专利名称：一种测试螺栓预紧力的装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及机械领域，特别涉及一种测试螺栓预紧力的装置及其控制方法。
技术背景
螺栓连接是最常见的可拆连接，而预紧力是螺栓拧紧过程中需要测量的重要性能指标。适当的预紧力可以提高连接的可靠性和螺栓的疲劳强度，对有紧密性要求的连接更可以提高气密性。但是过大的预紧力会导致螺栓和连接件的损坏，因此对重要的螺栓连接， 为了保证连接达到所需的预紧力，又不使零部件过载，在装配时需要严格控制预紧力。
目前，一般通过两种方法控制预紧力控制预紧力矩或控制预紧螺栓的变形量。由于润滑条件不同导致摩擦力变化，从而影响预紧力矩和预紧力关系的不确定性，而预紧螺栓的变形量非常小，很难精确测量，故这两种方法在准确获得预紧力方面均存在一定困难。
为了解决上述问题，现有技术中又提出了在初始预紧力矩下，利用螺栓转角(例如50NXm+120° )确定预紧程度。该种预紧方式不受润滑条件的影响，并且将螺栓长度方向的小变形量放大成角度改变量，提高了预紧的精确性。
发明人在实现本发明的过程中发现现有技术中至少存在以下的缺点和不足
现有的测试装置庞大，提高了测试成本，使用起来不方便导致了工作效率较低，并且测试结果不精确。发明内容
本发明提供了一种测试螺栓预紧力的装置及其控制方法，本发明实现了间接地测量螺栓预紧角度与预紧力之间的关系，从而达到测试螺栓预紧力的要求，方法简单，降低了实验设备成本，提高了工作效率，详见下文描述
一种测试螺栓预紧力的装置，所述装置包括第一连接板，与所述第一连接板平行设置的第二连接板，所述第一连接板与所述第二连接板的顶部之间连接有中心带有通孔的第一支撑板，所述第一支撑板通过四组第一螺栓组件固定于所述第一连接板和所述第二连接板之上，所述第一连接板与所述第二连接板的底部之间连接有带有凹槽及中心通孔的第二支撑板，所述第二支撑板通过四组第二螺栓组件固定于所述第一连接板和所述第二连接板之上，所述第二支撑板的凹槽中设置有与所述凹槽宽度相匹配的固定板。
一种测试螺栓预紧力的装置的控制方法，所述方法包括以下步骤
(1)在被测螺栓上粘贴横向第一应变片和竖向第二应变片，并在其对称部位粘贴相应的横向第三应变片和竖向第四应变片；
(2)所述横向第一应变片和所述竖向第二应变片串联连接，所述横向第三应变片和所述竖向第四应变片串联连接，两个串联支路并联连接；
(3)贴好的所述被测螺栓穿过所述第一支撑板和所述第二支撑板固定设置在所述固定板上，刻度盘的空心孔套在所述被测螺栓头上，粘贴在所述第一支撑板；
(4)用扭矩扳手对所述被测螺栓进行预紧，并在所述刻度盘的起始位置标示0°，以预设角度增量预紧，记录所得的预紧角度值α和第一电信号值S1 ；
(5)通过数值拟合获取所述预紧角度值α与相对应的所述第一电信号值ε工的关系；
(6)将所述被测螺栓拆卸下来，将第一套筒穿过四个应变片及其引出线套在所述被测螺栓的杆上，带内螺纹的第二套筒旋入所述被测螺栓的螺纹部分，所述被测螺栓装夹在试验机上，所述第一套筒和所述第二套筒分别装夹在所述试验机的上下卡头处；
(7)对所述试验机以预设增量施加轴向拉力，记录所施加的轴向拉力和第二电信号值
(8)通过数值拟合方法获取所述轴向拉力与相对应的所述第二电信号值ε 2的关系；
(9)根据所述预紧角度值α与相对应的所述第一电信号值ε工的关系、所述轴向拉力与相对应的所述第二电信号值ε 2的关系获取所述预紧角度值α和所述轴向拉力的关系，以及所述被测螺栓预紧力的数值大小。
本发明提供的技术方案的有益效果是
本发明提供了一种测试螺栓预紧力的装置及其控制方法，本发明设计了测试螺栓预紧力的装置，并在该装置的基础上获取到预紧角度值α与相对应的第一电信号值”的关系、轴向力F与相对应的第二电信号值ε 2的关系，进而得到预紧角度值α和轴向拉力 F的关系，以及被测螺栓预紧力的数值大小，本发明实现了间接地测量螺栓预紧角度与预紧力之间的关系，从而达到测试螺栓预紧力的要求，该方法简单，降低了实验设备成本，提高了工作效率以及测试的精度。
图1为本发明提供的一种测试螺栓预紧力的装置的使用状态图2为本发明提供的一种测试螺栓预紧力的装置的内部结构示意图3为本发明提供的一种测试螺栓预紧力的装置的侧视图4为本发明提供的一种测试螺栓预紧力的装置的附视图5为本发明提供的固定板的剖视图6为本发明提供的固定板的俯视图7为本发明提供的被测螺栓轴向力标定时的示意图8为本发明提供的惠斯通电桥的示意图9为本发明提供的刻度盘的结构示意图10为本发明提供的被测螺栓主视图和后视图的结构示意图11为本发明提供的一种测试螺栓预紧力的控制方法的流程图12为本发明提供的角度标定数据拟合图13为本发明提供的轴向拉力标定数据拟合图。
附图中所列部件列表如下所示
1横向第一应变片； 3横向第三应变片； 5四组第一螺栓组件; 7第一连接板； 9第二支撑板； 11固定板； 13第二套筒；2竖向第二应变片； 4竖向第四应变片； 6第一支撑板； 8第二连接板； 10四组第二螺栓组件; 12第一套筒； 14刻度盘。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了实现间接地测量螺栓预紧角度与预紧力之间的关系，从而达到测试螺栓预紧力的要求，方法简单，降低实验设备成本，参见图1、图2、图3、图4、图5和图6，本发明实施例提供了一种测试螺栓预紧力的装置，详见下文描述
一种测试螺栓预紧力的装置，包括第一连接板7，与第一连接板7平行设置的第二连接板8，第一连接板7与第二连接板8的顶部之间连接有中心带有通孔的第一支撑板 6，第一支撑板6通过四组第一螺栓组件5固定于第一连接板7和第二连接板8之上，第一连接板7与第二连接板8的底部之间连接有带有凹槽和中心通孔的第二支撑板9，第二支撑板9通过四组第二螺栓组件10固定于第一连接板7和第二连接板8之上，第二支撑板9的凹槽中设置有与凹槽宽度相匹配的固定板11。
其中，固定板11的厚度与第二支撑板9的凹槽宽度相当，通过第二支撑板9阻止固定板11的转动，进而控制被测螺栓的转动，为此固定板11起到被连接件的作用，简便实用。
其中，在预紧过程中，为了避免因装置的变形导致的测试误差，本发明实施例中的装置的整体材料优选为刚性好的材料，同时适量加大第一连接板7、第二连接板8、第一支撑板6和第二支撑板9的厚度。例如调质40Cr、调质65Mn等，其厚度应根据不同材料做调整，数值大小与要求的预紧程度相匹配。
一种测试螺栓预紧力的控制方法，参见图7、图8、图9、图10和图11，该方法包括以下步骤
101 在被测螺栓上粘贴横向第一应变片1和竖向第二应变片2，并在其对称部位粘贴相应的横向第三应变片3和竖向第四应变片4 ；
其中，为了取得精度较高的预紧力值，本发明实施例优选在被测螺栓中部光滑部位粘贴横向第一应变片1和竖向第二应变片2，并在其对称部位粘贴横向第三应变片3和竖向第四应变片4。其中，两个竖向的应变片2、4为工作片，接入电桥的对臂两个横向应变片1、3为温度补偿片，分别接入电桥剩余的对臂中。
102 横向第一应变片1和竖向第二应变片2串联连接，横向第三应变片3和竖向第四应变片4串联连接，两个串联支路并联连接；
参见图3，将横向第一应变片1、竖向第二应变片2、横向第三应变片3和竖向第四应变片4之间搭建图3所示的惠斯通电桥。惠斯通电桥适用与检测电阻的微小变化，应变片的电阻变化也可以用这个电桥来测量。而横向第一应变片1、竖向第二应变片2、横向第三应变片3和竖向第四应变片4组成的全桥电路相对于其他性质的桥路来说更稳定更可靠， 而且能够实现自动补偿。由于所粘贴的四个应变片完全相同，比例常数为K，且应变分别为 ε ‘ 1； ε ‘ 2， ε ‘ 3， ε ‘ 4，则
权利要求
1.一种测试螺栓预紧力的装置，其特征在于，所述装置包括第一连接板，与所述第一连接板平行设置的第二连接板，所述第一连接板与所述第二连接板的顶部之间连接有中心带有通孔的第一支撑板，所述第一支撑板通过四组第一螺栓组件固定于所述第一连接板和所述第二连接板之上，所述第一连接板与所述第二连接板的底部之间连接有带有凹槽及中心通孔的第二支撑板，所述第二支撑板通过四组第二螺栓组件固定于所述第一连接板和所述第二连接板之上，所述第二支撑板的凹槽中设置有与所述凹槽宽度相匹配的固定板。
2.一种用于权利要求1所述的一种测试螺栓预紧力的装置的控制方法，其特征在于， 所述方法包括以下步骤(1)在被测螺栓上粘贴横向第一应变片和竖向第二应变片，并在其对称部位粘贴相应的横向第三应变片和竖向第四应变片；(2)所述横向第一应变片和所述竖向第二应变片串联连接，所述横向第三应变片和所述竖向第四应变片串联连接，两个串联支路并联连接；(3)贴好的所述被测螺栓穿过所述第一支撑板和所述第二支撑板固定设置在所述固定板上，刻度盘的空心孔套在所述被测螺栓头上，粘贴在所述第一支撑板；(4)用扭矩扳手对所述被测螺栓进行预紧，并在所述刻度盘的起始位置标示0°，以预设角度增量预紧，记录所得的预紧角度值α和第一电信号值ε ,；(5)通过数值拟合获取所述预紧角度值α与相对应的所述第一电信号值ε工的关系；(6)将所述被测螺栓拆卸下来，将第一套筒穿过四个应变片及其引出线套在所述被测螺栓的杆上，带内螺纹的第二套筒旋入所述被测螺栓的螺纹部分，所述被测螺栓装夹在试验机上，所述第一套筒和所述第二套筒分别装夹在所述试验机的上下卡头处；(7)对所述试验机以预设增量施加轴向拉力，记录所施加的轴向拉力和第二电信号值ε 2 ；(8)通过数值拟合方法获取所述轴向拉力与相对应的所述第二电信号值ε2的关系；(9)根据所述预紧角度值α与相对应的所述第一电信号值ε工的关系、所述轴向拉力与相对应的所述第二电信号值ε2的关系获取所述预紧角度值α和所述轴向拉力的关系， 以及所述被测螺栓预紧力的数值大小。
全文摘要
本发明公开了一种测试螺栓预紧力的装置及其控制方法，第一连接板，与所述第一连接板平行设置的第二连接板，所述第一连接板与所述第二连接板的顶部之间连接有中心带有通孔的第一支撑板，所述第一支撑板通过四组第一螺栓组件固定于所述第一连接板和所述第二连接板之上，所述第一连接板与所述第二连接板的底部之间连接有带有凹槽及中心通孔的第二支撑板，所述第二支撑板通过四组第二螺栓组件固定于所述第一连接板和所述第二连接板之上，所述第二支撑板的凹槽中设置有与所述凹槽宽度相匹配的固定板。实现了间接地测量螺栓预紧角度与预紧力之间的关系，从而达到测试螺栓预紧力的要求，该方法简单，降低了实验设备成本，提高了工作效率以及测试的精度。
文档编号G01L1/02GK102519652SQ201110429578
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者何柏岩, 孙阳辉, 石光达, 陈寺专 申请人:天津大学