一种用于检测紧固件合理装配扭矩的检测仪器及其测试方法与流程

本发明涉及用于一种装配扭矩检测设备，特别是一种用于检测紧固件合理装配扭矩的检测仪器及其测试方法。

背景技术：
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众所周知，紧固件是各种机械产品中的重要联接件，广泛应用在各种车辆、船舶、建筑钢结构、桥梁及航空航天的联接中，例如：高铁动车、火力发电设备、水力发电设备、核电设备、风力发电机组设备、冶金设备、矿山设备、造船设备、石油石化设备等等都有成千上万的大型螺栓用于其关键零部件的连接，这些螺栓都需要根据设计工艺要求，使用能够输出额度扭矩的液压扭矩扳手、气动扭矩扳手、电动扭矩扳手、手动扭矩扳手或扭矩倍增器来拧紧和拆松，以确保每个连接螺栓的预紧力尽量相同，确保设备零部件被有效、安全、可靠的连接；预紧力过大和不足都容易造成螺栓联接失效，造成重大事故。

本人从事失效分析工作30多年，通过对紧固件失效案例的统计，因紧固件装配预紧力不当引起的失效，占紧固件失效的20％以上，造成紧固件失效的问题是因为螺栓装配后，从受力到破断分三个区，一是弹性变形区，二是塑性变形区，三是最后断裂区，螺栓装配的预紧力希望在弹性变形范围内，考虑到宅的安全系数，标准GB/T16823.3-2010《紧固件 扭矩-夹紧力试验》标准规定其装配预紧力不要超过弹性极限的75％，而这样的预紧力所对应的装配扭矩是多少要看螺栓联接系统的摩擦力大小而定，也就是中的螺栓头下支撑面和螺纹(螺栓和螺母之间摩擦力的大小)。也就是GB/T16823.2-1997《螺纹紧固件紧固通则》中的支撑面摩擦系数和螺纹摩擦系数》来决定。但是摩擦系数不是一成不变的，宅受材料的性质、硬度、表面粗糙度及表面涂覆层的性质来决定，并且在施力的过程中也会发生变化，而GB/T16823.2-1997标准规定两种摩擦系数下的轴力和扭矩的对照表中的数据不全，而且检测两种摩擦系数很困难，同时计算摩擦力如何确定合理的装配扭矩，生产和使用单位的技术人员能力不够，汽车行业做了一个经验数据标准QC/T518-2007，其中也有有很多不准确的数据，所以，在装配过程中是比较盲目的，给螺栓的失效埋下了隐患。

如在2010年.兵器部因坦克装甲车，以及导弹装载汽车在越野训练中产生紧固件松动和失效，要求包头一机集团联合北京理工大学研究《兵器紧固件的合理装配扭矩和预紧力的关系》，至今未果。而如何准确施力是目前各个使用单位的一大难题。

虽然市场上有专门的扭矩这种检测的试验仪器，国内用的比较多的是德国Test公司生产的T205型螺纹紧固性能试验机，该机器市场售价100万——150万一台，主要是大型企业的研究之用，而实际使用单位很少购买，一是价格贵；二是操作不方便；三是试验和实际装配受力情况存在相对误差；且德国产的T205型螺纹紧固性能试验机，只能检测螺纹组件，而实际被紧固零件的工作面检测有困难。

综上所述，只要测出装配扭矩和轴力的关系，就能够准确施力，避免预紧力过大和不足都容易造成螺栓联接失效，造成重大事故，即可解决上述的一系列问题。

技术实现要素：
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本发明是针对背景技术中的问题，提出供一种用于检测紧固件合理装配扭矩的检测仪器，结构简单，操作方便，能测出螺栓装配扭矩和轴力的关系，避免预紧力过大和不足都容易造成螺栓联接失效，造成重大事故。

本发明为解决以上技术问题，采用如下技术方案：一种用于检测紧固件合理装配扭矩的检测仪器，包括紧固件装配扭矩检测部、传感器、连接框和机架，其特征在于，所述紧固件装配扭矩检测部通过连接框连接传感器，其中，所述传感器一端用联接螺栓A固定在连接框的下端，另一端用联接螺栓B分别固定在机架的下端；所述紧固件装配扭矩检测部由设置在机架上端的被检支撑块和定位在连接框上的定位块组成，被检螺栓带端口端定位在定位块上的限位槽中，带螺纹端穿过被检支撑块并用与被检螺栓相配套的螺紧固，使用时，通过扭矩扳手输入扭矩拧紧螺母紧固被检螺栓，被检螺栓向上拉紧连接框，从而使固定在连接框下端上的联接螺栓A和固定在机架上的联接螺栓B之间产生相向位移变化，并将相向位移变化的数据在传感器上转化成被检螺栓的轴向夹紧力数据。

采用以上技术方案，本发明的用于检测紧固件合理装配扭矩的检测仪器的结构是通过扭矩扳手输入扭矩拧紧螺母紧固被检螺栓，被检螺栓向上拉紧连接框，从而使固定在连接框下端上的联接螺栓A和固定在机架上的联接螺栓B之间产生相向位移变化，并将相向位移变化的数据在传感器上转化成被检螺栓的轴向夹紧力数据，本发明的技术原理在于测出装配扭矩和轴力的关系，并根据检测出的装配扭矩和轴力的关系，提供给紧固件使用单位及设计人员选择合适的装配扭矩，确定紧固件的安装质量。作为本发明的优选方案，所述被检测支撑块为39mm×39mm×10mm的垫片，该垫片中间设有被检螺栓相配套的内孔，内孔直径大小稍大于被检螺栓直径；且制造所述被检测支撑块用的材料与被检螺栓所用紧固介质支撑面材料有相同硬度以及相同的，使得本发明在施力的过程中摩擦系数跟现场一致性，并能合理的确定装配扭矩。

采用以上的技术方案，本发明的检测支撑块为39mm×39mm×10mm的垫片，这样降低制造成本，而且制造所述被检测支撑块用的材料与被检螺栓所用紧固介质支撑面材料有相同硬度以及相同的粗糙度，降低了试验和实际装配受力情况存在相对误差，提高检测的精度。

作为本发明的优选方案，所述机架包括上垫板、下垫板及两块对称设置的侧垫板组成的方形框架，其中，所述上垫板上设有与被检支撑块相配套的支撑面凹槽。

采用以上技术方案，本发明所述机架包括上垫板、下垫板及两块对称设置的侧垫板组成的方形框架，使得本发明装配起来简单方便，便于携带，可以用简易的方式直接放在装配现场，配合扭矩扳手手工检测，也可以放实验室进行自动检测，还可以现场检测，且所述上垫板上设有与被检支撑块相配套的支撑面凹槽，进一步提高了试验和实际装配受力情况存在相对误差，提高检测的精度。

本发明为解决以上技术问题还提供一种用于检测紧固件合理装配扭矩的检测仪器的测试方法，其特征在于，第一步先根据被紧固介质的支撑面的材料和相同硬度以及相同的粗糙度，制成长宽高分别为39mm×39mm×10mm的垫片，且该垫片的内孔大小稍大于被检螺栓直径；第二步是将被检螺检端口端定位在定位块上，另一端穿过被检支撑块与螺母联接进行装配(或者按被连接体内螺纹加工成方形螺母)；第三步是选择适合被检螺栓扭矩的扭矩扳手，第四步是选择适合被检螺栓规格的定位套筒；第五步是，用扭矩扳手在被检螺栓上进行逐级施力，并同时在仪器的仪表上读出相应的扭矩和夹紧力，并记录成《扭矩和夹紧力的对应关系表》；第六步是根据螺栓的设计等级，按照GB/T3098.1-2010标准查表找出螺栓的保证载荷，并按GB/T16823.3-2010选择装配夹紧力＝0.7-0.8保证载荷的要求计算出夹紧力的范围(也可以按设计需要设定夹紧力)，并根据《扭矩和轴力的对应关系表》找出合理装配扭矩的范围；最后一步是现场装配，按照上述试验结果设定螺栓装配工具的扭矩范围正常装配。

采用以上的技术方案的方法，操作方法简单，普通装配工人可以操作，简易的操作可以避免使用方出现事故，减少失效的灾难。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的扭矩和夹紧力的对应关系表；

图3为本发明的扭矩和轴力的对应关系表。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步地说明。

请参阅附图是本发明的结构的示意图。本发明一种用于检测紧固件合理装配扭矩的检测仪器，包括紧固件装配扭矩检测部、传感器(9)、连接框(6)和机架，其特征在于，所述紧固件装配扭矩检测部通过连接框(6)连接传感器(9)，其中，所述传感器(9)一端用联接螺栓A(7)固定在连接框(6)的下端，另一端用联接螺栓B(10)分别固定在机架的下端；所述紧固件装配扭矩检测部由设置在机架上端的被检支撑块(2)和定位在连接框(6)上的定位块(4)组成，被检螺栓(5)带端口端定位在定位块(4)上的限位槽中，带螺纹端穿过被检支撑块(2)并用与被检螺栓(5)相配套的螺母(1)紧固，使用时，通过扭矩扳手输入扭矩拧紧螺母(1)紧固被检螺栓(5)，被检螺栓(5)向上拉紧连接框(6)，从而使固定在连接框(6)下端上的联接螺栓A(7)和固定在机架上的联接螺栓B(10)之间产生相向位移变化，并将相向位移变化的数据在传感器(9)上转化成被检螺栓(5)的轴向夹紧力数据；本发明的用于检测紧固件合理装配扭矩的检测仪器的结构是通过扭矩扳手输入扭矩拧紧螺母(1)紧固被检螺栓(5)，被检螺栓(5)向上拉紧连接框(6)，从而使固定在连接框(6)下端上的联接螺栓A(7)和固定在机架上的联接螺栓B(10)之间产生相向位移变化，并将相向位移变化的数据在传感器(9)上转化成被检螺栓(5)的轴向夹紧力数据，本发明的技术原理在于测出装配扭矩和轴力的关系，并根据检测出的装配扭矩和轴力的关系，提供给紧固件使用单位及设计人员选择合适的装配扭矩，确促紧固件的安装质量。作为本发明的优选方案，所述被检测支撑块(2)为39mm×39mm×10mm的垫片，该垫片中间设有被检螺栓(5)相配套的内孔，内孔直径大小稍大于被检螺栓(5)直径；且制造所述被检测支撑块(2)用的材料与被检螺栓(5)所用紧固介质支撑面材料有相同硬度以及相同的，使得本发明在施力的过程中摩擦系数跟现场一致性，并能合理的确定装配扭矩。

采用以上的技术方案，本发明的检测支撑块(2)为39mm×39mm×10mm的垫片，这样降低制造成本，而且制造所述被检测支撑块(2)用的材料与被检螺栓(5)所用紧固介质支撑面材料有相同硬度以及相同的粗糙度，降低了试验和实际装配受力情况存在相对误差，提高检测的精度。

作为本发明的优选方案，所述机架(8)包括上垫板(3)、下垫板(11)及两块对称设置的侧垫板(8)组成的方形框架，其中，所述上垫板(3)上设有与被检支撑块(2)相配套的支撑面凹槽，本发明所述机架(8)包括上垫板(3)、下垫板(11)及两块对称设置的侧垫板(8)组成的方形框架，使得本发明装配起来简单方便，便于携带，可以用简易的方式直接放在装配现场，配合扭矩扳手手工检测，也可以放实验室进行自动检测，还可以现场检测，且所述上垫板(3)上设有与被检支撑块(2)相配套的支撑面凹槽，进一步提高了试验和实际装配受力情况存在相对误差，提高检测的精度。

本发明为解决以上技术问题还提供一种用于检测紧固件合理装配扭矩的检测仪器的测试方法：第一步先根据被紧固介质的支撑面的材料和相同硬度以及相同的粗糙度，制成长宽高分别为39mm×39mm×10mm的垫片，且该垫片的内孔大小稍大于被检螺栓(5)直径。

第二步是将被检螺栓(5)端口端定位在定位块(4)上，另一端穿过被检支撑块(2)与螺母(1)联接进行装配。

第三步是选择适合被检螺栓(5)扭矩的扭矩扳手。

第四步是选择适合被检螺栓(5)规格的定位套筒。

第五步是，用扭矩扳手在被检螺栓(5)上进行逐级施力，并同时在传感器(9)上读出相应的扭矩和夹紧力，并记录成如附图2《扭矩和夹紧力的对应关系表》。

第六步是根据螺栓的设计等级，按照GB/T3098.1-2010标准查表找出螺栓的保证载荷，并按《装配夹紧力＝0.7-0.8保证载荷》的要求计算出夹紧力的范围，并根据附图3中的《扭矩和轴力的对应关系表》找出合理装配扭矩的范围。

最后一步是现场装配，按照上述试验结果设定螺栓装配工具的扭矩范围正常装配。