一种螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置的制作方法

本发明涉及机械装配，具体涉及一种螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置。

背景技术：

1、螺纹连接是一种可以拆卸、可重复使用的连接方法，在各种机械设备中使用非常广泛。通常被用来连接和紧固一些零部件。在一些精密结构的装配过程中，拧紧力矩的大小直接决定了连接零件之间产生的轴向力的大小，影响结构的可靠性与功能性，因此准确获得螺纹连接结构的拧紧力矩和轴向力之间的关系，可以提高精密结构的装配水平。

2、国内外学者通过理论建模、有限元仿真、以及设计实验等方法给出了拧紧力矩和轴向力之间的关系，这些方法对于一些比较常用的螺纹连接结构能够给出令人满意的解答，但随着螺纹连接的形式更加广泛的应用到各类复杂的精密结构中，以上的方法往往存在一定局限性：

3、(1)使用理论建模方法计算拧紧力矩和轴向力之间的关系时，需要确定螺纹副的摩擦系数，对于复杂的结构还需要确定其它接触面的摩擦系数以及承力半径，而摩擦系数受到材料、表面粗糙度以及表面润滑工艺参数等多种因素的影响，对使用了新材料和新的表面处理工艺的复杂结构，理论建模方法中相关参数不易确定；

4、(2)有限元仿真方法在计算时也需要知道连接结构之间的摩擦系数，除此之外，有限元方法的计算精度与网格的尺寸，边界条件的设置等因素有很大的关系，对于复杂的精密结构，有限元方法的计算精度难以衡量；

5、(3)传统的试验方法，对于一般的螺纹连接结构(如螺栓螺母)往往采用应变法进行测量，直接在螺杆的外表面贴上应变片即可测量轴向力，但对于一些特殊的螺纹连接结构(如图1所示)，在拧紧过程中待测螺纹件产生的轴向力作用于外套螺母的内部，使得应变片无法直接贴在待测螺纹件上进行测量。

6、因此，发明人提供了一种螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置。

技术实现思路

1、(1)要解决的技术问题

2、本发明实施例提供了一种螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置，解决了复杂螺纹结构的拧紧力矩-轴向力测量难度大的技术问题。

3、(2)技术方案

4、本发明提供了一种螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置，包括外套螺母、阳接头、固定支架、轴力传递件、第一滚珠和轴力测试件；其中，

5、所述外套螺母螺纹连接于所述阳接头的第一端，所述阳接头的第二端贯穿于所述固定支架，所述轴力测试件安装于所述固定支架上，所述轴力传递件依次贯穿于所述外套螺母、所述阳接头且通过所述第一滚珠与所述轴力测试件点接触。

6、进一步地，所述测试装置还包括垫块，所述轴力测试件的一端通过所述垫块与所述固定支架的下端面接触。

7、进一步地，所述测试装置还包括第二滚珠，所述轴力测试件的一端通过所述第二滚珠与所述垫块点接触。

8、进一步地，所述固定支架包括固定板和支柱，多个沿竖直方向间隔设置的所述固定板通过所述支柱固定连接。

9、进一步地，所述固定板为方形平板结构，其上开设有用于与其它结构配合的螺纹孔。

10、进一步地，所述支柱为柱形结构，多个所述支柱的两端均连接于所述固定板的边角处。

11、进一步地，所述轴力传递件为具有阶梯特征的柱形结构，其粗段外径小于所述外套螺母的内螺纹，在轴向方向上通过接触面与所述外套螺母配合，其细段外径小于所述阳接头的内径。

12、进一步地，所述轴力测试件为柱形结构，其表面贴设有用于测量轴向变形的应变片，或使用压力传感器直接获得轴向力数据。

13、进一步地，当所述轴力测试件为阶梯轴结构时，所述固定板至少为三个，且所述轴力测试件的每一同径段的下端在拧紧力矩小于设定值时与相邻的下层固定板之间具有设定间隙。

14、进一步地，所述轴力测试件包括相互连接、且径向尺寸依次递减的多节柱状体。

15、(3)有益效果

16、综上，本发明通过轴力传递件将外套螺母、阳接头及待测螺纹件形成的螺纹连接结构在装配过程中产生的位于结构内部轴向力传递到外部轴力测试结构上进行测量，解决了复杂螺纹连接结构在拧紧力矩作用时轴向力产生在结构内部而不易被测量的问题。同时，在测试不同规格螺纹连接件时，只需改变阳接头上螺纹的规格，并更换相应的外套螺母，无需对整个工装进行修改，避免了繁琐的装置拆卸过程。

技术特征：

1.一种螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置，其特征在于，包括外套螺母(1)、阳接头(2)、固定支架、轴力传递件(5)、第一滚珠(6)和轴力测试件(7)；其中，

2.根据权利要求1所述的螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置，其特征在于，还包括垫块(8)，所述轴力测试件(7)的一端通过所述垫块(8)与所述固定支架的下端面接触。

3.根据权利要求2所述的螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置，其特征在于，还包括第二滚珠(9)，所述轴力测试件(7)的一端通过所述第二滚珠(9)与所述垫块(8)点接触。

4.根据权利要求1所述的螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置，其特征在于，所述固定支架包括固定板(3)和支柱(4)，多个沿竖直方向间隔设置的所述固定板(3)通过所述支柱(4)固定连接。

5.根据权利要求4所述的螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置，其特征在于，所述固定板(3)为方形平板结构，其上开设有用于与其它结构配合的螺纹孔。

6.根据权利要求4所述的螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置，其特征在于，所述支柱(4)为柱形结构，多个所述支柱(4)的两端均连接于所述固定板(3)的边角处。

7.根据权利要求4所述的螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置，其特征在于，所述轴力传递件(5)为具有阶梯特征的柱形结构，其粗段外径小于所述外套螺母(1)的内螺纹，在轴向方向上通过接触面与所述外套螺母(1)配合，其细段外径小于所述阳接头(2)的内径。

8.根据权利要求1所述的螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置，其特征在于，所述轴力测试件(7)为柱形结构，其表面贴设有用于测量轴向变形的应变片，或使用压力传感器直接获得轴向力数据。

9.根据权利要求4所述的螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置，其特征在于，当所述轴力测试件(7)为阶梯轴结构时，所述固定板(3)至少为三个，且所述轴力测试件(7)的每一同径段的下端在拧紧力矩小于设定值时与相邻的下层固定板(3)之间具有设定间隙。

10.根据权利要求9所述的螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置，其特征在于，所述轴力测试件(7)包括相互连接、且径向尺寸依次递减的多节柱状体。

技术总结
本发明涉及机械装配技术领域，具体涉及一种螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置。其包括外套螺母、阳接头、固定支架、轴力传递件、第一滚珠和轴力测试件；外套螺母螺纹连接于阳接头的第一端，阳接头的第二端贯穿于固定支架，轴力测试件安装于固定支架上，轴力传递件依次贯穿于外套螺母、阳接头且通过第一滚珠与轴力测试件点接触。该螺纹结构拧紧力矩与轴向力的测试装置的目的是解决复杂螺纹结构的拧紧力矩‑轴向力测量难度大的问题。

技术研发人员：王欣,邓瑛,郑远泊,张荣霞,吴为,曾元松
受保护的技术使用者：中国航空制造技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14