[发明专利]一种测试螺纹紧固件总摩擦系数的装置

说明书

本发明公开了一种测试螺纹紧固件总摩擦系数的装置，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；本发明具有测试过程简单、设备体积小、使用灵活、价格低廉的有益效果。该装置由被测试螺纹紧固件、套筒、基座、应变片以及数据采集系统组成，套筒通过螺纹连接固定在基座上，且套筒是根据实际连接工况定制的，其材料、成型方式(铸造、锻造等)、表面粗糙度以及表面处理方式(电镀锌、阳极氧化等)与实际夹紧元件是相同的，应变片用于测试套筒的轴向应变以获得螺纹紧固件的轴向预紧力，应变片与数据采集系统相连以采集记录应变值。

技术领域

本发明涉及一种测试螺纹紧固件总摩擦系数的装置，属于测试装置技术领域。

背景技术

螺纹紧固件因其易于拆卸和维修而被广泛应用于各类机械机构中，是应用最广泛的连接方式之一。其在拧紧过程中产生的预紧力的大小和稳定性将直接决定螺纹连接的安全性和可靠性。在大多数工程应用中，紧固件的预紧力是通过扭矩扳手在螺钉/螺栓头部或螺母上施加拧紧力矩来实现的。

拧紧过程中紧固件的总摩擦系数对扭矩-预紧力(T-F_V)关系有着显著的影响。通过扭矩扳手施加的拧紧力矩主要用于克服两个地方的摩擦：由于螺栓头部或螺母与支承面相对滑动引起的支承面摩擦和内螺纹与外螺纹之间的螺纹摩擦，只有一小部分扭矩用于使紧固件伸长并产生夹紧力。

对螺纹紧固件摩擦系数的不准确估计可能导致对螺纹连接性能的高估或低估。过高估计摩擦系数可能造成对螺纹紧固件施加较大的拧紧力矩，得到的实际夹紧力过大，进而导致被连接件因应力过大而断裂失效；相反，过低估计摩擦系数会导致实际得到的夹紧力过小，进而出现松动、噪声、泄露等各种问题。因此对螺纹紧固件摩擦系数的错误估计会导致非常危险的失效，尤其是在涉及人们生命安全的重要应用中。

扭矩-预紧力关系通常通过使用常数K，即扭矩系数来简化。一些文献和标准对扭矩系数给出了0.20的近似值，但是说明将它用于重要连接时应该慎重。此外，还有一些标准和文献给出了螺纹紧固件在各种材料、成型方式以及表面条件等不同组合下扭矩系数的平均值。然而，其都具有很大的分散性，无法保证得到一个准确可靠的夹紧力值，尤其是在一些关键的应用中。

对螺纹紧固件的摩擦进行准确的测试对于提升螺纹连接的可靠性以及安全性具有非常重要的意义。目前常见的测试螺纹的摩擦系数的装置大多是基于压力传感器、旋转扭矩传感器、角度编码器以及直流电动机等测试元件以及动力元件，不仅造价高昂而且操作复杂，不利用大范围的推广使用。因此，设计一种操作简单、价格低廉、满足实际工程应用的测试装置，用于评估工程中螺纹紧固件的总摩擦系数，对保证螺纹连接的安全性以及可靠性具有非常重要的意义。

发明内容

本发明公开了一种测试螺纹紧固件总摩擦系数的装置。

在一些标准和文献中，常用扭矩系数K来简化扭矩-预紧力(T-F_V)关系，其可表示为式(1)所示：

T＝K·F_V·d (1)

其中，T(N·m)是作用在螺栓/螺钉头部或螺母上的拧紧力矩，K是扭矩系数(或称螺母系数)，F_V(kN)是预紧力，d(mm)是螺纹公称直径。并且对扭矩系数K给出了0.20的近似值。此外，还有一些标准和文献给出了螺纹紧固件在各种材料、成型方式以及表面条件等不同组合下扭矩系数的平均值。然而，其都具有很大的分散性，无法保证得到一个准确可靠的夹紧力值，尤其是在一些关键的应用中。

在VDI2230中，提出了一个更加精确的T-F_V关系，如式(2)所示，拧紧扭矩被分成三个分量，螺纹力矩T_p，螺纹摩擦力矩T_t，支承面摩擦力矩T_b。其中，螺纹力矩分量T_p用于使紧固件伸长并产生夹紧力。