[发明专利]一种精密螺纹压圈扭矩-预紧力映射关系测量装置

说明书

本发明公开了一种精密螺纹压圈扭矩‑预紧力关系的测量装置，S型高精度传感器下端固定在所述底座上，上端与球面接触连接组件下端固定连接；所述球面接触连接组件上端设有球面板，该球面板与所述模拟镜片连接；所述球面接触连接组件用于限制施加在所述模拟镜片上的预紧力，使该预紧力垂直作用于所述S型高精度传感器；直线式限位组件固定连接在底座上，直线式限位组件通过轴承与球面接触连接组件固定连接，所述直线式限位组件用于限制球面接触连接组件的转动；可更换螺纹压圈螺母组件与所述直线式限位组件配合固定，用于将所述螺纹压圈固定在所述模拟镜片上方。该装置操作方便，精度高。

技术领域

本发明属于精密仪器领域，具体涉及一种精密的螺纹压圈扭矩-预紧力映射关系测量装置。

背景技术

随着航空、航天、军事、医疗上对精密仪表的精度和稳定性的要求不断增加，提高精密仪表的精度和稳定性的任务已经迫在眉睫。在精密光学仪器中螺纹压圈由于其可观的连接力和方便拆装的特点，广泛的应用于光学镜片的固定。准确获得螺纹压圈的扭矩-预紧力映射关系对于提高精密光学仪器的精度及光轴稳定性具有重要意义。

螺纹压圈是在精密光学仪器中用于压紧固定光学镜片的零件。不同于螺钉，螺纹压圈不仅与镜筒有螺纹面之间的接触，其棱边也有与光学镜片曲面的接触，因此其接触形式与螺钉不同。由于螺纹压圈及镜片不可避免的存在形状误差，当螺纹压圈对光学镜片产生的压力即预紧力过大时，会造成光学镜片不均匀的变形以及局部应力集中，极大地影响光学镜片的精度和光轴稳定性。当预紧力过小时，虽不会导致镜片的变形，但螺纹压圈对光学镜片不能进行有效的固定，造成镜片的松动，对精密光学仪器的精度及稳定性造成极大的影响。

目前生产实践中没有针对螺纹压圈的预紧力控制方法，主要应用扭矩法来近似控制预紧力，该方法的基本原理是在拧紧过程中通过控制拧紧扭矩来实现对预紧力的间接控制。

T＝KdF

其中，T：扭矩；K：扭矩系数；d：螺纹公称直径；F：螺纹连接件轴向预紧力。

目前，工程中扭矩系数K一般主要依据经验来确定。但经验值均用于螺钉或类似螺钉的螺纹连接方式，显然对于螺纹压圈并不完全适用。并且在实际拧紧过程中，螺纹压圈的扭矩系数K并不是一个常数，螺纹的加工精度、有无润滑剂、拧紧速度、拧紧工具、拧紧时的温度等都会对拧紧过程中扭矩系数K的变化产生影响。由此可见，对于精密光学仪器，螺纹压圈的预紧力需要精确控制，在材料、温度、润滑条件等多种不确定因素的条件下，K的经验值显然满足不了工程实际需求。因此，提出针对精密螺纹压圈的扭矩系数K值的取值规律，建立螺纹压圈扭矩与预紧力之间的映射关系，对于定量、准确地控制精密光学仪器中螺纹压圈的拧紧扭矩具有重要意义。

螺纹压圈的在拧紧过程中的接触状态以及使用方式都与螺钉不同，且螺纹压圈的预紧力也并没有引起广泛的重视。因此目前并没有针对螺纹压圈扭矩-预紧力映射关系的测量方法，与之相近的针对大尺寸螺栓连接中扭矩和预紧力关系已有较为成熟的测量方法，主要有应变片法、超声波测量法、扭拉传感器测量方法等。但是这些方法并不能适用于螺纹压圈的扭矩-预紧力映射关系测量，其中，应变片法的测量方法理论精度虽然比较高，但由于操作复杂，应变片的粘贴质量影响最终测量精度，所以该方法主要适用于实验室的实验研究，并不适合工程应用。超声波法测量精度高，但缺点是对试验螺栓的结构和加工有特定的要求，显然不适用于螺纹压圈。目前基于船、车等大型机械产品的螺栓连接的扭拉传感器测量装置也并不适用于螺纹压圈的测量。

为了保证精密光学仪器中螺纹压圈在拧紧过程中的预紧力，且能获得高精度和高标准的测量值，亟需研究一种精密光学仪器中螺纹压圈的扭矩-预紧力映射关系测量装置及其测量方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种精密螺纹压圈扭矩-预紧力映射关系测量装置，该装置操作方便，精度高。