[发明专利]扭矩系数测量装置及扭矩系数测量方法

说明书

本申请提供了一种扭矩系数测量装置与扭矩系数测量方法，包括：加载部，所述加载部用于提供扭矩，所述加载部的一端设有连接装置；所述加载部通过连接装置可拆卸连接有测力部，所述测力部包括同轴依次固定连接的承力板、弹性板与夹持板，所述连接装置贯穿承力板、弹性板与夹持板的中心，所述连接装置远离加载部的一端与夹持板固定；所述弹性板上布设有应变片，以至少解决相关技术中重复性测量时，力矩与预紧力不准确的问题。

技术领域

本申请涉及扭矩测量领域，具体而言，涉及一种扭矩系数测量装置及扭矩系数测量方法。

背景技术

编织复合材料具有比重轻、比模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温等系列优点，在热结构中得到广泛应用。编织复合材料是一种脆性材料，且具有各向异性特征，其装配连接技术是热结构设计和服役的关键，直接决定了热结构的使用安全和服役寿命。螺栓连接因较高的连接可靠性、较强的承载能力和便于安装以及拆卸等优点，被广泛应用于飞行器热结构中。特别是编织复合材料螺栓，在实现减重目标的基础上，可与编织复合材料元器件一起耐受较高的温度，明显优于传统高温合金金属。但不足之处同样存在，一方面，编织复合材料的损伤和破坏模式较复杂，编织复合材料螺栓螺纹处应力集中现象远比金属螺栓严重，导致其承载能力下降；另一方面，对于编织复合材料沉头螺栓而言，沉头处引入了二次弯矩，使得连接结构的设计偏保守，进一步限制了其优势发挥。因此，准确测量此类螺栓的扭矩系数以实现对轴向预紧力的精确控制，对于热结构连接的合理设计和紧固扭矩的准确施加，保证热结构连接的可靠性具有重要作用。

相关技术中，在螺栓拧紧过程中，拧紧力矩和预紧力的关系如公式(1)所示：T＝k*F*d

其中，T为拧紧力矩，d为螺栓公称直径(单位:mm)，F为预紧力，k为扭矩系数。可见扭矩系数k为T-F关系曲线的斜率，其测量精度取决于拧紧力矩和预紧力的准确测量。

施加扭矩的常见工具为扭矩扳手，其扭矩测量精度多在±2％至±5％之间，且多为人工加载、人工读数，数据连续性、实时性及准确性均较差。

预紧力的测量包括直接测量法和间接测量法两类。其中直接测量法在螺栓和紧固对象之间安装垫片式力传感器，直接测量螺栓拧紧过程中的预紧力及其变化过程。但由于此类力传感器几何尺寸较大，难以适用于小规格和短尺寸螺栓；此外，垫片式力传感器的引入也破坏了螺栓紧固件和被紧固对象之间的装配关系，影响拧紧力矩的准确测量。

间接测量法通常包括贴片法，其中，贴片法采用应变电测法测量预紧力作用下的应变值，反推预紧力。应变片可以直接粘贴在被测螺栓上。对于编织复合材料螺栓而言，螺栓表面材质不均匀且包含微小孔隙，不利于贴片和应变的准确测量；为规避该不利因素，一种做法是将螺栓穿过一个金属套筒，在金属套筒上贴片并测量预紧力作用下的应变，但当螺栓长度较短时，套筒上的应力受局部效应的影响，存在分布不均匀的现象，导致测量重复性较差。

针对相关技术中，关于上述的测量不利因素，相关技术中尚无有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种扭矩系数测量装置及扭矩系数测量方法，以至少解决相关技术中重复性测量时，力矩与预紧力不准确的问题。

在本申请的一个实施例中，一种扭矩系数测量装置，包括：

加载部，所述加载部用于提供扭矩，所述加载部的一端设有连接装置；

所述加载部通过连接装置可拆卸连接有测力部，所述测力部包括同轴依次固定连接的承力板、弹性板与夹持板，所述连接装置贯穿承力板、弹性板与夹持板的中心，所述连接装置远离加载部的一端与夹持板固定；

所述弹性板上布设有应变片。

本申请进一步设置为，所述连接装置包括贯穿测力部的沉头螺栓、与夹持板固定的待测螺母，所述沉头螺栓(5)与所述待测螺母(6)配合连接。