一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置和方法制造方法及图纸

一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置和方法，包括测试螺栓，螺栓在螺头端面沿着螺栓的轴向设有盲孔，盲孔远离螺头端面的一端倾斜的设有三个通孔，相邻通孔之间为120

【技术实现步骤摘要】
一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置和方法


[0001]本专利技术涉及螺栓稳定性测量
，具体是一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置和方法。

技术介绍

[0002]螺栓对整个大型结构起着非常重要的作用，当大型结构发生形变时，这些固定各部件的螺栓所承载的应力将最先发生变化，所以螺栓预紧力的检测是十分重要的；现有测力螺栓一般通过螺栓中间插入传感器来计算轴向应力，而这种螺栓仅仅只能测量螺栓的轴向应力，无法计算因撬动载荷引起的螺栓弯曲应力。
[0003]应力：物体因外力作用下产生的抵抗变形的力称为内力，单位面积上的内力称为应力；
[0004]应变：物体在外力等因素下物体局部的相对变形；
[0005]中性层：既不受拉又不受压的过渡层；
[0006]中性轴：中性层与横截面的交线；
[0007]应变片：由敏感栅等构成的测量应变的元件；
[0008]惠斯通电桥：一种可以精确测量电阻的仪器。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种方便操作、效果良好的同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置和方法。本专利技术是以如下技术方案实现的：一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置，包括测试螺栓，所述螺栓在螺头端面沿着螺栓的轴向设有盲孔，所述盲孔远离螺头端面的一端倾斜的设有三个通孔，相邻通孔之间为120
°
，所述螺栓圆周面靠近通孔处设有用于布置应变片的环形槽。
[0010]其进一步是：所述通孔与螺栓的轴向之间的倾斜角为45
°
。
[0011]所述环形槽位于螺栓的螺纹啮合区域上方。
[0012]所述环形槽的槽底直径与螺栓的螺纹小径相同。
[0013]所述盲孔的直径约为3mm，所述通孔的直径约为2mm，所述环形槽的槽宽约为12mm。
[0014]一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的方法，包括如下步骤：
[0015]S1、在环形槽内沿着圆周方向布置有三个应变片，三个所述应变片间呈120
°
分布；
[0016]S2、采用1/4桥路接入惠斯通电桥，将三个所述应变片分别接入三组桥路中；
[0017]S3、螺栓的轴向应力和弯曲应力的计算方法如下：
[0018]根据惠斯通桥路联接方式求出待测应变片应变：
[0019][0020]其中：U0为桥路两端电压，U为测量电压，K为应变片灵敏度系数，ε为轴向应变，三个所述应变片应变分别设为ε0、ε
120
、ε
240
，螺栓的轴向应变ε为：
[0021][0022]螺栓的轴向应力σ和残余预紧力F分别为：
[0023]σ＝Eε
[0024]F＝σA
[0025]其中，E为螺栓杨氏模量，A为贴应变片处螺栓横截面积；
[0026]根据螺栓的轴向应变，求出各个应变片因弯矩引起的弯曲应变为：
[0027]ε0′
＝ε0‑
ε
[0028]ε
120
′
＝ε
120
‑
ε
[0029]ε
240
′
＝ε
240
‑
ε
[0030]选取ε0′
、ε
120
′
、ε
240
′
中异号的两个应变，假设ε0′
、ε
120
′
异号，则求出弯矩引起的螺栓处最大的弯曲应变为：
[0031]或此时最大弯曲应力为：σ
bmax
＝Eε
bmax
；
[0032]步骤S1中，所述应变片的引线通过通孔和盲孔引出。
[0033]步骤S2中，R1为待测应变片，R2、R3、R4为标准电阻。
[0034]步骤S3中，ε0′
、ε
120
′
异号，则中性层位于0
°
及120
°
应变片中间，
[0035]根据材料力学弯曲应变与弯矩的关系
[0036][0037]其中，M为弯矩，y为距中性层距离，I
z
为横截面对中性轴的惯性矩，则ε0′
、ε
120
′
及ε
bmax
分别为：
[0038][0039][0040][0041]其中θ1和θ2分别为0
°
及120
°
应变片与圆心连线与中性轴的夹角，且θ1+θ2＝120，求出
[0042][0043][0044]同理可以求出：
[0045][0046]则求出弯矩引起的螺栓处最大的弯曲应变为：
[0047]或
[0048]本专利技术具有以下优点：本专利技术的同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置和方法，在螺栓上加工处贴片区域，在贴片区域沿圆周120度方向粘贴应变片，通过惠斯通电桥分别测量三个应变片应变，在测量螺栓轴向应力的同时，还能计算出螺栓的弯曲应力，加强了螺栓测力的全面性，同时操作简单，测试结果准确性高。
附图说明
[0049]图1是本专利技术的结构示意图；
[0050]图2是本专利技术的应变片的桥路联接示意图；
[0051]图3是本专利技术的螺栓应力截面示意图；
[0052]图中：1、盲孔，2、通孔，3、环形槽，4、应变片。
具体实施方式
[0053]如图1至图3所示的一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置，包括测试螺栓，所述螺栓在螺头端面沿着螺栓的轴向设有盲孔1，所述盲孔1远离螺头端面的一端倾斜的设有三个通孔2，相邻通孔2之间为120
°
，所述螺栓圆周面靠近通孔2处设有用于布置应变片4的环形槽3。所述通孔2与螺栓的轴向之间的倾斜角为45
°
。所述环形槽3位于螺栓的螺纹啮合区域上方。所述环形槽3的槽底直径与螺栓的螺纹小径相同。所述盲孔1的直径约为3mm，所述通孔2的直径约为2mm，所述环形槽3的槽宽约为12mm。本专利技术的同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置，在测量之前对螺栓进行加工以满足测量的需要，由螺栓的螺头端面沿着螺栓的轴向设有盲孔，盲孔的直径约为3mm，由盲孔的内侧端部朝远离盲孔1的方向倾斜45
°
设有直径约为2mm的通孔，即通孔与螺栓的轴向成45
°
夹角，沿着螺栓的圆周方向设有三个通孔，三个所述通孔2间呈120
°
分布；螺栓圆周面靠近通孔处设有用于布置应变片的环形槽，环形槽位于螺栓的螺纹啮合区域上方，且环形槽的槽底直径与螺栓的螺纹小径相等，环形槽的槽宽约为12mm以满足贴片所需要的空间。
[0054]一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的方法，包括如下步骤：
[0055]S1、在环形槽3内沿着圆周方向布置有三个应变片4，三个所述应变片4间呈120
°
分布；且每一片应变片4对应一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置，其特征在于：包括测试螺栓，所述螺栓在螺头端面沿着螺栓的轴向设有盲孔(1)，所述盲孔(1)远离螺头端面的一端倾斜的设有三个通孔(2)，相邻通孔(2)之间为120
°
，所述螺栓圆周面靠近通孔(2)处设有用于布置应变片(4)的环形槽(3)。2.如权利要求1所述的一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置，其特征在于：所述通孔(2)与螺栓的轴向之间的倾斜角为45
°
。3.如权利要求1所述的一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置，其特征在于：所述环形槽(3)位于螺栓的螺纹啮合区域上方。4.如权利要求1所述的一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置，其特征在于：所述环形槽(3)的槽底直径与螺栓的螺纹小径相同。5.如权利要求1所述的一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置，其特征在于：所述盲孔(1)的直径约为3mm，所述通孔(2)的直径约为2mm，所述环形槽(3)的槽宽为12mm。6.一种使用权利要求1所述的同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、在环形槽(3)内沿着圆周方向布置有三个应变片(4)，三个所述应变片(4)间呈120
°
分布；S2、采用1/4桥路接入惠斯通电桥，将三个所述应变片分别接入三组桥路中；S3、螺栓的轴向应力和弯曲应力的计算方法如下：根据惠斯通桥路联接方式求出待测应变片应变：其中：U0为桥路两端电压，U为测量电压，K为应变片灵敏度系数，ε为轴向应变，三个所述应变片应变分别设为ε0、ε
120
、ε
240
，螺栓的轴向应变ε为：螺栓的轴向应力σ和残余预紧力F分别为：σ＝EεF＝σA其中，E为螺栓杨氏模量，A为贴应变片处螺栓横截面积；根据螺栓的轴向应变，求出各个应变片因弯矩引起的弯曲应变为：ε0′
＝ε0‑

【专利技术属性】
技术研发人员：宋士超，刘恩亮，李凯，孙崇，邱习强，李善辉，李雷，
申请(专利权)人：徐州徐工挖掘机械有限公司，
类型：发明
国别省市：