零部件产品与质量35钢结构用高强度螺栓扭矩系数 检测装置的设计连香姣 田彧 丁宝平 北京建筑工程学院机械科学研究院摘 要 本文介绍了一种新型高强度螺栓连接副扭矩系数检测装置叙述了该装置机械系统微机控制系统的设计原理和简要过程该设计将为高强度螺栓连接 副的成批检测提供更方便更准确更高效的检测设备关键词 高强度螺栓 检测装置 扭矩系数 轴力 扭矩高强度螺栓连接副是连接钢结构件最常 用的连接紧固方法连接副的轴向压力的大 小合理选取程度是影响连接强度和可靠性的 关键安装时通过对螺母或螺栓施加一 定的扭矩来获得轴向压力而该轴向压力的 大小受扭矩系数 K 的直接影响GB/T 1228 1991钢结构用高强度大六角头螺栓和 GB/T 12311991钢结构用高强度大六角 头螺栓大六角螺母垫圈技术条件等标 准中不仅规定了产品的型式尺寸机械性能 等技术条件而且规定了扭矩系数目前国内广泛采用轴力计或测力环和扭矩扳 手进行检测试验这种方法基本是手动施 力人工读数计算及数据处理劳动强度 大精度较差效率低本文介绍的是一种钢结构用高强度螺栓 扭矩系数检测装置它采用电机自动加载 传感器采集数据计算机数据处理和实时控制数字显示和打印输出结果实现了机电 一体化操作不仅可降低操作者劳动强度 而且有利于保证精度提高效率 1 总体方案设计本装置采用电机拖动经减速器减速后带动六角套筒旋转从而给待测连接副施 拧通过压力传感器和扭矩传感器采集施加 于连接副的轴力和扭矩经 A/D 转换后送给 微机微机按照所设计的程序进行数据处理和控制并自动与国标要求数据库对照判 定出该批螺栓连接副产品是否合格最后通过屏幕显示或打印输出结果 该装置的总体结构框图如下电机 减速器 六角套筒 测试机 传感器微机 A/D 转换器打印输出2 机械系统设计 机械系统设计主要包括电机的选取 减速器的选型六角套筒的设计测试机的 设计四部分其中测试机的设计是最关键的部分 1电机的选取 根据检测要求查国家标准得出待测螺栓所能达到的最大承受扭矩 T2 T2 = KFD 式中 K扭矩系数值F螺栓所受的轴力值D待测螺栓的最大直径由 GB/T 1231 可知同批高强度螺栓连 接副扭矩系数平均值为 0.1100.150 由 GB/T 36331995钢结构用扭剪型高强度螺栓连 接副 技术条件可知高强度螺栓连接副的轴力平均值见表 1零部件产品与质量36表 1 高强度螺栓连接副的轴力平均值螺纹规格 mmM12M16M20M22M24M27M30max59113117216250324397轴力 F kNmin4993142177206265329本 试 验 机 所 测 螺 栓 直 径 范 围 在M12M30 之间因而得出待测螺栓的最大 施拧转矩为T2=KFD=0.1539730=1786.5 Nm 设计施拧转速为n2=10 r/min设减速比为i=100机械效率为=85% 减速器输入转矩为T1=T2/=1786.5/0.85=2102 Nm 则电机输出转速为n1=in2=1000 rpm 电机功率为P=T1n1/9550=2102109550=2.2 kW本装置选用 Y112M6 型三相异步电动 机额定功率 2.2kW额定转速 940rpm通 过变频调速可以实现平滑调速2减速器及联轴器的选取本设备选用 XB1100 谐波齿轮减速器 不仅结构简单而且体积小重量轻传动 精度高噪音小由于本试验中冲击振动小 所以减速器与电机轴的联接采用标准凸缘联轴器减速器输出轴与扭矩传感器输入轴之 间采用专用的套筒联轴器扭矩传感器与内六角套筒间亦采用套筒联轴器 3测试机的设计测试机是整个测试装置的最重要部分 包括主轴部分侧板底板上盖卡具等零部件部分设计时充分考虑了尺寸强度精度和可操作性结构图在此略 3 控制和数据采集处理系统本机采用 IBMPC 计算机控制和数据采集处理实现检测过程的自动化程序化 操作者只要按计算机屏幕提示的信息进行操作便可完成试验过程实现启停换向 调速报警及过程自动控制等控制功能采 用 CGQ200 型应变式集流环扭矩传感器和 AKC264C 型电阻应变式轴力传感器 CON4 型四通道信号调节器作为放大器内 置式 16 位 A/D 转换器可同时测试出加载 扭矩 M 和螺栓所受轴力 F软件内包含数据 获取计算比较判断等模块根据标准 规定和实测值判断试件是否合格屏幕显示 试验结果和结论并可打印输出试验报告4 结论 1本文所介绍的新型扭矩系数检测 装置克服了传统的手动测试劳动强度大 精度差效率低等缺点采用机电一体化技 术通过电机加载传感器检测计算机数 据处理屏幕自动显示扭拉关系曲线输出扭矩系数值因而测试方法简便精确高效填补了国内空白 2该装置作为紧固件企业保证产品 质量的重要手段之一能在每批钢结构用高 强度连接副的产品质量合格证书中记录扭矩系数 K 的实测数据施工单位可用以进行高 强度螺栓进货验收和安装工艺试验等因而本设计将为高强度螺栓检测机构生产 企业施工现场等提供方便准确高效的检测装置并将带来良好的经济效益收稿日期20010610