[发明专利]螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置及利用该装置的测量方法

说明书

本发明涉及螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置及利用该装置的测量方法。所述测量装置包括：紧固部件，其具有使外螺纹通过的螺丝孔，并与夹在螺丝孔上的外螺纹的头部接触；支撑体，其支撑所述紧固部件；内螺纹，其与夹在所述紧固部件上的外螺纹螺旋结合并与紧固部件相离设置；测量装置，其将所述内螺纹固定支撑，测量由所述外螺纹传送到内螺纹的轴负载和摩擦扭矩；扭矩施加部，其给所述外螺纹施加设定的扭矩，使所述测量装置测量传递到内螺纹的力。根据如上所述构成的本发明，可分别求出实际使用的螺丝头部上发生的摩擦扭矩和螺纹上发生的摩擦扭矩，从而可精密设计螺丝的紧固扭矩和紧固结构，而且给螺丝施加扭矩求出摩擦系数时。

技术领域

本发明涉及使用包括螺栓或螺母的各种紧固用螺丝时，为提前了解到需给螺丝施加的最佳扭矩而使用的螺丝的轴向力和摩擦扭矩测量装置及利用该装置的测量方法。

背景技术

螺钉或螺栓及螺母(下文称螺丝)是大部分工业领域必须使用且普通日常生活中也经常看得到的紧固件，是将相互分离的对象拧紧固定住的机械零件，与焊接或铆接或者粘合等接合紧固方式相比，其紧固过程简单，必要时也可以重新拆卸下来。

利用螺丝紧固具有紧固结构简单且可调节紧固力等优点，但拧得太紧或者太弱时反而会起到副作用。

例如，将螺栓以屈服点以上的扭矩较强地拧紧时，容易折断，或者即使不会当场折断，但会失去弹性恢复力，不能长期保持所设计7的紧固力。与此相反，以比合理扭矩更小的力量拧紧时，螺栓可能经过震动等逐渐松动，或者结合部位的紧固力小而造成结构上的问题。因此紧固某种结合对象时，施加规定的扭矩尤为重要。

可调节对螺丝施加的扭矩的控制方法中，利用扭矩扳手的所谓扭矩值控制方式实际采用的是施加扭矩和拧紧力的线性关系。所述的扭矩值控制方法会受到各螺丝摩擦系数的影响，故根据摩擦系数之差，轴向力发生变化而造成困难。就是说，螺丝的摩擦系数根据螺纹的加工精密度、表面处理规格、有无涂油等条件出现变化，因此需掌握螺丝的摩擦系数才能求出正确的紧固扭矩。

通常将螺丝拧紧或拧开时，需掌握螺纹中的摩擦系数tanρ＝μ和螺栓头部和与此接触的板之间摩擦系数μ_n，才能求出拧紧扭矩T_T或松动扭矩T_L(下文称施加扭矩)和轴向力Q之间的关系。

若要掌握所述摩擦系数μ_n，需求出通过螺纹摩擦力的扭矩T_B和通过螺栓头部和板的摩擦力的扭矩T_W。但尚未开发出能够在普通螺丝上进行测量的装置，只是通过实验求出拧紧扭矩T_T和轴向力Q之间的关系T_T-Q加以应用。

而且为了通过实验求出拧紧扭矩T_T和轴向力Q之间的关系T_T-Q，需将螺丝用恒定扭矩拧紧的同时实时测量作用于螺丝的轴向力Q，但为此还需在螺丝上粘贴应变计或使用装配有轴向力传感器的特殊螺丝。

但螺丝上装配应变计时需将螺丝损坏，导致螺丝的结构变化而导致测量值不正确。装配轴向力传感器的特殊螺丝是价格高昴，尤其每个螺丝摩擦系数的测量结果不一样，因此由该螺丝获得的试验结果与实际使用的螺丝的试验结果之间可能存在差异。

采用上述传感器方式的实验可以求出螺丝的拧紧扭矩T_T的轴向力Q，但无法得知螺纹中通过摩擦的扭矩T_B和通过螺丝头部(或者垫圈)和板之间摩擦的扭矩T_W，最终无法求出螺纹中摩擦系数tanρ＝μ和头部和板之间的摩擦系数μ_n。

螺栓松动检测装置作为容克(Junker)试验机，可以利用载荷传感器测量螺栓的轴向力，但还是求不出通过螺纹中的摩擦的扭矩T_B和通过螺栓头部和板之间摩擦的各部位上的扭矩Tw。