一种用于螺栓轴力测量的方法技术

本发明专利技术属于螺纹紧固件试验技术领域，涉及一种用于螺栓轴力测量的方法，包括以下步骤：1、通过工装夹具标定出标定用的螺栓的超声波信号传播时间增量与轴力之间的标定曲线；2、在实际装配中测出实际装配螺栓的超声波信号传播时间增量数据；3、将实际装配螺栓的超声波信号传播时间增量数据与标定曲线相比较，得到实际装配螺栓的轴力。本发明专利技术可以避免破坏被连接件以产生浪费，同时可以保证标定和装配时拧紧设备的统一，避免系统误差以得到更准确的试验数据；另外还可以通过调整夹具的组合实现对不同规格、连接长度的螺栓的标定，有利于获得准确的标定曲线以支撑产品设计。结构简单，组装方便，互换性好，操作简便。

A Method for Measuring the Axis Force of Bolts

The invention belongs to the technical field of screw fastener test, and relates to a method for measuring the axial force of bolts, including the following steps: 1. Calibrating the calibration curve between the increment of ultrasonic signal propagation time and the axial force of the bolts for calibration by fixture; 2. Measuring the incremental data of ultrasonic signal propagation time of the actual assembly bolts; 3. Assembling the actual assembly bolts; The incremental data of ultrasonic signal propagation time of bolts are compared with the calibration curve, and the axial force of the actual assembly bolts is obtained. The invention can avoid destroying the connector to generate waste, ensure the unification of tightening equipment in calibration and assembly, avoid systematic errors to obtain more accurate test data, and realize the calibration of bolts of different specifications and connection lengths by adjusting the combination of fixtures, which is conducive to obtaining accurate calibration curves to support product design. The utility model has the advantages of simple structure, convenient assembly, good interchangeability and simple operation.

【技术实现步骤摘要】
一种用于螺栓轴力测量的方法
本专利技术属于螺纹紧固件试验
，涉及一种用于螺栓轴力测量的方法，具体地涉及一种利用超声波传播时间和可调节连接长度标定工装的轴力测量方法。
技术介绍
螺纹连接是汽车零部件之间最常用的连接方式之一，其目的是使被连接零件保持在一起且能克服连接零件所产生的外力，具有精度高、装配方便、零件拆装便利等优点，因此，装配拧紧的实质是要将螺栓的轴向预紧力控制在适当的范围。从装配方法由扭矩法向扭矩-转角法、屈服点法及轴力法发展的历程可知，装配工具和拧紧方法的发展趋势就是从利用扭矩对轴力进行间接控制到对轴力进行直接控制的过程。轴向预紧力的下限是由连接结构的功能决定的，该下限值必须保证被连接件在工作过程中始终可靠贴合。轴向预紧力的上限是由螺栓(螺母)和被连接件的强度决定的，该上限值必须保证螺栓及被连接件在预紧和服役的过程中不发生破坏。螺栓轴向预紧力设计的高低是产品设计和材料工艺水平的综合体现。在螺纹连接的设计中，除对连接的受力进行理论计算和软件模拟分析外，利用超声波对螺栓的轴力进行试验验证是目前最为常用和有效的方式，因其能够实现轴力静态测量和动态监控而在工业生产中得到了广泛的应用。但利用超声波进行夹紧力测量的重要环节是测量前需要对同批次试验螺栓进行标定以获得平均标定曲线。目前多采用专用设备进行卧式单独标定或利用垫片式传感器和被连接零件的一部分进行标定。这两种方法不仅操作不便、试验成本很高、需要破坏被连接零件，且存在标定设备和实际拧紧设备不统一造成的系统误差问题。通过查阅大量国内外资料，目前尚未查到在超声波夹紧力测量试验中，标定试验螺栓的有效工装和方法。专利文献1(CN1068255790A)中公开了一种六角头螺栓紧固轴力检测装置，包括套筒、承载垫块、筒式传感器和传感器显示器。此专利技术中的六角头螺栓紧固轴力检测装置，结构简单、合理，能适应不同长短六角头螺栓的紧固轴力测量；但该专利技术局限于六角头螺栓，且不能用于实际工作场合的装配测量。专利文献2(202560875U)中公开了一种用于螺栓轴力测量的固定装置和螺栓轴力测量装置，用于螺栓轴力测量的固定装置包括螺头固定件和螺杆固定件。此技术提供的固定装置能够固定螺栓的螺头和螺杆，当采用拉伸机等测量装置拉伸固定装置时，能够模拟螺栓装配过程中的螺栓的拉伸效果。本文献中的测量装置可应用超声波测量轴力技术，但无法模拟和测量装配至螺栓屈服点以上的螺栓的轴力。专利文献3(CN106011520A)中公开了一种测量高强度大六角头螺栓连接副紧固轴力的装置，包括中心开设有方孔的底板、安装于底板上的套筒、可设置于套筒上的应变感应环、对称贴在应变感应环两侧外壁上并连接应变仪的应变片。本文献中测量轴力需要使用应变片，操作复杂，且不能用于实际工作场合的装配测量。本专利技术主要为一种用于螺栓轴力测量的方法。本专利技术基于利用超声波测量螺栓轴力的原理，在不改变装配拧紧设备和试验零件的前提下，通过使用工装夹具，实现对试验螺栓的标定和测量操作。本专利技术可以解决文献1中试验螺栓形状受局限，不能用于实际工作场所的装配测量问题；可以避免文献2中无法模拟和测量装配至屈服点以上的螺栓的轴力的问题；可以解决文献3中操作复杂，不能用于实际工作场所的装配测量问题。本专利技术具有结构简单、组装方便、互换性好、成本低、操作方法灵活简便、可减小或避免不同设备的系统误差以及节省试验样品等优点，十分有利于应用在利用超声波测量螺纹连接夹紧力的工作中，有利于装配质量的提升。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术的目的在于提供一种用于试验螺栓轴力测量的方法，其可以避免破坏被连接件以产生浪费，同时可以保证标定和装配时拧紧设备的统一，避免系统误差以得到更准确的试验数据；另外还可以通过调整垫片、卡盘和螺母夹具的组合互换实现对不同规格、不同连接长度的试验螺栓的标定，有利于获得准确的标定曲线以支撑产品设计。一种用于螺栓轴力测量的方法，包括以下步骤：步骤一：通过工装夹具标定出标定用的螺栓的超声波信号传播时间增量与轴力之间的标定曲线；步骤二：在实际装配中测出实际装配螺栓的超声波信号传播时间增量数据；步骤三：将步骤二中测出的实际装配螺栓的超声波信号传播时间增量数据与步骤一中的标定曲线相比较，得到实际装配螺栓的轴力。技术方案步骤一中所述的工装夹具，由以下六部分组成：调整垫片、卡盘、螺母夹具、支撑板、支撑杆、形块；调整垫片放置在卡盘上的槽内固定；螺母夹具设置在轴力传感器一侧，轴力传感器设置在卡盘、支撑板之间；支撑杆两端加工螺纹并通过两端的螺纹分别与支撑板和形块连接。技术方案中调整垫片上加工通孔，并设计为具有8～25mm不同厚度、5～15不同孔数、φ6.6～φ26不同孔径的组合。技术方案中所述卡盘上表面加工与调整垫片a宽度一致的凹槽，在中心和与轴力传感器螺纹孔对应的位置加工通孔，并设计为具有10～30mm不同厚度、30～50mm不同槽宽、φ6.6～φ26不同中心孔径的组合。技术方案中所述卡盘放置在轴力传感器一侧并利用螺钉或其他方式可靠连接，用于承载和固定调整垫片a。技术方案中所述螺母夹具一侧加工与试验螺母对边宽度一致的凹槽，在中心和与轴力传感器定位销对应的位置加工通孔，并设计为具有25～35mm不同厚度、10～36mm不同槽宽、φ6.6～φ26不同中心孔径的组合。技术方案中所述螺母夹具放置在轴力传感器另一侧并利用螺钉可靠连接，用于固定试验螺母并传递夹紧力和扭矩。技术方案中所述支撑板中心加工通孔，在与轴力传感器定位孔对应的位置加工螺纹孔，在外侧加工与支撑杆螺纹部分一致的通孔；所述支撑板上表面与轴力传感器通过螺钉可靠连接；底面与支撑杆连接，用于承载轴力传感器；所述支撑杆两端加工螺纹并通过两端的螺纹分别与支撑板和形块连接，用于承载支撑板及与其连接的部件；所述形块中心加工内螺纹孔，并通过内螺纹孔与支撑杆连接，用于将整套工装固定在试验台或铁地板上。技术方案中所述标定用的螺栓与实际装配螺栓为同一批次且两端加工为平行平面的螺栓；所述标定用的螺栓连接长度与实际装配螺栓连接长度相同。技术方案中所述的超声波传播时间增量与轴力的标定曲线是多个标定用的螺栓的超声波传播时间增量与轴力之间的关系曲线的多项式拟合曲线。与现有技术相比本专利技术的有益效果是：(1)结构简单，组装方便，互换性好，操作方法灵活简便；(2)成本低；(3)可减小或避免不同设备的系统误差，节省试验样品。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明：图1为本专利技术所述一种用于螺栓轴力测量的方法中的螺栓标定安装正视图；图2为本专利技术所述一种用于螺栓轴力测量的方法中的螺栓标定安装仰视图；图3为本专利技术所述一种用于螺栓轴力测量的方法中的标定曲线；图中：a是调整垫片；b是卡盘；c是螺母夹具；d是支撑板；e是支撑杆，f是T形块。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作详细的描述：为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术为一种用于螺栓轴力测量的方法，包括：通过工装夹具标定出螺栓的超声波信号传播时间增量与轴力之间的标定曲线；在实际装配中测出螺栓的超声波信号传播时间增量数据；为得到螺栓轴力，将数据与标定曲线相比较。本专利技术中标定用的工装夹具的特征为：由调整垫片a、卡盘b、螺母夹具c、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于螺栓轴力测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：通过工装夹具标定出标定用的螺栓的超声波信号传播时间增量与轴力之间的标定曲线；步骤二：在实际装配中测出实际装配螺栓的超声波信号传播时间增量数据；步骤三：将步骤二中测出的实际装配螺栓的超声波信号传播时间增量数据与步骤一中的标定曲线相比较，得到实际装配螺栓的轴力。

【技术特征摘要】
1.一种用于螺栓轴力测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：通过工装夹具标定出标定用的螺栓的超声波信号传播时间增量与轴力之间的标定曲线；步骤二：在实际装配中测出实际装配螺栓的超声波信号传播时间增量数据；步骤三：将步骤二中测出的实际装配螺栓的超声波信号传播时间增量数据与步骤一中的标定曲线相比较，得到实际装配螺栓的轴力。2.根据权利要求1所述的一种用于螺栓轴力测量的方法，其特征在于：步骤一中所述的工装夹具，由以下六部分组成：调整垫片、卡盘、螺母夹具、支撑板、支撑杆、形块；调整垫片放置在卡盘上的槽内固定；螺母夹具设置在轴力传感器一侧，轴力传感器设置在卡盘、支撑板之间；支撑杆两端加工螺纹并通过两端的螺纹分别与支撑板和形块连接。3.根据权利要求2所述的一种用于螺栓轴力测量的方法，其特征在于：所述调整垫片上加工通孔，并设计为具有8～25mm不同厚度、5～15不同孔数、φ6.6～φ26不同孔径的组合。4.根据权利要求2所述的一种用于螺栓轴力测量的方法，其特征在于：所述卡盘上表面加工与调整垫片宽度一致的凹槽，在中心和与轴力传感器螺纹孔对应的位置加工通孔，并设计为具有10～30mm不同厚度、30～50mm不同槽宽、φ6.6～φ26不同中心孔径的组合。5.根据权利要求2所述的一种用于螺栓轴力测量的方法，其特征在于：所述卡盘放置在轴力传感器一侧并利用螺钉或其他方式可靠连接，用于承载和固定调整垫片。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王吉洋，李琨，裕莉莉，柴之龙，由剑，张薇，柳超，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22