[发明专利]一种螺纹紧固件轴力测量方法及其测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及螺纹紧固件轴力测量技术领域，具体涉及一种螺纹紧固件轴力测量方法及其测量装置。

背景技术

螺栓设计时，首先必须根据使用工况和要求确定螺栓所需要的轴向预紧力(轴力)，以满足联接使用要求；在螺栓实际装配过程中，通常对螺栓施加一定的扭矩，以便使得螺栓轴力达到设计要求。

在螺栓联接的真实工况下，由于螺栓受到外载荷作用时，容易出现松弛、甚至松脱现象，在该过程中螺栓轴力衰减。螺栓轴力衰减是影响机械可靠性的重要原因。随着科技水平的发展，可靠性设计在设计阶段的重要性越发凸显，因此，研究螺栓轴力衰减规律成为可靠性研究重要的一方面。

关于螺栓轴力的测量，目前有应变测量、超声波测量等间接测量方法。

超声波测量方式，是通过测量一定速度下，声波发射和接收时间的变化量，来获得螺栓伸长量再由螺栓伸长量通过应力应变公式计算螺栓轴力。同理，应变测量，是通过粘贴于螺栓杆部的应变片的变形量，计算螺栓伸长量，再由螺栓伸长量通过应力应变公式计算螺栓轴力。

显然，上述两种测量螺栓轴力的方法均利用弹性范围内，螺栓轴力与螺栓伸长量成正比的关系进行检测跟踪螺栓轴力，适合在螺栓弹性阶段测量，但是，当螺栓发生塑性变形时，存在测量精度低的问题，无法获得螺栓轴力的真实值。

有鉴于此，本领域技术人员亟待提供一种螺纹紧固件轴力测量方法，以精确测量螺纹紧固件在弹/塑性范围内的轴力。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种螺纹紧固件轴力测量方法和测量装置，以精确测量螺纹紧固件在弹/塑性范围内的轴力，从而为螺纹联接可靠性设计的理论研究提供数据支持，进而指导设计和装配工艺向精确控制方向发展。

本发明所提供的一种螺纹紧固件轴力测量方法，模拟螺纹紧固件连接联接件和被联接件的实际使用过程，获取所述联接件和所述被联接件的结合面之间的接触压力，并根据所述接触压力确定所述螺纹紧固件的轴力；

所述使用过程包括正常紧固、正常拆卸和/或在动载荷作用下螺纹紧固件轴力松弛的过程。

优选地，采用柔性薄膜网格状触觉压力传感器获取所述接触压力。

优选地，所述螺纹紧固件轴力等于所述接触压力的面积分。

优选地，实时根据所述接触压力确定所述螺纹紧固件的轴力，并以图表形式显示。

本发明还提供一种螺纹紧固件轴力测量装置，包括：

测量专用工装，包括用于模拟螺纹紧固件实际使用过程的联接件和被联接件；数据采集单元，用于获取所述联接件和所述被联接件的结合面之间的接触压力；

数据处理单元，用于根据所述接触压力确定螺纹紧固件轴力；和

输出单元，用于输出所述螺纹紧固件轴力值；

所述使用过程包括正常紧固、正常拆卸或/和在动载荷作用下的螺纹紧固件轴力的松弛过程。

优选地，所述数据采集单元具体包括设置于所述联接件和被联接件的柔性薄膜网格状触觉压力传感器和数据采集器，所述数据采集器的信号接收端和所述柔性薄膜网格状触觉压力传感器的信号输出端连接。

优选地，所述测量专用工装包括底座、活动件和设置于所述底座以限定所述活动件相对于所述底座转动自由度的止动件；所述底座和所述活动件，用于模拟所述螺纹紧固件实际使用过程中的所述联接件和所述被联接件；所述螺纹紧固件的螺杆穿过所述活动件与所述底座形成螺纹副，所述柔性薄膜网格状触觉压力传感器设置于所述底座和所述活动件之间。

优选地，所述活动件和所述止动件通过至少一对相适配的限位槽和限位块配合，所述限位槽和所述限位块中的一者置于所述活动件，另一者置于所述止动件。

优选地，所述底座和所述止动件通过相适配的撑脚凸台和撑脚槽配合，以限定所述止动件相对于所述底座的转动自由度和垂直于轴力方向的平动自由度；所述撑脚凸台和所述撑脚槽中的一者置于所述底座，另一者置于所述止动件。

优选地，所述底座具有与所述柔性薄膜网格状触觉压力传感器的形状相适配的定位槽，所述柔性薄膜网格状触觉压力传感器置于所述定位槽内。

优选地，所述测量专用工装还包括激振器，所述激振器可拆卸的连接于所述活动件以模拟所述螺纹紧固件在交变载荷下轴力的衰减过程。