[发明专利]一种基于轴向预载的小尺寸螺栓预紧工艺及装置

说明书

本发明提供了一种基于轴向预载的小尺寸螺栓预紧工艺及装置，属于工件装配领域。小尺寸螺栓预紧装置实时对螺栓进行加载并检测螺栓预紧力及螺纹扭矩，同时减小了螺栓端面摩擦损耗。本发明利用小尺寸螺栓预紧力小、分散性大、螺栓拧紧产生变形的原理，提出采用轴向预载的方式对小尺寸螺栓进行加载。此外设计了相应装置，该小尺寸螺栓预紧装置主要包括加压泵、压力传感器、扭矩传感器，以及随加压泵移动的支撑板，该装置同时测量加压压力、螺栓预紧力、螺纹扭矩，进一步提高了小尺寸螺栓装配质量。

技术领域

本发明涉及工件装配领域，具体涉及一种基于轴向预载的小尺寸螺栓预紧工艺及装置。

背景技术

在医疗器械、航空航天陀螺仪装配过程中，许多部件采用螺栓连接方式，由于所用设备体积小、精度高，往往采用小尺寸螺栓。在实际装配过程中，由于缺乏螺栓紧固与装配体几何偏差影响规律的研究，装配工艺通常依靠人工经验进行实施。在装配过程中，螺栓的安装顺序对螺栓组预紧力产生影响，后拧紧的螺栓会使先拧紧的螺栓预紧力大小发生改变，在同一装配工艺下，相同零部件的装配质量重复性差。机械结合面的动态性能会对整个装备的动态性能产生直接影响，而且螺栓的数量、分布和预紧力等因素都会直接对车辆零部件装配质量产生影响。

螺栓在拧紧过程中扭矩被分散为三部分，分别为端面摩擦扭矩、螺纹扭矩、预紧力。螺栓预紧最常采用的是扭矩法和扭矩-转角法。扭矩法是根据扭矩大小和轴力之间存在一定关系所规定的一种方法，但因扭矩系数变化，使螺栓轴力有很大误差。螺栓扭矩控制法主要分三个阶段：第一阶段是贴合阶段，这一阶段主要是将螺栓放入正确安装位置，预拧紧直至螺栓与安装工件表面完全贴合。这一阶段经历了预紧力从无到有的过程，所以受力十分不均匀，难以控制；第二阶段是线性阶段，在这一阶段螺栓所产生的预紧力与对螺栓施加的扭矩基本上成线性相关关系；第三阶段是屈服阶段，扭矩转角法是在施加一定扭矩后采用转角控制螺栓预紧力，对小尺寸螺栓适用性较差。螺栓拧紧过程影响因素较多，包括拧紧速度、拧紧遍数、拧紧顺序等等，装配效果难以保证。

轴向预载是针对小螺栓加载预紧力的一种新方式，考虑螺栓拧紧过程中螺栓头与被连接件接触面会产生变形，因此在拧紧之前对螺栓头周围施加一定轴向预载，可直接对小螺栓产生特定的预紧力，同时减少了端面摩擦损耗，为小螺栓拧紧提供了一种新方式。

发明内容

针对以上螺栓拧紧方式已有的不足和改进需求，本发明提供了一种基于轴向预载的小尺寸螺栓预紧工艺及装置。

本发明技术方案如下：

一种基于轴向预载的小尺寸螺栓预紧装置包括轴向预载加载部件、螺栓预紧力检测部件和螺栓螺纹扭矩检测部件；

轴向预载加载部件包括分离式液压泵1、加载头2、压力传感器a3、移动支撑板13和轴向预载加载柱4；分离式液压泵1固定于加载台12上，加载台12上布置多根支撑柱，分离式液压泵1一端螺栓固定于支撑柱上；加载头2连接于分离式液压泵1与压力传感器a3间，压力传感器a3与压力显示器连接，实时显示压力值；移动支撑板13的中间带有球面的加载柱，其端部通过轴承16连接在支撑柱上，并在轴承16的带动下上下移动；轴向预载加载柱4为T型结构，移动支撑板13上的加载柱与轴向预载加载柱4球面配合，在加载过程中起定心作用；移动支撑板13受力向上移动，其加载柱通过轴向预载加载柱4向螺栓8周围施加压力；压力传感器a3安装在移动支撑板13的下表面；

螺栓预紧力检测部件包括压力传感器b6、T型夹具5、可更换垫片17、螺栓8、螺母9、被连接件7和支撑板14；T型夹具5、压力传感器b6、支撑板14和被连接件7依次通过螺栓8固定连接；其中，T型夹具5装于“几”字凹槽底部；压力传感器b6呈环状，T型夹具5的“几”字凹槽与压力传感器b6的内环配合；压力传感器b6与压力显示器连接，实时显示压力值；

螺栓螺纹扭矩检测部件包括扭矩传感器10、槽型夹具11和上板15；槽型夹具11、扭矩传感器10和上板15依次固定连接，上板15固定在支撑柱上；被连接件7固定在槽型夹具11上。