CN110308057A - 一种卧式螺栓轴力-扭矩微变化试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及螺栓扭转试验领域，具体是一种卧式螺栓轴力‑扭矩微变化试验机，包括轴力传感器、扭矩传感器、用于试样螺栓头部旋入的螺栓杆端卡具、用于拧转试样螺栓的螺栓扭转头，还包括消扭梁及扭转支架，扭转支架内安装有旋转架，扭转支架与旋转架间配有球轴承及圆锥滚子轴承，旋转架朝向螺栓杆端卡具的一端与螺栓扭转头连接，另外一端与扭矩传感器连接。本发明通过扭转支架、球轴承及圆锥滚子轴承避免轴跳动并约束轴力，避免试样螺旋在受到扭矩的状态下所产生的轴力对扭矩传感器造成影响，同时通过消扭梁消除试样螺栓受到的扭矩传递到轴力传感器上，最终实现高精度无相互作用影响的螺栓轴力、扭力测量目的。
Description
技术领域
本发明涉及螺栓扭转试验领域，具体是指一种卧式螺栓轴力-扭矩微变化试验机。
背景技术
螺栓的主要用途是对贴合的两部件提供一定的夹紧力，而螺栓的夹紧力主要就是螺栓轴向变形所产生的张力和抗张力，即轴力，一般轴力大小大约为扭矩的10％。而在实际使用过程中，不同规格、材质的螺栓其轴力与扭矩之间的关系也是不同，需要逐一进行测定，以供相关人员查阅并提供计算依据。目前现有的测轴力的试验设备，常借助扭力扳手测定扭矩，来实现测量轴力的，此方法局限性较大，而且精度不高，不能很好的控制扭矩，此外轴力测量部由于扭矩对测量部件的干扰，读取误差也较大。
CN208860588U公开了一种高强螺栓拉扭试验机，包括上部设有工作台板的支撑箱体，工作台板上部一端设置有主减速机，其另一端设置有滑动箱，主减速机的输出轴上安装有扭矩传感器，扭矩传感器的前端连接有扭矩传感器前座，在扭矩传感器前座的前端连接有螺母卡座套，螺母卡座套的前端设置有螺母卡，滑动箱滑动设置在工作台板上的导轨上，滑动箱的内部设置有施力机构，施力机构包括由前至后依次设置在滑动箱内部的夹具体、快装棒拉套，夹具体和快装棒拉套之间通过快装棒连接，夹具体的前端为测试件夹持端，在滑动箱的尾部设置有轴力传感器，轴力传感器通过锁紧螺杆和螺母固定在滑动箱的后壁上，锁紧螺杆的前端与快装棒拉套连接，在滑动箱的前端设置有螺母挡板。
上述装置在测量螺栓时扭矩传感器直接通过螺母卡给螺栓螺母施加扭力，而螺母在施加扭力过程中将附带有轴力，因而该轴力将给螺栓的扭力测量带来一定的误差。此外，轴力传感器也直接与螺栓螺柱接触，在挤压过程中同样会伴随较大的扭力，因而还会给螺栓的轴力测量带来误差。CN201689006U高强度螺栓拉扭复合试验机、CN204405453U一种微机控制高强度大螺栓扭转试验机同样存在该缺陷。
如何解决上述技术问题成为本领域技术人员努力的方向。
发明内容
基于以上问题，本发明提供了一种卧式螺栓轴力-扭矩微变化试验机。本发明主要用于检测螺栓在受到70％螺纹有效面积的屈服强度下(非破坏)扭力时所产生的轴向力，以及螺栓扭转破坏试验。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种卧式螺栓轴力-扭矩微变化试验机，包括轴力传感器、扭矩传感器、用于试样螺栓头部旋入的螺栓杆端卡具、用于拧转试样螺栓的螺栓扭转头，还包括消扭梁，轴力传感器安装在消扭梁的一面上，螺栓杆端卡具安装在消扭梁的另外一面上，螺栓杆端卡具的一侧设有扭转支架，扭转支架内安装有旋转架，扭转支架与旋转架间配有球轴承及圆锥滚子轴承，旋转架朝向螺栓杆端卡具的一端与螺栓扭转头连接，另外一端与扭矩传感器连接，扭矩传感器背离旋转架的一端与扭转驱动装置连接。
作为一种优选的方式，还包括平移装置，平移装置包括滑轨，消扭梁安装在滑座上，滑座与滑轨契合，滑轨背离扭转支架的一端安装有轴承座，轴承座上安装有滚珠丝母，滚珠丝母内旋合有与其相配的滚珠丝杠，滚珠丝杠一端通过关节轴承与轴力传感器连接。
作为一种优选的方式，轴承座上还安装有移动电机，移动电机与滚珠丝母间设有传动装置用于驱动滚珠丝母转动，移动电机输出轴安装有主动链轮，滚珠丝母外周安装有从动链轮，主动链轮与从动链轮通过链条连接。
作为一种优选的方式，传动装置传动方式为皮带传动、齿轮传动、链轮传动方式中的一种。
作为一种优选的方式，传动装置传动方式为链轮传动，移动电机输出轴安装有主动链轮，滚珠丝母外周安装有从动链轮，主动链轮与从动链轮通过链条连接。
作为一种优选的方式，扭转驱动装置包括扭转电机，扭转电机通过联轴器与扭矩传感器连接。
作为一种优选的方式，螺栓扭转头与旋转架为可拆卸连接，螺栓扭转头设有用于与试样螺栓头部匹配的内六方凹槽。
作为一种优选的方式，螺栓杆端卡具与消扭梁为可拆卸连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过扭转支架、球轴承及圆锥滚子轴承避免轴跳动并约束轴力，避免试样螺旋在受到扭矩的状态下所产生的轴力对扭矩传感器造成影响，同时通过消扭梁消除试样螺栓受到的扭矩传递到轴力传感器上，最终实现高精度无相互作用影响的螺栓轴力、扭力测量目的；
(2)本发明还包括安装于基座左端的平移装置，平移装置包括滑轨，消扭梁安装在滑座上，滑座与滑轨契合，滑轨背离扭转支架的一端安装有轴承座，轴承座上安装有滚珠丝母，滚珠丝母内旋合有与其相配的滚珠丝杠，滚珠丝杠一端通过关节轴承与轴力传感器连接。通过转动安装在轴承座上的滚珠丝母，使滚珠丝杠左右移动，并经过连接的关节轴承、轴力传感器拉动消扭梁及滑座在滑轨上滑动，实现了消扭梁的位置调节，便于针对不同长度的试样螺栓进行测试。同时依靠滚珠丝杠的自锁特性，可以承受水平向力，进而还为轴力传感器提供测试支撑；
(3)本发明通过可拆卸的螺栓杆端卡具、螺栓扭转头配合平移装置不仅可以针对不同长度的试样螺栓进行测试，还可以针对不同型号的试样螺旋进行试验，提高装置的灵活性
(4)本发明通过计算机伺服控制，自动化程度较高，只要设定相关试验数据，试验机可准确无误的工作。可实时显示试验状态，并绘制全过程曲线，分析处理试验结果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的电路控制原理图。
其中，1基座，2平移装置，201滑轨，202滑座，203轴承座，204滚珠丝母，205从动链轮，206滚珠丝杠，207移动电机，208主动链轮，3关节轴承，4轴力传感器，5消扭梁，6螺栓杆端卡具，7试样螺栓，8扭转支架，9螺栓扭转头，10旋转架，11扭矩传感器，12联轴器，13扭转电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1：
参见图1，一种卧式螺栓轴力-扭矩微变化试验机，主要包括基座1，基座1的目的在于提供其他构件安装场所，一般为一方形平台，也可以根据具体安装需要进行调整。并在基座1上安装消扭梁5及扭转支架8，消扭梁5的主要作用为避免试样螺栓7与轴力传感器4直接接触，消除由试样螺栓7与轴力传感器4的扭力，防止扭力对轴力传感器4的检测精度造成影响，消扭梁5一般为片状构件，可以阻隔试样螺栓7与轴力传感器4直接接触即可，一般的，为了简化消扭梁5结构降低其加工难度，本实施例消扭梁5为片状构件，轴力传感器4及用于试样螺栓7头部旋入的螺栓杆端卡具6分别安装于消扭梁5的两侧，轴力传感器4采用目前常见的压力传感器即可，除了需要固定在消扭梁5上外，还需与附属装置连接，保证轴力传感器4工作时两端收到拉伸或压缩的轴力。螺栓杆端卡具6主要设有内螺纹，当试样螺栓7旋至底后，螺栓在受到螺纹方向的扭矩时，螺栓不再旋转。
扭转支架8内安装有旋转架10，扭转支架8与旋转架10间配有球轴承及圆锥滚子轴承，球轴承用来约束由于安装时的不同轴所带来的轴跳动，圆锥滚子轴承用来约束轴力，防止扭矩传感器11受到轴向拉力。旋转架10为一筒形构件，外周与球轴承及圆锥滚子轴承接触，内周与设键槽分别与螺栓扭转头9及扭矩传感器11连接，值得注意是的，键连接方式仅为本实施采用的旋转架10与螺栓扭转头9及扭矩传感器11的连接方式，除此之外的连接方式还可以采用后销钉连接、螺纹连接甚至焊接，为了保证连接规范，特别是针对轴与轴之间的连接，本实施例连接方式采用键连接。扭矩传感器11最终与扭转驱动装置连接用于提供试验动力，扭转驱动装置可以采用电机或人工转动的方式。
试验过程：将试验螺栓右端头部卡入螺栓扭转头9，左端头部旋入螺栓杆端卡具6的内螺纹处，然后通过扭转驱动装置带动扭矩传感器11转动，开始进行测试过程。在具体作用时，扭矩传感器11先将扭力传递给扭转支架8，扭转支架8再通过螺栓扭转头9扭动试样螺栓7，最终试验螺栓左端头部通过螺纹连接拉动消扭梁5，从而在消扭梁5左端的轴力传感器4两端被拉伸，最终测得螺栓轴力。本实施例通过扭转支架8、球轴承及圆锥滚子轴承避免轴跳动并约束轴力，避免试样螺旋在受到扭矩的状态下所产生的轴力对扭矩传感器11造成影响，同时通过消扭梁5消除试样螺栓7受到的扭矩传递到轴力传感器4上，最终实现高精度无相互作用影响的螺栓轴力、扭力测量目的。
进一步的，为了便于针对不同长度的试样螺栓7进行测试，本实施例还包括安装于基座1左端的平移装置2，平移装置2包括滑轨201，消扭梁5安装在滑座202上，滑座202与滑轨201契合，滑轨201背离扭转支架8的一端安装有轴承座203，轴承座203上安装有滚珠丝母204，滚珠丝母204内旋合有与其相配的滚珠丝杠206，滚珠丝杠206一端通过关节轴承3与轴力传感器4连接。通过转动安装在轴承座203上的滚珠丝母204，使滚珠丝杠206左右移动，并经过连接的关节轴承3、轴力传感器4拉动消扭梁5及滑座202在滑轨201上滑动，实现了消扭梁5的位置调节，便于针对不同长度的试样螺栓7进行测试。同时依靠滚珠丝杠206的自锁特性，可以承受水平向力，进而还为轴力传感器4提供测试支撑。
进一步的，提高便于驱动滚珠丝母204转动，轴承座203上还安装有移动电机207，移动电机207与滚珠丝母204间设有传动装置用于驱动滚珠丝母204转动，传动装置传动方式可以选择皮带传动、齿轮传动或链轮传动方式，本实施传动装置传动方式为链轮传动，具体是在移动电机207输出轴安装有主动链轮208，滚珠丝母204外周安装有从动链轮205，主动链轮208与从动链轮205通过链条连接。
进一步的，为了便于为扭矩传感器11提供扭矩，扭转驱动装置包括扭转电机13，扭转电机13通过联轴器12与扭矩传感器11连接。
进一步的，为了便于针对不同型号的螺栓进行测试，螺栓扭转头9与旋转架10为可拆卸连接，螺栓杆端卡具6与消扭梁5为可拆卸连接，具体本实施例可拆卸连接选用螺栓连接，还可以选择其他如销钉或键连接等可拆卸连接方式，此外螺栓扭转头9设有用于与试样螺栓7头部匹配凹槽，凹槽结构可以根据螺栓头部形状进行调整，本实施例螺栓扭转头9头部的凹槽为内六方凹槽。通过可拆卸的螺栓杆端卡具6、螺栓扭转头9配合平移装置2不仅可以针对不同长度的试样螺栓7进行测试，还可以针对不同型号的试样螺旋进行试验，提高装置的灵活性。
本实施例电路控制原理如图2所示，主要包括计算机，A/D和D/A转换板，以及伺服控制柜。计算机通过A/D和D/A转换板与伺服控制柜相通。伺服控制***作用是将来自扭矩传感器11的信号由放大器进行放大滤波，而后经A/D板(装在微机内)送往微机和轴向控制器，完成微机的量化显示和控制器的闭环比较。
伺服电机控制***采用扭矩值控制方式。由专用控制器来进行控制，该部分是将来自扭转放大器板的传感器信号同与之相对应的给定信号行比较，并进行PID控制后，去驱动伺服电机按指令工作。力传感器采集轴力数据，将数据传输给计算机，并显示。计算机将试验完成后的数据经行处理，通过打印机打印试验报告，最终完成试验过程。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种卧式螺栓轴力-扭矩微变化试验机，包括轴力传感器(4)、扭矩传感器(11)、用于试样螺栓(7)头部旋入的螺栓杆端卡具(6)、用于拧转试样螺栓(7)的螺栓扭转头(9)，其特征在于：还包括消扭梁(5)，所述轴力传感器(4)安装在消扭梁(5)的一面上，所述螺栓杆端卡具(6)安装在消扭梁(5)的另外一面上，所述螺栓杆端卡具(6)的一侧设有扭转支架(8)，所述扭转支架(8)内安装有旋转架(10)，所述扭转支架(8)与旋转架(10)间配有球轴承及圆锥滚子轴承，所述旋转架(10)朝向螺栓杆端卡具(6)的一端与螺栓扭转头(9)连接，另外一端与扭矩传感器(11)连接，所述扭矩传感器(11)背离旋转架(10)的一端与扭转驱动装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种卧式螺栓轴力-扭矩微变化试验机，其特征在于：还包括平移装置(2)，所述平移装置(2)包括滑轨(201)，所述消扭梁(5)安装在滑座(202)上，所述滑座(202)与滑轨(201)契合，所述滑轨(201)背离扭转支架(8)的一端安装有轴承座(203)，所述轴承座(203)上安装有滚珠丝母(204)，所述滚珠丝母(204)内旋合有与其相配的滚珠丝杠(206)，所述滚珠丝杠(206)一端通过关节轴承(3)与轴力传感器(4)连接。
3.根据权利要求2所述的一种卧式螺栓轴力-扭矩微变化试验机，其特征在于：所述轴承座(203)上还安装有移动电机(207)，所述移动电机(207)与滚珠丝母(204)间设有传动装置用于驱动滚珠丝母(204)转动。
4.根据权利要求3所述的一种卧式螺栓轴力-扭矩微变化试验机，其特征在于：所述传动装置传动方式为皮带传动、齿轮传动、链轮传动方式中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种卧式螺栓轴力-扭矩微变化试验机，其特征在于：所述传动装置传动方式为链轮传动，所述移动电机(207)输出轴安装有主动链轮(208)，所述滚珠丝母(204)外周安装有从动链轮(205)，所述主动链轮(208)与从动链轮(205)通过链条连接。
6.根据权利要求1～5任一项所述的一种卧式螺栓轴力-扭矩微变化试验机，其特征在于：所述扭转驱动装置包括扭转电机(13)，所述扭转电机(13)通过联轴器(12)与扭矩传感器(11)连接。
7.根据权利要求1～5任一项所述的一种卧式螺栓轴力-扭矩微变化试验机，其特征在于：所述螺栓扭转头(9)与旋转架(10)为可拆卸连接，所述螺栓扭转头(9)设有用于与试样螺栓(7)头部匹配的内六方凹槽。
8.根据权利要求1～5任一项所述的一种卧式螺栓轴力-扭矩微变化试验机，其特征在于：所述螺栓杆端卡具(6)与消扭梁(5)为可拆卸连接。
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| CN112611630A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-06 | 广东博智林机器人有限公司 | 一种扭转刚度测量设备 |
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| CN113251886A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-08-13 | 淮南师范学院 | 一种控制电机测试设备 |
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| CN113108978A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-13 | 上海长肯试验设备有限公司 | 工业螺栓扭矩试验机 |
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