[发明专利]一种测力螺栓及轴向力的测试方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明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，本发明一种测力螺栓，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。