CN101354299A - 一种螺栓扭矩试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺栓扭矩试验台，包括动力***、扭矩测量***、轴力测量***和机架。所述动力***包括电机和与之轴接的减速器及对待测螺拴一端进行拧紧的夹头。所述扭矩测量***包括设置在所述减速器输出轴上的扭矩传感器。所述轴力测量***包括设置在待测螺拴上的轴力传感器。所述机架包括底座和固定待测螺拴另一端的测试盘。所述动力***和测试盘连接固定在所述底座上。其特征在于：还设置与所述动力***、扭矩测量***、轴力测量***相连的控制***。所述轴力测量***还包括超声测长***；所述超声测长***包括超声波控制器和与之相连设置在待测螺拴上的超声波探头。由于配备了控制***和超声测长***，提高了自动化程度，能实时获得测量结果；控制***对拧紧过程进行全程监控，显示T－θ曲线，很方便地测定拧紧状态下屈服点和断裂极限。

Description

一种螺栓扭矩试验台

技术领域

本发明涉及一种螺栓扭矩试验台。

背景技术

目前紧固件的测试项目一般包括：抗拉强度、屈服强度(拉伸)、硬度、化学成份、破坏扭矩、金相分析、涂层耐腐蚀等。这些测试项目主要来自GB/T3098系列标准中的相关内容，而对于拧紧状态下的紧固件的屈服、预紧力等测量没有较好的手段。

在拧紧状态下测试扭矩，一般也只是停留在手工测试阶段，其程序是：将螺栓或螺钉试件***试验夹具内，至少有两扣完整螺纹，同时夹具和螺栓或螺钉头之间应至少留出一个螺纹直径的长度，然后夹紧；连续、平稳施加扭矩。试验设备一般只是一把扭矩扳手和一个夹紧机构(台虎钳)。手工测量行在很多局限性：测量连续性较差、难以实现平稳且匀速施加扭矩、难以保证施力机构与夹具平面垂直、施加扭矩大小范围受限制，而且因采用扭矩扳手读数，故数据不能实现连续采集，无法绘制扭矩-转角曲线，因此也就无法或很难测量出拧紧屈服，测量的精度也相对较低。

中国专利CN03228797.6公开了一种高强螺拴扭矩系数试验机，其包括螺拴轴力计、动力及测扭装置、机架，采用电动拧紧螺母，用扭矩传感器测定扭矩，只需一人操作，减少了劳动强度，提高了测量精度。但是，该***对于轴力的测量不够精确，测量的结果需要到实验室中进行处理，才能得出结论，不能及时给出测量结果。

现有技术需要改进和完善。

发明内容

本发明要解决的技术问题是弥补上述现有技术的不足，提供一种螺拴扭矩试验台，它不仅能高精度连续测量并可实时获得测量结果，而且控制操作方便。

本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决：

一种螺栓扭矩试验台，包括动力***、扭矩测量***、轴力测量***和机架。所述动力***包括电机和与之轴接的减速器及对待测螺拴一端进行拧紧的夹头。所述扭矩测量***包括设置在所述减速器输出轴上的扭矩传感器。所述轴力测量***包括设置在待测螺拴上的轴力传感器。所述机架包括底座和固定待测螺拴另一端的测试盘。所述动力***和测试盘连接固定在所述底座上。其特征在于：还设置与所述动力***、扭矩测量***、轴力测量***相连的控制***。所述轴力测量***还包括超声测长***；所述超声测长***包括超声波控制器和与之相连设置在待测螺拴上的超声波探头。

本发明的技术问题通过以下的技术方案进一步予以解决：

上述螺栓扭矩试验台，所述轴力传感器包括垫圈式轴力传感器和设置在其两侧的淬火钢垫圈。

上述螺栓扭矩试验台，所述动力***还包括设置在所述电机尾端的制动器。

上述螺栓扭矩试验台，所述机架还包括电机支架、减速器支架和机座导轨，所述减速器输出轴、轴力传感器位于待测螺拴的轴线上。

上述螺栓扭矩试验台，所述控制***包括PLC模块。

上述螺栓扭矩试验台，所述电机是交流伺服电机。

上述螺栓扭矩试验台，还包括与所述控制***相连的输出显示***。

上述螺栓扭矩试验台，所述输出显示***包括触摸式显示屏。

上述螺栓扭矩试验台，还包括机柜，所述机架设置在所述机柜上。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明的螺栓扭矩试验台由于配备了控制***，提高了自动化程度，控制***可实现数据储存和处理，并可进行程序控制，直至达到目标扭矩或转角停止或保持，对拧紧过程进行全程监控，显示T-θ曲线，同时能够很方便的测定拧紧状态下屈服点和断裂极限。本机采用电动拧紧螺栓、螺母，用扭矩传感器、垫片式轴力传感器及伺服***转角反馈可准确测出扭矩、轴力和转角。本机操作简单，功能强大，只需一人即可完成所有操作，劳动强度低而且精度高，克服了人为因素造成的误差。

附图说明

图1是本发明的构造示意图；

图2是本发明轴力测量***的结构示意图；

图3是本发明底座的俯视图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是本发明减速器支架的主视图；

图6是本发明测试套的主视图；

图7是本发明测试盘撑板的主视图；

图8是本发明测试盘底座的主视图。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的螺栓扭矩试验台包括动力***10、扭矩测量***20、轴力测量***30、控制***40、输出显示***50、机架60和机柜80。动力***10、轴力测量***30安装在机架60上，机架60设置在机柜80上。控制***40与动力***10、扭矩测量***20、轴力测量***30和输出显示***50相连，扭矩测量***20设置在动力***10的减速器输出轴上。

动力***10包括制动器11、电机12、减速器13。制动器11安装在电机12的尾端，减速器13通过转动连轴器与电机12的输出轴连接，连接时，紧固连轴器夹紧螺栓，达到72N.m扭矩。紧固夹紧螺栓分几次逐渐紧固，每紧一次，要转动几圈，该连接具有传动效率高、平稳、噪音低等特点。本实施方式中，电机12采用交流伺服电机，具体地可采用120MB200B-001300型号，功率为2KW、额定转矩为9.55N.m、额定转速为2000rpm的交流伺服电机。

扭矩测量***20包括安装在减速器13输出轴上的扭矩传感器21和拧紧头22，拧紧头22可对M5-M16螺栓螺母进行拧紧操作，本实施方式中，扭矩传感器21的供电电压为24V、输出信号4-20mV，型号是AKC-205。

如图1、图2所示，轴力测量***30包括轴力传感器31、超声波探头32、超声波控制器33。超声波探头32设置在待测螺栓70上，超声波控制器33与超声波探头32相连，超声波探头可选用直径为6mm或12mm的高频超声波探头。轴力传感器31套接在螺栓上，包括垫片式轴力传感器和淬火钢垫圈34、34′，专门用于测量紧固件轴向预紧力，两个淬火钢垫圈34、34′分别安装在垫片式轴力传感器的两侧，使旋转效应或现场负荷减至最小，最大限度保证其精度，本实施方式中，轴力传感器的型号为MODEL4000。

控制***40采用PLC模块(即可编程序逻辑控制器)控制，具备数据传递、比较、数据运算、跳转、循环、子程序调用、网络通讯等功能外，还移值了大中型PLC的高级功能，如带有SP(请翻译英文缩写)倾斜功能的PID(请翻译英文缩写)控制、避免产生峰值的软启动，同时还可以完成对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制，并可通过与输出显示***50的配合使用，形成标准的人机界面。

输出显示***50包括高分辨率的触摸显示屏。

如图1所示，所述的机架60包括底座61、测试盘62、电机支架63和减速器支架64。如图3、图4所示，底座61上设置有机座导轨65，该导轨为“T”型导轨。本实施方式的机座导轨65有5条，用于设备的固定和调整各部件之间的位置。机座导轨65用实心45钢板加工而成，尺寸为1500mm×400mm×38mm(长×宽×高)，可增加设备自重，以保证设备安装的稳定性。测试盘62、电机支架63和减速器支架64设置在机座导轨65上。电机支架63和减速器支架64分别用于支撑电机12和减速器13。如图5所示，减速器支架64采用40Cr钢板加工而成，钢板厚度为20mm，保证减速器支架64具有足够的刚度，减速器支架64采用“T”型结构，中间开有容减速器13输出轴通过的减速器轴孔641和4个连接减速器的螺栓孔642，用四只M10×1.25的螺栓将减速器13与减速器支架64连接，减速器13被支起，再通过“T”型螺栓、螺母固定在机座导轨65上。

如图1、6、7、8所示，测试盘62包括测试盘底座621、测试盘撑板622和测试套623。测试盘底座621通过调节孔626螺栓垂直连接测试盘撑板622，测试盘撑板622通过调节孔627螺栓平行连接测试套623。测试盘底座621安装在机座导轨65上，并通过轴承625在导轨上自由滑动，保证在拧紧测试过程中自由进给；左右调节孔626采用长条沉孔，这样就可保证连接的测试盘撑板622实现左右调整。，测试盘撑板622通过T形螺栓固定在测试盘底座621上，测试盘撑板622上开有上下调整孔627，这样就可保证平行连接的测试套623实现上下调整；通过测试盘底座621、测试盘撑板622和测试套623的调整使保证设备具备很好的对中性。将各种规格的测试体624放入测试套623的套中(过渡配合)，便可实现定位，进行拧紧测试。

机柜80采用高强度耐腐蚀复合材料而制，刚性好，美观，重量轻。机柜80主要用于支撑机架60与存放控制***40及电器元件。

本发明的工作原理是：首先将待测螺栓70安装在测试体624上，放入测试套623中，将拧紧头22与待测螺栓70卡接。启动控制***40，控制***40驱动电机12，通过减速器13带动拧紧头22将待测螺栓70逐步拧紧。扭矩传感器21根据电阻应变原理把扭转力矩产生的应变转换成与其成线性关系的电压信号，通过控制***40把电压信号转换为数字信号，经过处理，由输出显示***50输出扭矩值。交流伺服电机12采用全闭环数字控制，高动态响应和提供位置反馈，可准确测出转角。垫片式轴力传感器是微型测量元件，专门用于测量紧固件轴力，将测出的轴力传送给控制***40。超声控制器34给高频超声波探头32发送一个电压信号，传感器发送一个超声短波脉冲信号(几个周期)沿螺栓传递，遇远端面反射，反馈回波信号给超声波探头32，这样可以精确地测量出超声的“传播时间”，即脉冲信号在螺栓内部所需的来回时间，一旦当螺栓拧紧时，有两个原因可使传播时间有所增加：1、当拧紧时螺栓所有拉伸，因此路程增加；2、螺栓应力级别的增加可导致超声在内部的平均传播率有所下降。两个因素的变化都与螺栓内部轴力成正比例关系。控制***40采用PLC模块控制，对接收的数据进行处理，并可控制电机12的运动，实现闭环操作，处理结果和控制参数可以传送到输出显示***进行显示，例如T-θ曲线。

本发明设计扭矩为300N.m，最大测试速度60rpm，可以对M5-M16各规格的螺栓螺母进行分析。主要测量参数包括破坏扭矩、拧紧屈服、转角(拧紧角度)、螺栓伸长量并根据轴向预紧力、扭矩计算扭矩系数，本设备可实现三种控制方式：扭矩控制、扭矩+转角控制、转角控制。

本发明的螺栓扭矩试验台，采用超声测长***，可以实时获得检测结果，使得测量过程高效；控制***所形成的闭环控制，可以使整个测量过程高度自动化，降低了劳动强度，提高了工作效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种螺栓扭矩试验台，包括动力***(10)、扭矩测量***(20)、轴力测量***(30)和机架(60)；所述动力***(10)包括电机(12)和与之轴接的减速器(13)及对待测螺拴(70)一端进行拧紧的夹头(22)；所述扭矩测量***(20)包括设置在所述减速器(13)输出轴上的扭矩传感器(21)；所述轴力测量***(30)包括设置在待测螺拴(70)上的轴力传感器(31)；所述机架(60)包括底座(61)和固定待测螺拴(70)另一端的测试盘(62)，所述动力***(10)和测试盘(62)连接固定在所述底座(61)上；其特征在于：还设置与所述动力***(10)、扭矩测量***(20)、轴力测量***(30)相连的控制***(40)；所述轴力测量***(30)还包括超声测长***；所述超声测长***包括超声波控制器(33)和与之相连设置在待测螺拴(70)上的超声波探头(32)。

2.根据权利要求1所述的螺栓扭矩试验台，其特征在于：所述轴力传感器(31)是垫圈式轴力传感器，在其两侧设置的淬火钢垫圈(34，34′)。

3.根据权利要求1所述的螺栓扭矩试验台，其特征在于：所述动力***(10)还包括设置在所述电机(12)尾端的制动器(11)。

4.根据权利要求1所述的螺栓扭矩试验台，其特征在于：所述机架(60)还包括电机支架(63)、减速器支架(64)和机座导轨(65)；所述减速器(13)输出轴、轴力传感器(31)位于待测螺拴(70)的轴线上。

5.根据权利要求1中所述的螺栓扭矩试验台，其特征在于：所述控制***(40)包括PLC模块。

6.根据权利要求1-4中任意一种所述的螺栓扭矩试验台，其特征在于：所述电机(12)是交流伺服电机。

7.根据权利要求1-4中任意一种所述的螺栓扭矩试验台，其特征在于：还包括与所述控制***(40)相连的输出显示***(50)。

8.根据权利要求7中所述的螺栓扭矩试验台，其特征在于：所述输出显示***(50)包括触摸式显示屏。

9.根据权利要求1-4中任意一种所述的螺栓扭矩试验台，其特征在于：还包括机柜(80)，所述机架(60)设置在所述机柜(80)上。

10.根据权利要求1所述的螺栓扭矩试验台，其特征在于：所述的测试盘(62)包括测试盘底座(621)、测试盘撑板(622)和测试套(623)；测试盘底座(621)通过调节孔(626)螺栓垂直连接测试盘撑板(622)，测试盘撑板(622)通过调节孔(627)螺栓平行连接测试套(623)。

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