[发明专利]一种测试螺纹紧固件总摩擦系数的装置

权利要求书

1.一种测试螺纹紧固件总摩擦系数的装置，其特征在于：

该装置由基座、螺母(1)、垫圈(2)、套筒(3)、应变片(4)、待测试螺栓(5)、紧定螺钉(6)以及数据采集系统组成；

其中基座被固定在工作台上，以便于施加拧紧力矩，套筒(3)通过螺纹连接固定在基座上，待测试螺栓(5)依次穿过套筒(3)、垫圈(2)和螺母(1)，用紧定螺钉(6)固定测试螺栓(5)的头部，通过旋转螺母施加拧紧力矩，使紧固件伸长产生预紧力的同时使套筒产生轴向压缩形变，应变片(4)粘贴于套筒的外部并与数据采集系统相连，以获得套筒的轴向压缩应变，进而计算螺纹紧固件的夹紧力，用数显扭矩扳手施加拧紧力矩并记录拧紧力矩大小。

2.根据权利要求1所述的一种测试螺纹紧固件总摩擦系数的装置，其特征在于，在套筒外表面中部均匀粘贴4个应变片，同时测量4个部位的轴向压缩应变，并求其平均值，以保证测试结果的精确性。

3.根据权利要求1所述的一种测试螺纹紧固件总摩擦系数的装置，其特征在于，试验装置中的套筒是根据实际连接工况定制的，与被夹紧元件的材料、成型方式、表面处理以及表面粗糙度保持一致。

4.根据权利要求1所述的一种测试螺纹紧固件总摩擦系数的装置，其特征在于，螺纹紧固件的预紧力根据以下公式计算：

|F_C|＝F_V＝|ε_C|·E·A_eq (1)

其中，ε_C为套筒的平均轴向压缩应变，E为套筒材料的杨氏弹性模量，A_eq为套筒应力截面积，F_C为套筒的轴向压缩力，其在大小上与紧固件的预紧力F_V相等。

5.根据权利要求1所述的一种测试螺纹紧固件总摩擦系数的装置，其特征在于，螺纹紧固件的总摩擦系数μ_m可用以下公式来计算：

其中，T(N·m)为拧紧力矩，p(mm)为螺纹螺距，F_V(kN)是预紧力，d₂(mm)是螺纹基本中径(d₂＝d-0.6495p)，d_b(mm)为支承面有效直径。

6.采用权利要求1所述测试装置进行的一种螺纹紧固件总摩擦系数的测试方法，其特征在于，只需测得拧紧力矩T和套筒的轴向压缩应变ε_C，便可计算得到总摩擦系数μ_m；

步骤1：将基座固定在工作台上，将待测螺栓依次穿过套筒、垫圈和螺母，并用紧定螺钉固定螺栓头部；

步骤2：将套筒下端旋入基座的螺纹孔并拧紧，然后把应变片与数据采集系统相连；

步骤3：用数显扭矩扳手旋转螺母施加拧紧力矩，并记录拧紧力矩的大小T；

步骤4：分别读取应变片测得的套筒的轴向压缩应变，并计算其平均值ε_C；根据套筒材料的杨氏弹性模量E以及其应力截面积A_eq可计算出套筒的轴向压缩力F_C，其在大小上与紧固件的预紧力F_V是相等的；

|F_C|＝F_V＝|ε_C|·E·A_eq (5)

步骤5：根据测得的拧紧力矩以及计算得出的预紧力，由式(4)可计算得出螺纹紧固件总摩擦系数μ_m；

步骤6：根据式(1)计算紧固件的扭矩系数K：