專利名稱：高強螺栓扭矩系數試驗機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬機械技術領域，具體涉及一種高強螺栓扭矩系數試驗機。
目前大六角頭高強度螺栓副(包括螺栓、螺母、墊圈)的扭矩系數，采用螺栓軸力計和扭矩扳手來測定。一種軸力計的結構如
圖1，由底扳8、側板9、承力板10、拉力傳感器13、滑塊7、螺栓頭部緊固扳2、螺母緊固板6等組成。螺栓穿入兩緊固板，用螺母擰緊。而螺栓和滑塊、拉力傳感器串在一起，螺栓的軸力即傳感器的拉力，由傳感器輸出并顯示。試驗方法是，螺栓穿入頭部緊固板和螺母緊固板，放入軸力計，如圖1狀態。用扭矩扳手擰緊螺母，扭矩可由扳手上的指示器(指針和表盤)讀出，軸力則由傳感器得到，一般扳到規定軸力時停止，同時讀取瞬間峰值扭矩T，再讀取軸力值N，而扭矩系數K＝T/(ND)，其中D為螺栓公稱直徑。這種方法的特點是，人工扳緊螺母，人工讀取扭矩，需兩人操作，當扭矩較大時，如M30、M27螺栓，需三人操作，兩人扳緊一人讀數，這樣勞動強度較大，且易受人為因素影響。另外，目前扭矩扳手的精度較粗，最小的分格為10Nm，很難保證扭矩讀取的準確性。
本實用新型提出的高強螺栓扭矩系數試驗機由螺栓軸力計、動力及測扭裝置、機架組成，如圖2所示。其中，動力及測扭裝置由減速器14、聯軸器15、扭彎轉換盤16、扭矩施力方輥25、扭矩傳感器24組成，減速器14一端的輸出軸32與聯軸器15相連，減速器另一端與電機相連，減速器14用螺栓固定于減速器固定板28上，固定板28兩側裝有側滑輪架26，每個側滑輪架內有2個軸承27，軸承27位于機架21上的滑軌29內，減速器可沿中軸線方向靈活滑動，扭彎轉換盤16用螺栓固定于聯軸器15上，扭矩施力方輥25的一端位于扭彎轉換盤16的中心孔內；軸力計由螺栓和拉力傳感器13組成，螺栓為四個固定螺栓和四個調高螺栓，可調整軸力計高低左右位置，軸力計固定于機架上，機架上分布有滑軌托板，滑軌托板上裝有滑軌，當施力方輥25套上套筒，滑向裝在軸力計上的螺母，隨著套筒轉動變換角度，就套上螺母，依靠電動力，將螺母擰緊，其擰緊扭矩由扭矩傳感器24得到，螺栓軸力由拉力傳感器13得到。在電動旋緊螺母時，觀察軸力顯示器，當到達(或即將到達)規定的緊固軸力時，即刻關機，扭矩顯示器保留最大峰值扭矩，軸力顯示器為不變的軸力。根據該兩個數據，可計算扭矩系數。動力及測扭裝置上的減速器輸出軸、聯軸器、扭彎轉換盤、扭矩施力方輥、與軸力計上的螺栓和拉力傳感器位于同一中軸線上。
本實用新型的扭矩傳感器可將扭矩轉化為彎矩，使一懸臂梁受彎，由貼在梁上的應變片感應彎矩，即可測得扭矩。扭矩傳感器由彈性元件、施力方輥、扭彎轉換盤、應變片組成，彈性元件24為一受彎懸臂梁，一端為方孔，套在施力方輥25上，可向方輥施加扭矩，使方輥擰動套在螺母上的套筒，將螺母擰緊(或擰松)。彈性元件另一端開一圓弧口，其內可含彎矩施力刃口23，此處即為彈性元件的受力點，固定在扭彎轉換盤16上的施力刃口23將轉換盤的扭矩變為壓力，對彈性元件梁體作用，使其產生彎矩。而感受彎矩的應變片，貼在彈性元件中段開的方孔的上下內邊，每邊各兩片，梁受彎后，應變片分別產生對稱的拉應變和壓應變，接入全橋橋路，即能由應變儀測出應變值。用標準扭矩標定后，可調節直接顯示為扭矩值。這樣貼應變片，便于用封蓋板38保護應變片不受損壞。施力方輥25的另一頭為圓柱，套上兩個軸承35，裝入扭彎轉換盤16的中心孔，這樣使減速器輸出軸32的扭矩，亦即轉換盤16的扭矩，不是經軸傳遞給施力方輥25，而是通過施力刃口23作用到彈性元件24上，以彎矩形式傳遞給施力方輥25，成為擰緊螺母的扭矩；而把其它如摩擦力之類的附加力降至最小，使彈性元件的彎矩與螺母的扭矩完全相當。轉換盤16用內六角螺栓31固定在減速器輸出軸32上的聯軸器15上，被電機帶動旋轉。信號引出線的插座37在彈性元件的側邊，可通過鉆兩個相互垂直的孔，將線路引出。當擰緊螺母測定扭矩旋轉時，引出線會纏繞數圈，但測完擰松螺母時，會反向旋轉，使引出線恢復原狀。
本實用新型的機架上固定有5個均勻分布的滑軌托板，滑軌托板的對稱中心與機架中軸面重合，滑軌固定于滑軌托板上，為凹槽狀，一根滑軌位于機架上面中軸位置，水平固定，能限制滑動體的左右位置，起對中作用。還有兩根滑軌位于機架兩側上部，垂直固定，起承受滑動體自重和反向抵抗扭矩的作用。
本實用新型的扭矩標定裝置由標定桿39、砝碼架41和砝碼42組成，如圖7所示。標定桿一頭為方孔，另一頭為90°角錐溝。砝碼架由60°角的懸掛刃口40、掛板、托板和四根圓鋼組成，能掛四排二十只砝碼，最大扭矩為1500Nm。將標定桿裝在施力方輥上，開機轉動使其成水平狀態，掛上砝碼架后，調節扭矩輸出示值為零，就可分級加掛砝碼，檢查或調整示值輸出為正確值。
本實用新型構思新穎、結構簡單、容易實施且成本低廉。采用電動擰緊螺母，用扭矩傳感器測定扭矩。這樣只需一人就可操作，又減少了勞動強度，而且扭矩傳感器精度高，最小示值為1Nm，依靠儀器較高的采樣速率，能準確地采集到峰值的扭矩數值，克服了人為因素造成的誤差。
圖2為本實用新型的結構示圖。
圖3為圖2的A-A視圖。
圖4為圖2的俯視圖。
圖5為本實用新型扭矩傳感器結構圖。
圖6為本實用新型扭矩傳感器剖面視圖。
圖7為本實用新型扭矩標定裝置圖。
圖中標號1為前螺桿，2為被試螺栓頭部端緊固板，3為被試螺母，4為被試墊圈，5為被試螺栓，6為被試螺母端緊固板，7為滑塊，8為軸力計底板，9為軸力計側板，10為后承力板，11為后螺桿調整螺母，12為后螺桿，13為拉力傳感器，14為減速器，15為聯軸器，16為扭彎轉換盤，17為后蓋板，18為前蓋板，19為電控箱及電控箱蓋，20為扣片及扣片緊固螺，21為機架，23為彎矩施力刃口，24為扭矩傳感器彈性元件，25為扭矩施力方輥，26為側滑輪架，27為軸承，28為減速器固定板，29為滑軌，30為滑軌托板，31為螺栓，32為減速器輸出軸，33為聯軸器壓盤，34為內六角螺栓，35為軸承，36為應變片，37為信號輸出插座，38為傳感器封蓋板，39為標定桿，40為60°刃口，41為砝碼架，42為砝碼。
圖2為一實施例。設計為1500Nm扭矩，可以進行M12-M30的大六角頭高強度螺栓的扭矩系數的試驗，另外還能進行扭剪型高強螺栓的軸力試驗。滑軌較長為850mm，以留出容納扭剪旋緊槍的空間。測完軸力，可利用動力及測扭裝置反向將螺母擰松，方便省力。
機架21用熱軋等邊角鋼60×60×5焊接而成。安裝軸力計的部分較高為800mm，便于人站立時操作。軸力計下部的空檔可固定電器控制箱，箱門上有三個控制按鈕。為防止按停時，接觸器萬一不能釋放，造成超載損壞扭矩傳感器，另接一三相旋轉開關，遇此情況立即關電停機。安裝滑軌的機架部分較低為630mm。機架的腳上焊兩根橫向角鐵，其兩端各鉆一個φ12mm的孔，以便安裝機器時，用M10mm膨脹螺栓固定在地面上，在用標定桿掛砝碼標定扭矩時，可防止機架傾覆。
三根滑軌29先焊在五件均勻分布的滑軌托板30上，托板的加工尺寸，保證了滑軌相互間位置的準確固定；托板的對稱中心與機架中軸面重合，焊到機架上。應使減速器固定板28用軸承滑輪在滑軌上對準中心靈活滑動，且能承受扭矩的作用。固定板兩側焊著垂直的側滑輪架26，每側裝有106軸承兩個，固定板的中軸線上前后裝兩個106軸承。減速器14采用擺線針輪減速器(XWED0.75-53-1225)，與其連接的電機為0.75KW，減速器用四個M16螺栓固定在固定板28上。
減速器輸出軸與聯軸器15靠鍵傳遞扭矩，并靠輸出軸壓盤33和中心螺栓34使聯軸器軸向定位。
軸力計為通用型，如圖1。長為500mm，側板9厚25mm，后承力板10厚33mm，拉力傳感器13為500KN，連接螺桿1、12、滑塊7和調整螺母11的螺紋與傳感器配套，為M45×4.5。螺栓副緊固板2、6共六付，每種螺栓規格配一付。
扭矩傳感器如圖5、圖6，彈性元件采用40Cr，按傳感器工藝熱處理。其厚30mm，寬45mm，與施力方輥25相配的左端方孔邊長25mm。方輥的彎曲力臂為107mm。中部應變片粘貼處方孔厚24mm，孔長40mm，孔高h可按滿量程輸出單臂應變為500με計算。應變片位置距受力點為61mm。受力點處是圓弧開口，開口度為24mm。對其施力的是如杏仁的淬硬的施力刃口23，其施力接觸面為半徑1mm的圓柱面，與彈性元件成線接觸。施力方輥25另一端是Φ25mm的圓柱，上套兩個105的軸承35，與扭彎轉換盤16中心圓孔過渡配合。
圖7為扭矩標定裝置，由標定桿39、砝碼架41和砝碼42組成。標定桿一頭為25×25mm方孔，一頭為90°角錐溝。方孔中心至錐溝距離為1500mm。砝碼架由60°角的懸掛刃口40、掛板、托板和四根圓鋼組成，能掛四排二十只砝碼，共重1000N，即最大扭矩為1500Nm。將標定桿裝在施力方輥上，開機轉動使其成水平狀態，掛上砝碼架后，調節扭矩輸出示值為零，就可分級加掛砝碼，檢查或調整示值輸出為正確值。
權利要求1.一種高強螺栓扭矩系數試驗機，由螺栓軸力計、動力及測扭裝置、機架組成，其特征在于，動力及測扭裝置由減速器(14)、聯軸器(15)、扭彎轉換盤(16)、扭矩施力方輥(25)、扭矩傳感器組成，減速器(14)一端的輸出軸((38)與聯軸器(15)相連，另一端與電機相連，減速器(14)用螺栓固定于固定板(28)上，固定板(28)兩側裝有側滑輪架(26)，每個側滑輪架(26)內有2個軸承，扭彎轉換盤(16)用螺栓固定于聯軸器(15)上，扭矩施力方輥(25)的一端位于扭彎轉換盤(16)的中心孔內；軸力計由螺栓和拉力傳感器(13)組成，螺栓為四個固定螺栓和四個調高螺栓，軸力計固定于機架(21)上，減速器輸出軸(38)、聯軸器(15)、扭彎轉換盤(16)、扭矩施力方輥(25)、軸力計上的螺栓和拉力傳感器(13)位于同一中軸線上。
2.根據權利要求1所述的高強螺栓扭矩系數試驗機，其特征在于扭矩傳感器由彈性元件(24)、施力方輥(25)、扭彎轉換盤(16)、應變片(36)組成，其中，彈性元件(24)為一受彎懸臂梁，一端為方孔，套在施力方輥(25)的一頭的方身上，另一端開一圓弧口，內含施力刃口(23)，施力刃口(23)固定于扭彎轉換盤(16)上，應變片(36)位于彈性元件中段開的方孔的上下內邊，每邊各兩片，施力方輥(25)的另一頭為圓柱，其上套有兩個軸承(35)，裝入扭彎轉換盤(13)的中心孔，信號引出線的插座(37)位于彈性元件的側邊，是兩個相互垂直的孔引出線路。
3.根據權利要求1所述的高強螺栓扭矩系數試驗機，其特征在于機架(21)上固定有5個均勻分布的滑軌托板(30)，滑軌托板(30)的對稱中心與機架(21)中軸面重合，滑軌(29)固定于滑軌托板(30)上，3根滑軌(29)均為凹槽狀，一根位于中軸位置水平固定，另兩根位于機架兩側上部垂直固定。
專利摘要本實用新型屬機械技術領域，具體涉及一種高強螺栓扭矩系數試驗機。由螺栓軸力計、動力及測扭裝置、機架組成，采用電動擰緊螺母，用扭矩傳感器測定扭矩。這樣只需一人就可操作，不僅減少了勞動強度，而且扭矩傳感器精度高，最小示值為1Nm，依靠儀器較高的采樣速率，能準確地采集到峰值的扭矩數值，克服了人為因素造成的誤差，本實用新型構思新穎，結構簡單、勞動強度低、成本低廉。
文檔編號G01L1/20GK2597974SQ0322879
公開日2004年1月7日 申請日期2003年2月13日 優先權日2003年2月13日
發明者李君實 申請人:李君實