一种压载式螺栓轴力标定测量装置及标定方法与流程

1.本发明涉及式螺栓轴力标定技术领域，尤其涉及一种压载式螺栓轴力标定测量装置及标定方法。


背景技术：

2.目前，通常用超声波测量螺栓轴力，其原理是：根据声弹性理论,固体中的声速与应力有关,在材料屈服强度以内,材料的伸长量与施加的张力呈正比,应力与伸长量的比值是一个常数,即弹性模量。超声测量螺栓轴向应力,使用的是脉冲反射法。该法是将超声波探头用耦合剂放在螺栓的一端探头首先产生一个声脉冲穿过螺栓的整个长度,在另一侧被反射回超声波探头,测量声脉冲信号的传播时间。螺栓应力的测定最后归结为精确测量螺栓在紧固前后超声波传播时间或速度的微小变化，从数据结果看，超声波测量得到的轴力结果数据集中度明显比本发明中应变方式测量的要好，有一个很重要的原因，即在对过屈服拧紧螺栓的超声波测量中，标定的基准数据为标定样本的平均值，而不是被测量螺栓样本的本身特性值，如此，则导致非线性阶段数据转换结果的差异性较小，并未充分反映实际零件的实际差异状态。所以，这种测量方法所得到的测量结果，只是螺栓样本装配轴力的平均水平。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种压载式螺栓轴力标定测量装置，将好应变片粘贴在轴承盖上，在拉力试验机上以加压方式对主轴承盖单元进行加载，能够实时采集轴力数据。
4.本发明还提供了一种压载式螺栓轴力标定方法，采集对应的传感器信号，然后对载荷力以及传感器信号做数据分析以及算出信号的标定系数，实现了轴力的准确标定。
5.本发明提供的技术方案为：
6.一种压载式螺栓轴力标定测量装置，包括：
7.应变片；
8.信号线，其可拆卸连接所述应变片；
9.数据采集器，其连接所述信号线；
10.桥接电路，其设置在所述信号线和所述数据采集器之间；
11.转换电路，其连接所述数据采集器，能够将所述数据采集器检测到的模拟信号转换为数字信号；
12.转换接口，其连接所述转换电路和输出显示装置，以将所述数字信号输出显示。
13.优选的是，应变片采用格栅尺寸为0.5mm
×
0.5mm规格的应变片。
14.优选的是，还包括：
15.主轴承盖，其表面设置有螺栓孔；
16.发动机缸体，其与所述主轴承盖配合，所述发动机缸体内具有螺纹孔；
17.拉力试验机，其用于承载所述发动机缸体，并能够对所述主轴承盖进行加载。
18.本发明还提供了一种压载式螺栓轴力标定测量标定方法，包括：
19.将应变片安装在轴承盖上；
20.对主轴承盖进行加载，主轴承螺栓拧入主轴承盖的螺栓孔，并穿过所述主轴承盖旋入设置在发动机缸体上的螺纹孔；
21.通过数据采集器实时采集螺栓拧入过程中的螺栓轴力和扭矩的变化曲线，并检测所述主轴承螺栓的终拧力矩；
22.根据所述螺栓轴力和扭矩的变化曲线选定扭矩和转角，选定多个主轴承螺栓，进行多次拧紧，分别测量主轴承螺栓的轴力和主轴承盖会受到主轴承盖螺栓的预紧力作用产生压缩变形得到形变力；
23.根据所述轴力、预紧力、形变力和螺栓残余伸长率计算得到最终的拧紧工艺参数。
24.优选的是，所述主轴承螺栓的终拧力矩的检测过程，具体包括：
25.将主轴承螺栓拧紧入主轴承盖的螺栓孔和发动机缸体上的螺纹孔，直至主轴承螺栓断裂；
26.所述主轴承螺栓断裂时对应的力矩为主轴承螺栓的终拧力矩。
27.优选的是，根据所述螺栓轴力和扭矩的变化曲线选定扭矩和转角，包括：
28.采用过屈服拧紧，并设定初始预紧力矩为1/3～1/2倍的终拧力矩，拧紧角度为135
°
、150
°
或180
°
。
29.优选的是，所述主轴承螺栓数量为20-30个；所述多次拧紧的次数为3-10次。
30.优选的是，所述主轴承螺栓的轴力范围是37～47kn，初始预紧扭矩25nm。
31.优选的是，所述主轴承螺栓通过螺栓试验拧紧机拧紧。
32.优选的是，所述轴力、预紧力和所述形变力均由传感器标定检测获得。
33.本发明的有益效果
34.本发明提供了一种压载式螺栓轴力标定测量装置，将好应变片粘贴在轴承盖上，在拉力试验机上以加压方式对主轴承盖单元进行加载，能够实时采集轴力数据。
35.本发明还提供了一种压载式螺栓轴力标定方法，采集对应的传感器信号，然后对载荷力以及传感器信号做数据分析以及算出信号的标定系数，实现了轴力的准确标定。
附图说明
36.图1为本发明所述的应变片的安装结构示意图。
37.图2为本发明所述的压载式螺栓轴力标定测量装置。
38.图3为本发明所述的主轴承螺栓装配拧紧标定装置。
39.图4为本发明所述的压载式螺栓轴力标定方法流程图。
40.图5为本发明所述的主轴承螺栓轴力、扭矩及转角曲线。
具体实施方式
41.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中”、“上”、“下”、“横”、“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.如图1-2所示，基于背景技术提出的技术问题，本发明提供了一种压载式螺栓轴力标定测量装置，包括：应变片110、信号线120、数据采集器桥接电路、转换电路和转换接口。
45.其中，信号线120可拆卸连接应变片110；数据采集器130连接信号线120；桥接电路设置在信号线120和数据采集器130之间；转换电路连接数据采集器130，能够将数据采集器检测到的模拟信号转换为数字信号；转换接口连接转换电路和输出显示装置，以将数字信号输出显示。
46.作为一种优选，应变片采用格栅尺寸为0.5mm
×
0.5mm规格的应变片。
47.在另一实施例种，还包括：主轴承盖140，其表面设置有螺栓孔141；发动机缸体150，其与主轴承盖140配合，发动机缸体150内具有螺纹孔；拉力试验机160用于承载发动机缸体，并能够对主轴承盖140进行加载。
48.如图3所示，在使用过程中将应变片110安装在轴承盖140上；对主轴承盖进行加载，主轴承螺栓170拧入主轴承盖的螺栓孔141，并穿过主轴承盖旋140入设置在发动机缸体上的螺纹孔；通过数据采集器实时采集螺栓拧入过程中的螺栓轴力和扭矩的变化曲线。
49.压载法标定的应变片粘贴在被连接件的侧面，标定系数的确定不受螺栓个体差异的影响，因此，通过该方法获得的螺栓轴力更接近每个螺栓的真实水平，可反应一批次螺栓的真实散差，而超声波法在确定标定系数时，是按照多个螺栓的平均水平进行确定的，该方法通常反应的是一批次螺栓轴力的平均水平。
50.如图4-5所示，一种压载式螺栓轴力标定测量标定方法，包括：
51.步骤s110、将应变片安装在轴承盖上；
52.步骤s120、对主轴承盖进行加载，主轴承螺栓拧入主轴承盖的螺栓孔，并穿过所述主轴承盖旋入设置在发动机缸体上的螺纹孔；
53.步骤s130、通过数据采集器实时采集螺栓拧入过程中的螺栓轴力和扭矩的变化曲线，并检测所述主轴承螺栓的终拧力矩；
54.步骤s140、根据所述螺栓轴力和扭矩的变化曲线选定扭矩和转角，选定多个主轴承螺栓，进行多次拧紧，分别测量主轴承螺栓的轴力和主轴承盖会受到主轴承盖螺栓的预紧力作用产生压缩变形得到形变力；
55.步骤s150、根据所述轴力、预紧力、形变力和螺栓残余伸长率计算得到最终的拧紧工艺参数。
56.在一个优选实施例中，主轴承螺栓的终拧力矩的检测过程，具体包括：
57.将主轴承螺栓拧紧入主轴承盖的螺栓孔和发动机缸体上的螺纹孔，直至主轴承螺栓断裂；主轴承螺栓断裂时对应的力矩为主轴承螺栓的终拧力矩。
58.在一个优选实施例中，根据所述螺栓轴力和扭矩的变化曲线选定扭矩和转角，包括：
59.采用过屈服拧紧，并设定初始预紧力矩为1/3～1/2倍的终拧力矩，拧紧角度为135
°
、150
°
或180
°
。
60.作为一种优选，主轴承螺栓17-数量为20-30个；多次拧紧的次数为3-10次。
61.主轴承螺栓170的轴力范围是37～47kn，初始预紧扭矩25nm。主轴承螺栓通过螺栓试验拧紧机拧180紧。轴力、预紧力和所述形变力均由传感器标定检测获得。
62.压载法标定的应变片粘贴在被连接件的侧面，，标定系数的确定不受螺栓个体差异的影响，因此，通过该方法获得的螺栓轴力更接近每个螺栓的真实水平，可反应一批次螺栓的真实散差，而超声波法在确定标定系数时，是按照多个螺栓的平均水平进行确定的，该方法通常反应的是一批次螺栓轴力的平均水平。压载法标定的应变片粘贴在被连接件的侧面，该方法不受螺栓长度及头部形状限值，如密封用的内六角堵塞，通常堵塞很短，且无法在头部安装超声波测量过程中使用的耦合片，但采用压载法标定和测量，则可轻松解决。超声波法标定和测量，需在每个螺栓头部进行打磨并粘贴耦合片，步骤复杂，成本高，且螺栓在多次拧紧后，螺栓内部信号传递可能出现异常导致超声波测量失败，而压载法标定和测量，可重复对多个不同的螺栓或同一螺栓多次拧紧进行测量。
63.本发明提供了一种压载式螺栓轴力标定测量装置，将好应变片粘贴在轴承盖上，在拉力试验机上以加压方式对主轴承盖单元进行加载，能够实时采集轴力数据。
64.本发明还提供了一种压载式螺栓轴力标定方法，采集对应的传感器信号，然后对载荷力以及传感器信号做数据分析以及算出信号的标定系数，实现了轴力的准确标定。
65.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。