。顶板110的内表面185 的肩部210被构造成其保持地接合安装在壳体108内的附接构件81-86，以限制其在轴向向上方向214从顶板110的内表面185运动到外表面184。相应地，安装在壳体108中的特定可互换附接构件81-86与顶板110的内表面185呈内接合关系，从而限制安装的附接构件 81-86在轴向向上方向214上运动。
参照图22-24，附接构件83的凸缘部分197适于严格地符合顶板110的先导表面192。附接构件83的凸缘部分197包括适于容纳从顶板110的先导表面192延伸的防转动销179，以因此防止附接构件83在安装时相对于顶板110转动。
附接构件83的凸缘部分197的尺寸使得凸缘部分197和壳体108的顶板支承表面140之间具有干涉配合。凸缘部分197和壳体108之间的干涉配合帮助在安装时支承附接构件83，从而限制附接构件83在轴向向下方向215上运动。
当如图2所示安装时，附接构件83穿过顶板110的中心开口 186从顶板110的内表面185延伸。附接构件83包括从凸缘部分197突出的短轴部分220。附接构件包括贯穿的中心设置的轴向通道222，其适于将载荷销73的至少一部分容纳在其中。
在图22-24所示的附接构件中，外螺纹表面93设置在短轴部分220的远端2 处， 在安装在顶板110中时其形成突出部分188。外螺纹表面93适于螺纹地接合具有内螺纹表面的螺纹部件以测量扭矩系数K。
参照图25和沈，代表性的载荷销71大致是实心圆柱的形式。载荷销71包括一对相对的端部，即球形端部2 和平端部229。在其他实施方式中，载荷销71-76可以是将轴向力从安装到装配于壳体108中的附接构件83的螺纹部件经载荷板78传递到载荷传感器 64的任何合适的载荷柱塞的形式。
在安装时，载荷销71的球形端部228与载荷板78接合地接触。在测试固定组件 40测试螺纹部件时，载荷销71的球形端部2 帮助将点载荷施加在载荷板78的载荷销表面170上。载荷销71的平端部2 适于与适当地安装到附接构件81的螺纹部件接合接触。
在使用具有外螺纹表面的附接构件的例子中，载荷销设置成在附接构件的远端 224的上方延伸预定量，使得在测试固定件上测试的螺纹部件可接合地接触载荷销。在使用具有内螺纹表面的附接构件的例子中，载荷销设置成其接合地接触载荷板78而不在附接构件的远端2 上方延伸。
参照图27-29，螺纹附接构件85包括用于载荷销75的中心设置的轴向通道230。 螺纹附接构件85的轴向通道230包括适于螺纹地接合具有外螺纹表面的螺纹部件的内螺纹表面。附接构件85的凸缘部分197的尺寸基本与图22-M所示的附接构件83的凸缘部分197的尺寸相同。
图27-29的螺纹附接构件85具有可用来测试例如图32所示的液压适配器55的内螺纹表面95。图27-29的附接构件85可与这样的载荷销75 —起使用，即该载荷销的尺寸使得被测试的螺纹部件能够螺纹地接合附接构件85的内螺纹表面95且载荷销75设置在测试的螺纹部件和载荷板78之间，从而施加到正在测试的当前部件上的扭矩在载荷销 75上施加轴向力，载荷销又将该力传递至载荷板78并最终传递给设置在其下方的载荷传感器64。
参照图30，测试固定系统250可包括具有虎钳适配器106、壳体108和顶板110 的基部60 ；载荷传感器(未显示)；载荷板78以及多个附接构件81-86和相应的载荷销 71-76。附接构件81-86适于可互换地配合在基部60的腔室62内。测试固定系统250可包括图1所示的扭矩系数测量装置50的各种其他部件。
每个附接构件81-86可适于连接与其他附接构件适合连接的螺纹部件的尺寸不同的螺纹部件。如图30所示，附接构件81-86可包括具有不同尺寸的外螺纹表面91-93的多个附接构件81-83和具有不同尺寸的内螺纹表面94-96的多个附接构件84-86。10
例如，标示为81的附接构件包括适于与第一尺寸的螺纹部件连接的第一类型。标示为85的附接构件包括适于与不同于(即小于)第一尺寸的第二尺寸的第二螺纹部件连接的第二类型。第一类型的附接构件81和第二类型的附接构件85适于由基部60可互换地支承。
此外，标示为71的载荷销包括适于与第一类型的附接构件81 —起使用的第一类型。标示为75的可动的载荷销包括适于与第一类型的载荷销71可互换地容纳在基部60 内并相对于第二螺纹部件布置成使得施加在第二类型的载荷销75上的轴向力传递至载荷传感器64的第二类型。
参照图31，液压配件M可包括软管沈0，软管260具有安装到其远端沈4的法兰件沈2。螺套266设置在法兰件262上。螺套266包括内螺纹表面沈8，其可安装到装配于扭矩系数测量装置50的壳体108中的附接构件83之一的外螺纹表面93，以确定液压配件 54的扭矩系数K。
参照图32，液压适配器55包括具有外螺纹表面274的短轴端272。液压适配器55 的外螺纹表面274可安装到自身安装在壳体108中的测试固定系统250的附接构件86之一的内螺纹表面96，以确定液压适配器55的扭矩系数K。
图33显示了液压配件M的一个例子，其安装到扭矩系数测量装置50用于测试以确定液压配件M的扭矩系数。螺套沈6的内螺纹表面268安装到装配于扭矩系数测量装置50的壳体108中的附接构件83的外螺纹表面93上。液压配件M的法兰件262与载荷销73的平端部2 接合接触，使得施加到螺套266的预定扭矩引起法兰件沈2向载荷销73 施加轴向载荷。载荷销73又经载荷板78将轴向载荷压缩地传递至轴向载荷传感器64。载荷销73响应于施加到液压配件M的螺套266的扭矩产生的轴向载荷被测量且获得施加的扭矩值。
图34显示了液压适配器55的一个例子，其安装到扭矩系数测量装置50用于测试以确定液压适配器阳的扭矩系数K。液压适配器55的短轴端272的外螺纹表面274安装到装配在扭矩系数测量装置50的壳体108中的附接构件86的内螺纹表面96。液压适配器 55的短轴端272与载荷销76的平端部2 接合接触，使得施加到液压适配器55的预定扭矩引起短轴端272向载荷销76施加轴向载荷。载荷销76又将轴向载荷经载荷板78压缩地传递到轴向载荷传感器64。载荷销76响应于施加到液压适配器55的扭矩产生的轴向载荷被测量且施加的扭矩值被确定。
根据本发明构造的扭矩系数测量装置50可用来获得接头或其他螺纹配件上的扭矩产生的轴向载荷的直接测量，以测量扭矩系数。在一种实施方式中，一种用于测量由施加到螺纹部件的扭矩产生的轴向载荷的方法使用具有载荷销的测试固定件来将轴向载荷从施加的扭矩传递至测量装置以测量轴向载荷。使用已知的施加扭矩和螺纹部件尺寸以及测量的轴向载荷，可使用以下公式来计算扭矩系数K
K = T/(DXff)
其中
K=扭矩系数，
T=向测试件施加的扭矩，
D =被测螺纹部件的标称螺纹直径，以及
W =施加的扭矩值产生的轴向载荷。
在另一种测量由施加到螺纹部件的扭矩产生的轴向载荷的方法中，螺纹部件与附接构件的螺纹表面螺纹接合，使得螺纹部件与载荷销呈轴向对准和接合关系。扭矩施加到螺纹部件，使得螺纹部件向载荷销施加轴向载荷。载荷销又将轴向载荷压缩地传递至轴向载荷传感器。载荷销响应于施加到螺纹部件的扭矩产生的轴向载荷被测量，且获得施加的扭矩值。使用如上所述的公式K = T/(DXW)来计算扭矩系数K。如果希望测试不同尺寸的螺纹部件，则附接构件可用来自一组可互换附接构件的尺寸适合用于螺纹地固定希望测试的螺纹部件的第二附接构件替换。可以从一组载荷销选择尺寸适合用于被测试的特定螺纹部件的相应载荷销。
在用于测量由施加到螺纹部件的扭矩产生的轴向载荷的方法的另一种实施方式中，螺纹部件安装到其中容纳有可动的载荷销的固定件。向安装的螺纹部件施加扭矩，使得施加到安装的螺纹部件的扭矩在载荷销上产生轴向载荷。载荷销将轴向载荷传递到容纳在固定件中的测量装置。使用如上所述的公式K = T/(DXW)计算扭矩系数K。
工业实用性
这里描述的扭矩测量装置的实施方式的工业实用性可以从前面的讨论中容易地认识。使用根据本发明的测量装置，扭矩可以施加到螺纹地安装到装置的螺纹细部板的配件和/或接头，该螺纹细部板又将轴向力施加到载荷销。载荷销将轴向载荷传递至载荷板 78，作为响应，其压缩载荷垫圈。测量装置提供了用于直接测量施加的扭矩形成的轴向力的方法。相应地，在待测部件太小而不能用于常规测量装置的情况中，消除了替代螺栓加装和测量的需要。根据本发明的测量装置可允许在从制造商到终端用户的整个供应链上的所有位置使用共同的检查过程检查生产部件。
例如，根据本发明的测量装置可用于通过终端用户检查将来的供应商材料以检查是否符合设计规范。扭矩系数测量装置可用来测量例如由Peoria，Illinois的 Caterpillar Inc.制造的机器中使用的流体承载配件和软管接头的扭矩系数。根据本发明的扭矩系数测量装置还可由这些部件的任何制造商用来确保这些加装部件的过程控制和加工部件一致性。
将会认识到前面的描述提供了本发明的系统和技术的例子。但是，可以想到细节上不同于前面的例子的本发明的其他实施例。对本发明或其实施例的所有引述旨在指当时正在讨论的特定实施例，而并不意欲更一般地暗示对本发明的范围的任何限制。除非另外具体指明，所有关于特定特征的区别和不利言辞意在表示对这些特征缺乏偏好，而并非将这些特征从本发明的范围整体排除。
除非另外指明，这里对范围值的叙述仅意在作为个别地引述落入该范围内的每个单独值的简便方法，因此每个单独值如同其被个别地记述在此那样结合在说明书中。除非这里另外指明或者通过上下文明显矛盾之外，这里描述的所有方法可以任何合适的顺序执行。
权利要求
1.一种用于测量由施加到螺纹部件的扭矩产生的轴向载荷的设备，该设备包括基部，该基部中限定腔室；载荷传感器，其设置在所述基部的所述腔室内；可动的载荷销，其容纳在所述基部内并被布置成使得置于该载荷销上的轴向载荷传递至所述载荷传感器；附接构件，其能够与所述螺纹部件连接，所述附接构件与所述载荷销可操作地布置使得施加到安装于所述附接构件的螺纹部件上的扭矩在所述载荷销上设置轴向载荷。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述基部包括虎钳适配器，该虎钳适配器包括从所述虎钳适配器突出的肋。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述基部包括具有安装凸缘的壳体。
4.如权利要求1所述的设备，还包括载荷板，其设置在所述载荷销和所述载荷传感器之间。
5.如权利要求4所述的设备，其中，所述载荷传感器包括其中限定中心开口的环形载荷垫圈，所述载荷板包括能够配合在所述载荷垫圈的中心开口内的中心布置的突起。
6.如权利要求4所述的设备，其中，所述基部包括具有侧壁的壳体，所述侧壁中限定有狭槽，所述载荷板包括从所述载荷板突出的提升销，所述提升销经过所述壳体的所述侧壁的狭槽从所述腔室延伸。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述基部包括顶板，所述壳体包括能够支承所述顶板的顶板支承表面以及所述腔室内的能够将所述载荷传感器支承在其上的载荷传感器支承表面，所述载荷板包括与所述载荷传感器表面呈相对关系的载荷销表面，所述载荷销表面能够支承所述载荷销，所述载荷传感器表面能够接合地接触所述载荷传感器表面倚靠的载荷传感器，并且，所述顶板支承表面、所述载荷传感器支承表面、所述载荷销表面、以及所述载荷传感器表面均被磨削至50微米平整度内。
8.如权利要求1所述的设备，其中，所述基部包括底端和顶端，所述基部包括与其顶端相邻设置的顶板，所述顶板包括贯穿的中心开口，所述顶板包括内表面和相对的外表面，所述内表面至少部分限定所述腔室，所述附接构件经所述顶板的所述中心开口从所述内表面延伸，所述附接构件与所述顶板的所述内表面呈内接合关系，从而限制所述附接构件在从所述顶板的内表面到外表面的方向上运动。
9.如权利要求8所述的设备，其中，所述基部包括壳体，所述壳体具有能够支承所述顶板的支承表面，所述支承表面限定从其延伸预定距离的钻孔，所述顶板包括能够与所述壳体的所述支承表面匹配的匹配表面，所述匹配表面具有从所述匹配表面延伸的销，所述销能够配合在所述壳体的所述钻孔内。
10.如权利要求8所述的设备，其中，所述附接构件包括从所述基部延伸的突出部分， 所述突出部分具有能够螺纹地接合所述螺纹部件的外螺纹表面。
11.如权利要求8所述的设备，其中，一对销从所述顶板的所述内表面突出，并且所述附接构件包括能够分别将所述销的一个接收在其中的一对通道，以防止所述顶板和所述附接构件之间的相对运动。
12.如权利要求11所述的设备，其中，所述基部包括壳体，所述壳体具有能够支承所述顶板的支承表面，所述支承表面限定从所述支承表面延伸预定距离的钻孔，所述顶板包括能够与所述壳体的所述支承表面匹配的匹配表面，所述匹配表面具有从所述匹配表面延伸的销，所述销能够配合在所述壳体的所述钻孔内。
13.如权利要求1所述的设备，其中，所述附接构件包括贯穿的轴向通道，所述载荷销的至少一部分设置在所述轴向通道内。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述附接构件的轴向通道包括能够螺纹地接合所述螺纹部件的螺纹表面。
15.如权利要求1所述的设备，其中，所述附接构件包括具有能够螺纹地接合所述螺纹部件的外螺纹表面的突出部分。
16.如权利要求1所述的设备，其中，所述附接构件包括能够与第一尺寸的螺纹部件连接的第一类型的附接构件，所述设备还包括附接构件，该附接构件包括能够与第二尺寸的第二螺纹部件连接的第二类型的附接构件，所述第二尺寸与所述第一尺寸不同，其中，所述第一类型的附接构件和所述第二类型的附接构件能够由所述基部可互换地支承。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所述载荷销包括用于与所述第一类型的附接构件一起使用的第一类型的载荷销，所述设备还包括可动的载荷销，其包括能够容纳在所述基部内的第二类型的可动的载荷销，其相对于所述第一类型的载荷销可互换且相对于所述第二螺纹部件布置，使得所述第二类型的载荷销上的轴向载荷传递至所述载荷传感器。
18.一种用于测量由施加到螺纹部件的扭矩产生的轴向载荷的方法，该方法包括将螺纹部件与附接构件的螺纹表面螺纹地接合，使得所述螺纹部件与载荷销呈轴向对准和接合关系；向所述螺纹部件施加扭矩使得所述螺纹部件向着所述载荷销施加轴向载荷，所述载荷销将所述轴向载荷压缩地传递至轴向载荷传感器；测量响应于施加到所述螺纹部件的扭矩由所述载荷销产生的轴向载荷。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述载荷销通过载荷板将所述轴向载荷压缩地传递至所述轴向载荷传感器，所述载荷板设置在所述载荷销和所述轴向载荷传感器之间。
20.一种用于测量由施加到螺纹部件的扭矩产生的轴向载荷的方法，该方法包括将螺纹部件安装到其中容纳有可动的载荷销的固定装置；向安装的螺纹部件施加扭矩使得施加到所述安装的螺纹部件的扭矩在所述载荷销上产生轴向载荷，且所述载荷销将所述轴向载荷传递至所述固定装置中容纳的测量装置。
全文摘要
一种扭矩系数测量装置可用于测量由施加到安装于固定件的螺纹部件的扭矩产生的轴向载荷。该测量装置可包括其中限定腔室的基部。载荷传感器设置在基部的腔室内。可动的载荷销容纳在基部内并被布置成使得置于该载荷销上的轴向载荷传递至载荷传感器。附接构件能够与螺纹部件连接。该附接构件与载荷销可操作地布置使得施加到安装于附接构件的螺纹部件上的扭矩在载荷销上设置轴向载荷。
文档编号G01L5/16GK102539038SQ20111036950
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月15日 优先权日2010年11月16日
发明者A·H·道贝特, B·K·特, E·E·弗斯特, E·R·杰弗瑞, R·E·隆 申请人:卡特彼勒公司