一种测力螺栓及轴向力的测试方法技术

本发明专利技术属于机械连接技术领域，具体涉及测力螺栓及其轴向力的测试方法。一种测力螺栓，所述螺栓(2)包括螺栓头(2a)和螺杆(2b)，螺栓头(2a)上开设内孔，并向螺杆(2b)部位沿伸，其特征在于螺栓(2)内固定有芯体(1)，所述芯体(1)粘贴有应变片(3)，芯体(1)一端固定在螺栓杆(2b)内，另一端固定在螺栓头(2a)内，紧固螺栓后能产生应变力，应变片(3)通过应变测试线(4)与应变测试单元(6)连接。本发明专利技术提供一种测力螺栓及轴向力测量方法，在螺栓内孔内安装粘接有应变片的芯体，芯体与主体螺栓紧密固定，可以直接通过芯体上的应变片得到应变值，测得螺栓的轴向力值。

Method for measuring force bolt and axial force

The invention belongs to the technical field of mechanical connection, in particular to a measuring bolt and a method for measuring the axial force of the bolt. A force of bolt, the bolt comprises a bolt head (2) (2a) (2b), and the screw bolt head (2a) is arranged on the inner hole, and the screw (2b) sites along the extension, which is characterized in that the bolt (2) is fixed in the core body (1), the core (1) the strain sheet (3), a core body (1) is fixed on the bolt rod (2b), the other end is fixed on the bolt head (2a), the fastening bolt can produce strain, strain gauge (3) by strain test line (4) and (6) cell strain test connection. The invention provides a bolt force and axial force measuring method, the core body in the inside of the bolt is installed in the hole bonded strain gauge, the core and the main body is tightly fixed bolt, can be directly through the strain gauge core body. The strain value, the measured axial force value of bolt.

【技术实现步骤摘要】
一种测力螺栓及轴向力的测试方法
本专利技术属于机械连接
，具体涉及测力螺栓及其轴向力的测试方法。
技术介绍
螺栓连接结构广泛应用于机械系统中，是最为常见的连接形式之一。在预紧力的作用下，螺栓轴向张力给予接触面产生摩擦力来达到接合紧固的目的。随着机械自动化技术的广泛应用，对螺栓连接可靠性的要求越来越高。对于重要产品的敏感部位，螺栓连接预紧力的大小有着极为严格的规定。如发动机中缸盖、连杆、主轴承盖、飞轮及曲轴皮带轮等重要螺栓的紧固质量直接影响发动机的动力性、安全性及可靠性，因此也存在相关的规范或标准予以明确要求；海上兆瓦级风力发电机组各总成部件一般使用高强度螺栓连接，其螺栓的可靠性在整机安全工作方面中占关键作用；石油勘探工程中的缆绳张力监测、锚定负荷、牵引负载等测试预测，是勘探工作首要面对的问题；汽车等通用交通工具中，不同关键部件的装配力也有着严格的等级区别；航空航天领域内的飞机引擎、弹射座椅、级间结合面、太阳能电池阵列、测试望远镜支撑等，均需要螺栓的可靠性连接予以保证；最为特殊的，火工品(武器装备)的悬架、支撑，以及火工品的地面试验，对连接面均有着极为特殊的要求。现有螺栓的预紧力测试为扭矩法和转角法。扭矩法是指设定螺栓的最终扭矩，要求装配时通过扭矩扳手或风枪等工具，拧紧到设定扭矩，装配较为便捷。转角法先给定一个初始扭矩进行预紧，目的是消除螺纹之间的间隙，再增加一个或多个转角，达到设定的螺栓伸长量，以便精确地获得所需要的轴向夹紧力。然而，通过扭矩主要反应螺栓界面摩擦力，而摩擦力向螺栓轴向拉力的反算需要明确摩擦系数，在不同界面情况下，存在较大误差。螺栓连接后，由于环境的影响，如振动、温度、湿度等，可能产生预紧力的变化，如连接部位的应力松弛和局部变形，进而导致连接松动和滑移。螺栓连接后的预紧力监测也成为难点。中联重科股份有限申请的专利CN103616118A“螺栓及其预紧力的检测系统、控制方法”，公开了一种螺栓及其预紧力的检测系统、控制方法。具体方案如下：在螺栓的光杆段的外表面上贴附应变片；在螺栓头上开设第一通孔；通过导线穿过第一通孔，以将应变片和测量机构电连接；对螺栓进行预紧，以使测量机构获取应变片的轴向应变ε，并根据轴向应变ε与预紧力F的关系式控制螺栓的预紧力F，以完成安装。虽然通过该项技术可以直接得到螺栓的轴向预紧力，但是由于导线穿过通孔，导线容易绞接，影响装配，应变随着温度变化无法得到补偿，同时也无法实现密封防潮的功能。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种测力螺栓及轴向力测量方法，在螺栓内孔内安装粘接有应变片的芯体，芯体与主体螺栓紧密固定，可以直接通过芯体上的应变片得到应变值，测得螺栓的轴向力值。为解决以上问题，本专利技术一种测力螺栓，所述螺栓包括螺栓头和螺杆，在螺栓头上开设内孔，并向螺杆部位沿伸，螺栓内内固定有芯体，芯体内粘贴应变片，芯体的一端固定在螺栓杆内，另一端固定在螺栓头内，紧固螺栓后能产生应变力，应变片通过应变测试线与应变测试单元连接。进一步地，芯体螺栓杆一端设有芯体螺纹，在螺杆内部位置设有相应的螺栓内螺纹，芯体与螺杆通过螺纹拧紧固定；进一步地，芯体另一端面设有芯体安装面，芯体安装面上设置芯体安装槽，通过芯体安装槽拧紧芯体螺纹，将芯体与螺杆固定，安装后芯体安装面端处于螺栓头内部位置。进一步地，安装面上设置芯体线孔，应变测试线穿过芯体线孔与应变测试单元连接。进一步地，所述的芯体安装槽为一字或十字。进一步地，所述的芯体上粘贴的应变片使用平衡桥路连接。进一步地，所述螺栓头端内孔设有螺栓头端螺纹，插头拧入螺栓头端螺纹与应变测试线连接，同时通过电缆与应变测试单元连接。进一步地，所述插头为常用的航空插头、电连接器、插座。进一步地，所述的插头上设置有密封圈。本专利技术提供一种轴向力测试方法，测试方法具体步骤如下：(1)零位调整：首先将应变片粘结在芯体上，仅连接芯体、插头、电缆、应变测试单元及力测试单元。启动力测试单元及应变测试单元后，即可测得零位的应变及力值。此时，芯体未受力，因此需要将测得的力值及应变值清零。(2)芯体安装：将芯体与插头拆分，清洗螺栓内部的安装空间，以防止在芯体安装过程中影响芯体的初始状态。将芯体缓慢旋紧至螺栓内部，芯体一端与螺栓内螺纹连接，在芯体逐渐旋紧的过程中，芯体最终将具有初始应变，也即处于拉伸状态。为防止芯体与螺栓的相对运动而影响力值的测试精度，在螺栓内部的安装空间内，灌入环氧胶。此外，环氧胶将芯体的应变片与外界空间隔离，起到防水防潮的作用。连接插头及应变测试线，将插头与螺栓连接，并保证连线在螺栓内部平顺，并在插头及螺栓之间设置密封圈。(3)初始力测试，首先连接插头、电缆、应变测试单元及力测试单元。启动力测试单元及应变测试单元，因为芯体具有初始应变，所以应变测试单元及力测试单元均有数值，此时力值记为F0。(4)安装过程实时监测，安装连接件，旋紧螺栓，螺栓在承力作用下产生应变，而芯体与螺栓固定连接，因此也将产生应变。通过应变测试单元及力测试单元可以直接测试出具体数值，记为F1。将F1-F0，即为螺栓的实时轴力。(5)状态实时监测，指螺栓达到轴力要求后，实施测试轴力数据F1-F0，并与目标轴力对比。本专利技术中螺栓为通用标准螺栓，其外形尺寸及螺纹均与现有通用产品一致。螺栓的中心位置从螺栓头端依次开设螺栓头端螺纹、螺栓内孔、螺栓内螺纹。螺栓头端螺纹用于连接插头，螺栓头端螺纹形成的空间用于芯体的旋紧。螺栓头端螺纹的深度低于螺栓头的高度，以保证芯体的旋紧端与螺栓的螺杆变形一致。螺栓使用方法如下：螺栓旋紧，螺栓受到轴向作用力后，产生轴向形变；因为芯体与螺栓应变一致，可以直接通过芯体上的应变片得到应变值。应变由应变测试单元监测，并将测试值输入力值测试单元，得到具体力值。螺栓达到目标预紧力后，停止旋紧；实时监测的应变值可以直观反应螺栓是否存在蠕变、松动、过载等情况。本专利技术的有益效果是：在螺栓的旋紧过程中可直接得到螺栓的轴向力，也即可以量化螺栓的预紧力，克服了现有螺栓带有通孔，线路缠绕，影响装配的问题，在螺栓安装使用后，可以实时监测螺栓的轴向力，为螺栓的防松及轴向力过大等提供安全警示作用。可适用于现有螺栓的所有使用场合，操作方式也与现有螺栓一致；本专利技术中使用芯体提供应变片的安装面，操作简单。应变片为全桥连接，满足桥路平衡，实现了线路补偿、温度补偿的功能，具有反应灵敏、精度高等优势；芯体与主体螺栓连接后，应变一致，通过截面积、材料特性等计算轴向力，具有计算简单、精度高、标定方便等优点；本专利技术采用了插头与主体螺栓直接相连，且插头和主体螺栓之间采用了密封设计，可在高湿度、水下、高低气压等环境中使用；电缆可以直接与插头相连，插拔方便。附图说明图1测力螺栓结构图图2芯体结构图图3螺栓主视图图4芯体右视图图5芯体左视图图6测试流程图1芯体；1a芯体线孔；1b应变片安装面；1c芯体安装槽；1d芯体螺纹；1e芯体安装面；2螺栓；2a螺栓头；2b螺杆；2c螺栓头端螺纹；2d螺栓内孔；2e螺栓内螺纹；3应变片；4应变测试线；5密封圈；6应变测试单元；7力测试单元8电缆；9插头。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，如图1至图5所示，本专利技术提供一种测力螺栓，所述螺栓2包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测力螺栓，所述螺栓(2)包括螺栓头(2a)和螺杆(2b)，螺栓头(2a)上开设内孔，并向螺杆(2b)部位沿伸，其特征在于螺栓(2)内固定有芯体(1)，所述芯体(1)粘贴有应变片(3)，芯体(1)一端固定在螺栓杆(2b)内，另一端固定在螺栓头(2a)内，紧固螺栓后能产生应变力，应变片(3)通过应变测试线(4)与应变测试单元(6)连接。

【技术特征摘要】
1.一种测力螺栓，所述螺栓(2)包括螺栓头(2a)和螺杆(2b)，螺栓头(2a)上开设内孔，并向螺杆(2b)部位沿伸，其特征在于螺栓(2)内固定有芯体(1)，所述芯体(1)粘贴有应变片(3)，芯体(1)一端固定在螺栓杆(2b)内，另一端固定在螺栓头(2a)内，紧固螺栓后能产生应变力，应变片(3)通过应变测试线(4)与应变测试单元(6)连接。2.根据权利要求1所述的测力螺栓，其特征在于所述的芯体(1)一端设有芯体螺纹(1d)，在螺杆(2b)内部设有相应的螺栓内螺纹(2e)，芯体(1)螺杆端与螺杆(2b)通过螺纹拧紧固定。3.根据权利要求2所述的测力螺栓，其特征在于所述的芯体(1)另一端设有芯体安装面(1e)，芯体安装面上设置芯体安装槽(1c)，通过芯体安装槽(1c)拧紧芯体螺纹，将芯体(1)与螺杆固定，安装后芯体安装面(1e)端处于螺栓头(2a)内部。4.根据权利要求3所述的测力螺栓，其特征在于所述的芯体安装面(1e)上设置芯体线孔(1a)，应变测试线(4)穿过芯体线孔(1a)与应变测试单元(6)连接。5.根据权利要求4所述的测力螺栓，其特征在于所述芯体线孔(1a)沿芯体(1)的轴线圆周布置，芯体线孔(1a)的个数为4个或6个或8个。6.根据权利要求3所述的测力螺栓，其特征在于所述的芯体安装槽(1c)为一字或十字。7.根据权利要求1所述的测力螺栓，其特征在于所述的芯体(1)上粘贴的应变片(3)使用平衡桥路连接。8.根据权利要求1所述的测力螺栓，其特征在于在螺栓头端内孔设有螺栓头端螺纹(2c)，插头(9)拧入螺栓头端螺纹(2c)与应变测试线(4)连接，通过电缆(8)与应变测试单元(6)连接。9.根据权利要求8所述的测力螺栓，其特征在于所述的插头(9)上设置有密封圈(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：严鲁涛，杨志鹏，邱杰，王晓森，
申请(专利权)人：天津航天瑞莱科技有限公司，北京航天斯达科技有限公司，北京强度环境研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12