专利名称：高强螺栓扭矩系数试验机的制作方法
技术领域：
本实用新型属机械技术领域，具体涉及一种高强螺栓扭矩系数试验机。
目前大六角头高强度螺栓副(包括螺栓、螺母、垫圈)的扭矩系数，采用螺栓轴力计和扭矩扳手来测定。一种轴力计的结构如

图1，由底扳8、侧板9、承力板10、拉力传感器13、滑块7、螺栓头部紧固扳2、螺母紧固板6等组成。螺栓穿入两紧固板，用螺母拧紧。而螺栓和滑块、拉力传感器串在一起，螺栓的轴力即传感器的拉力，由传感器输出并显示。试验方法是，螺栓穿入头部紧固板和螺母紧固板，放入轴力计，如图1状态。用扭矩扳手拧紧螺母，扭矩可由扳手上的指示器(指针和表盘)读出，轴力则由传感器得到，一般扳到规定轴力时停止，同时读取瞬间峰值扭矩T，再读取轴力值N，而扭矩系数K＝T/(ND)，其中D为螺栓公称直径。这种方法的特点是，人工扳紧螺母，人工读取扭矩，需两人操作，当扭矩较大时，如M30、M27螺栓，需三人操作，两人扳紧一人读数，这样劳动强度较大，且易受人为因素影响。另外，目前扭矩扳手的精度较粗，最小的分格为10Nm，很难保证扭矩读取的准确性。
本实用新型提出的高强螺栓扭矩系数试验机由螺栓轴力计、动力及测扭装置、机架组成，如图2所示。其中，动力及测扭装置由减速器14、联轴器15、扭弯转换盘16、扭矩施力方辊25、扭矩传感器24组成，减速器14一端的输出轴32与联轴器15相连，减速器另一端与电机相连，减速器14用螺栓固定于减速器固定板28上，固定板28两侧装有侧滑轮架26，每个侧滑轮架内有2个轴承27，轴承27位于机架21上的滑轨29内，减速器可沿中轴线方向灵活滑动，扭弯转换盘16用螺栓固定于联轴器15上，扭矩施力方辊25的一端位于扭弯转换盘16的中心孔内；轴力计由螺栓和拉力传感器13组成，螺栓为四个固定螺栓和四个调高螺栓，可调整轴力计高低左右位置，轴力计固定于机架上，机架上分布有滑轨托板，滑轨托板上装有滑轨，当施力方辊25套上套筒，滑向装在轴力计上的螺母，随着套筒转动变换角度，就套上螺母，依靠电动力，将螺母拧紧，其拧紧扭矩由扭矩传感器24得到，螺栓轴力由拉力传感器13得到。在电动旋紧螺母时，观察轴力显示器，当到达(或即将到达)规定的紧固轴力时，即刻关机，扭矩显示器保留最大峰值扭矩，轴力显示器为不变的轴力。根据该两个数据，可计算扭矩系数。动力及测扭装置上的减速器输出轴、联轴器、扭弯转换盘、扭矩施力方辊、与轴力计上的螺栓和拉力传感器位于同一中轴线上。
本实用新型的扭矩传感器可将扭矩转化为弯矩，使一悬臂梁受弯，由贴在梁上的应变片感应弯矩，即可测得扭矩。扭矩传感器由弹性元件、施力方辊、扭弯转换盘、应变片组成，弹性元件24为一受弯悬臂梁，一端为方孔，套在施力方辊25上，可向方辊施加扭矩，使方辊拧动套在螺母上的套筒，将螺母拧紧(或拧松)。弹性元件另一端开一圆弧口，其内可含弯矩施力刃口23，此处即为弹性元件的受力点，固定在扭弯转换盘16上的施力刃口23将转换盘的扭矩变为压力，对弹性元件梁体作用，使其产生弯矩。而感受弯矩的应变片，贴在弹性元件中段开的方孔的上下内边，每边各两片，梁受弯后，应变片分别产生对称的拉应变和压应变，接入全桥桥路，即能由应变仪测出应变值。用标准扭矩标定后，可调节直接显示为扭矩值。这样贴应变片，便于用封盖板38保护应变片不受损坏。施力方辊25的另一头为圆柱，套上两个轴承35，装入扭弯转换盘16的中心孔，这样使减速器输出轴32的扭矩，亦即转换盘16的扭矩，不是经轴传递给施力方辊25，而是通过施力刃口23作用到弹性元件24上，以弯矩形式传递给施力方辊25，成为拧紧螺母的扭矩；而把其它如摩擦力之类的附加力降至最小，使弹性元件的弯矩与螺母的扭矩完全相当。转换盘16用内六角螺栓31固定在减速器输出轴32上的联轴器15上，被电机带动旋转。信号引出线的插座37在弹性元件的侧边，可通过钻两个相互垂直的孔，将线路引出。当拧紧螺母测定扭矩旋转时，引出线会缠绕数圈，但测完拧松螺母时，会反向旋转，使引出线恢复原状。
本实用新型的机架上固定有5个均匀分布的滑轨托板，滑轨托板的对称中心与机架中轴面重合，滑轨固定于滑轨托板上，为凹槽状，一根滑轨位于机架上面中轴位置，水平固定，能限制滑动体的左右位置，起对中作用。还有两根滑轨位于机架两侧上部，垂直固定，起承受滑动体自重和反向抵抗扭矩的作用。
本实用新型的扭矩标定装置由标定杆39、砝码架41和砝码42组成，如图7所示。标定杆一头为方孔，另一头为90°角锥沟。砝码架由60°角的悬挂刃口40、挂板、托板和四根圆钢组成，能挂四排二十只砝码，最大扭矩为1500Nm。将标定杆装在施力方辊上，开机转动使其成水平状态，挂上砝码架后，调节扭矩输出示值为零，就可分级加挂砝码，检查或调整示值输出为正确值。
本实用新型构思新颖、结构简单、容易实施且成本低廉。采用电动拧紧螺母，用扭矩传感器测定扭矩。这样只需一人就可操作，又减少了劳动强度，而且扭矩传感器精度高，最小示值为1Nm，依靠仪器较高的采样速率，能准确地采集到峰值的扭矩数值，克服了人为因素造成的误差。
图2为本实用新型的结构示图。
图3为图2的A-A视图。
图4为图2的俯视图。
图5为本实用新型扭矩传感器结构图。
图6为本实用新型扭矩传感器剖面视图。
图7为本实用新型扭矩标定装置图。
图中标号1为前螺杆，2为被试螺栓头部端紧固板，3为被试螺母，4为被试垫圈，5为被试螺栓，6为被试螺母端紧固板，7为滑块，8为轴力计底板，9为轴力计侧板，10为后承力板，11为后螺杆调整螺母，12为后螺杆，13为拉力传感器，14为减速器，15为联轴器，16为扭弯转换盘，17为后盖板，18为前盖板，19为电控箱及电控箱盖，20为扣片及扣片紧固螺，21为机架，23为弯矩施力刃口，24为扭矩传感器弹性元件，25为扭矩施力方辊，26为侧滑轮架，27为轴承，28为减速器固定板，29为滑轨，30为滑轨托板，31为螺栓，32为减速器输出轴，33为联轴器压盘，34为内六角螺栓，35为轴承，36为应变片，37为信号输出插座，38为传感器封盖板，39为标定杆，40为60°刃口，41为砝码架，42为砝码。
图2为一实施例。设计为1500Nm扭矩，可以进行M12-M30的大六角头高强度螺栓的扭矩系数的试验，另外还能进行扭剪型高强螺栓的轴力试验。滑轨较长为850mm，以留出容纳扭剪旋紧枪的空间。测完轴力，可利用动力及测扭装置反向将螺母拧松，方便省力。
机架21用热轧等边角钢60×60×5焊接而成。安装轴力计的部分较高为800mm，便于人站立时操作。轴力计下部的空档可固定电器控制箱，箱门上有三个控制按钮。为防止按停时，接触器万一不能释放，造成超载损坏扭矩传感器，另接一三相旋转开关，遇此情况立即关电停机。安装滑轨的机架部分较低为630mm。机架的脚上焊两根横向角铁，其两端各钻一个φ12mm的孔，以便安装机器时，用M10mm膨胀螺栓固定在地面上，在用标定杆挂砝码标定扭矩时，可防止机架倾覆。
三根滑轨29先焊在五件均匀分布的滑轨托板30上，托板的加工尺寸，保证了滑轨相互间位置的准确固定；托板的对称中心与机架中轴面重合，焊到机架上。应使减速器固定板28用轴承滑轮在滑轨上对准中心灵活滑动，且能承受扭矩的作用。固定板两侧焊着垂直的侧滑轮架26，每侧装有106轴承两个，固定板的中轴线上前后装两个106轴承。减速器14采用摆线针轮减速器(XWED0.75-53-1225)，与其连接的电机为0.75KW，减速器用四个M16螺栓固定在固定板28上。
减速器输出轴与联轴器15靠键传递扭矩，并靠输出轴压盘33和中心螺栓34使联轴器轴向定位。
轴力计为通用型，如图1。长为500mm，侧板9厚25mm，后承力板10厚33mm，拉力传感器13为500KN，连接螺杆1、12、滑块7和调整螺母11的螺纹与传感器配套，为M45×4.5。螺栓副紧固板2、6共六付，每种螺栓规格配一付。
扭矩传感器如图5、图6，弹性元件采用40Cr，按传感器工艺热处理。其厚30mm，宽45mm，与施力方辊25相配的左端方孔边长25mm。方辊的弯曲力臂为107mm。中部应变片粘贴处方孔厚24mm，孔长40mm，孔高h可按满量程输出单臂应变为500με计算。应变片位置距受力点为61mm。受力点处是圆弧开口，开口度为24mm。对其施力的是如杏仁的淬硬的施力刃口23，其施力接触面为半径1mm的圆柱面，与弹性元件成线接触。施力方辊25另一端是Φ25mm的圆柱，上套两个105的轴承35，与扭弯转换盘16中心圆孔过渡配合。
图7为扭矩标定装置，由标定杆39、砝码架41和砝码42组成。标定杆一头为25×25mm方孔，一头为90°角锥沟。方孔中心至锥沟距离为1500mm。砝码架由60°角的悬挂刃口40、挂板、托板和四根圆钢组成，能挂四排二十只砝码，共重1000N，即最大扭矩为1500Nm。将标定杆装在施力方辊上，开机转动使其成水平状态，挂上砝码架后，调节扭矩输出示值为零，就可分级加挂砝码，检查或调整示值输出为正确值。
权利要求1.一种高强螺栓扭矩系数试验机，由螺栓轴力计、动力及测扭装置、机架组成，其特征在于，动力及测扭装置由减速器(14)、联轴器(15)、扭弯转换盘(16)、扭矩施力方辊(25)、扭矩传感器组成，减速器(14)一端的输出轴((38)与联轴器(15)相连，另一端与电机相连，减速器(14)用螺栓固定于固定板(28)上，固定板(28)两侧装有侧滑轮架(26)，每个侧滑轮架(26)内有2个轴承，扭弯转换盘(16)用螺栓固定于联轴器(15)上，扭矩施力方辊(25)的一端位于扭弯转换盘(16)的中心孔内；轴力计由螺栓和拉力传感器(13)组成，螺栓为四个固定螺栓和四个调高螺栓，轴力计固定于机架(21)上，减速器输出轴(38)、联轴器(15)、扭弯转换盘(16)、扭矩施力方辊(25)、轴力计上的螺栓和拉力传感器(13)位于同一中轴线上。
2.根据权利要求1所述的高强螺栓扭矩系数试验机，其特征在于扭矩传感器由弹性元件(24)、施力方辊(25)、扭弯转换盘(16)、应变片(36)组成，其中，弹性元件(24)为一受弯悬臂梁，一端为方孔，套在施力方辊(25)的一头的方身上，另一端开一圆弧口，内含施力刃口(23)，施力刃口(23)固定于扭弯转换盘(16)上，应变片(36)位于弹性元件中段开的方孔的上下内边，每边各两片，施力方辊(25)的另一头为圆柱，其上套有两个轴承(35)，装入扭弯转换盘(13)的中心孔，信号引出线的插座(37)位于弹性元件的侧边，是两个相互垂直的孔引出线路。
3.根据权利要求1所述的高强螺栓扭矩系数试验机，其特征在于机架(21)上固定有5个均匀分布的滑轨托板(30)，滑轨托板(30)的对称中心与机架(21)中轴面重合，滑轨(29)固定于滑轨托板(30)上，3根滑轨(29)均为凹槽状，一根位于中轴位置水平固定，另两根位于机架两侧上部垂直固定。
专利摘要本实用新型属机械技术领域，具体涉及一种高强螺栓扭矩系数试验机。由螺栓轴力计、动力及测扭装置、机架组成，采用电动拧紧螺母，用扭矩传感器测定扭矩。这样只需一人就可操作，不仅减少了劳动强度，而且扭矩传感器精度高，最小示值为1Nm，依靠仪器较高的采样速率，能准确地采集到峰值的扭矩数值，克服了人为因素造成的误差，本实用新型构思新颖，结构简单、劳动强度低、成本低廉。
文档编号G01L1/20GK2597974SQ0322879
公开日2004年1月7日 申请日期2003年2月13日 优先权日2003年2月13日
发明者李君实 申请人:李君实