[发明专利]一种用于研究压紧力对扭矩系数影响的测量装置及方法

权利要求书

1.一种用于研究压紧力对扭矩系数影响的测量装置，其特征在于，包括：预紧力测试台和螺丝刀；

所述预紧力测试台上安装有拉/压力传感器，用于测量将螺钉旋入被连接件过程中螺钉的预紧力；

所述螺丝刀包括：安装筒、压力传感器(8)、推力轴承(10)、防磨板(9)、扭矩传感器(14)、上扭矩传递柱(11)、下扭矩传递组件及刀头(7)；

扭矩传感器(14)与安装筒间隙配合，上扭矩传递柱(11)和下扭矩传递组件分别安装在扭矩传感器(14)的两端；扭矩传感器(14)用于测量螺钉旋入被连接件过程中螺钉受到的扭矩；

所述防磨板(9)通过推力轴承(10)安装在上扭矩传递柱(11)的顶端，推力轴承(10)用于实现分别位于其上的防磨板(9)和其下的上扭矩传递柱(11)的转动分离；

压力传感器(8)的一端固定在安装筒顶部设有的盖板(1)上，另一端与所述防磨板(9)相接触；所述压力传感器(8)用于测量对螺钉施加的向下压紧力的大小；

下扭矩传递组件穿过安装筒底部设有的端盖(4)后，通过角接触球轴承(17)支撑在端盖(4)上，角接触球轴承(17)用于对扭矩传感器(14)进行向下的轴向限位，并用于实现下扭矩传递组件与安装筒的转动分离；下扭矩传递组件位于安装筒外侧的一端安装有刀头(7)；

上扭矩传递柱(11)上设有与安装筒径向一致的传递轴(12)，传递轴(12)的两端分别穿过安装筒的侧壁上设有的通孔，并与所述通孔间隙配合，传递轴(12)通过上扭矩传递柱(11)带动扭矩传感器(14)随安装筒进行转动。

2.如权利要求1所述的一种用于研究压紧力对扭矩系数影响的测量装置，其特征在于，所述安装筒由上半筒(2)和下半筒(3)对接形成。

3.如权利要求1所述的一种用于研究压紧力对扭矩系数影响的测量装置，其特征在于，所述下扭矩传递组件包括：顺序对接的连接盖(15)、扭矩轴(16)和安装套筒(6)；

其中，所述安装套筒(6)的一端通过销钉与扭矩轴(16)连接，另一端与刀头(7)连接；所述刀头(7)的刀杆为外六方结构，所述安装套筒(6)为内六方结构，通过外六方结构与内六方结构配合，使刀头(7)与安装套筒(6)连接。

4.如权利要求1所述的一种用于研究压紧力对扭矩系数影响的测量装置，其特征在于，所述安装筒的侧壁上设有的通孔为长孔；所述长孔的长度方向与安装筒的轴向一致，长孔的内表面与传递轴(12)的外圆周面留有设定间隙。

5.如权利要求4所述的一种用于研究压紧力对扭矩系数影响的测量装置，其特征在于，所述传递轴(12)与安装筒的侧壁上的长孔之间安装有衬套(13)，衬套(13)采用聚四氟乙烯。

6.如权利要求1所述的一种用于研究压紧力对扭矩系数影响的测量装置，其特征在于，所述预紧力测试台包括支撑面、底板及用于将支撑面、底板连接为一体的螺柱；所述拉/压力传感器安装在底板上，带螺孔试件通过连接柱安装在拉/压力传感器的顶部。

7.一种用于研究压紧力对扭矩系数影响的测量方法，基于权利要求1的测量装置，其特征在于，具体步骤如下：

第一步，选取设定型号的一枚螺钉为试验件；

第二步，确定润滑条件和两个被连接件材料后，通过螺丝刀对螺钉进行拧紧，通过螺钉将预紧力测试台的支撑面与带螺孔试件连接起来；

第三步，在拧紧螺钉的过程中，通过扭矩传感器(14)监测螺钉受到的扭矩；通过拉/压力传感器监测螺钉受到的预紧力；通过压力传感器(8)监测拧紧过程中施加的压紧力，控制压紧力为设定值F_N；当扭矩或者预紧力达到设定值时，完成对螺钉的拧紧；

并对压力传感器(8)、扭矩传感器(14)及拉/压力传感器测量得到的数据进行采集，分别得到该螺钉受到的压紧力、扭矩和预紧力的动态曲线；

第四步，根据公式T＝KdF、第三步得到的螺钉受到的扭矩和预紧力的动态曲线，计算该螺钉的扭矩系数K_i，得到扭矩系数K_i的数据集，其中，i＝1，2，…，n，n为采集点，d为该型号螺钉的公称直径；

第五步，去除该数据集中的最大值和最小值以及奇异值后，根据公式得出在压紧力为设定值F_N时的扭矩系数平均值

第六步，在压紧力为F_N、第二步的润滑条件和两个被连接件材料下，建立该螺钉的预紧力F和扭矩T关系的数学模型，即该扭矩和预紧力关系即为该螺钉在设定润滑条件和设定被连接件材料及压紧力为F_N下的数学关系。