一種螺釘受力測試的方法

石子貢 劉劍 農(nóng)德海 韋磊 宋少勇

【摘 要】螺釘受力大小可以通過理論計算獲得，但在動載荷的作用下，螺釘受力大小很難確定，只能在樣機試制階段，通過測試螺釘實際受力，最后確定量產(chǎn)機所選螺釘?shù)囊?guī)格。傳統(tǒng)的測力螺釘其成本昂貴；采購周期長；測試螺釘?shù)耐ㄓ眯圆?。論文介紹一種自制墊套傳感器測試螺釘受力的方法，該方法主要優(yōu)點有：傳感器制造成本低；傳感器制造周期短；傳感器可以適應較多的測試位置。

【Abstract】 The force size of the screw can be obtained by theoretical calculation. But under the action of dynamic load， it is difficult to determine the force size of screws. Only during the trial stage of the prototype， through testing the actual force of the screw， the specification of the screw selected by the mass production machine is finally determined. The cost of traditional force measuring screws is high， the purchasing period is long， and the generality of test screws is poor. The paper introduces a method of testing screw force with self-made pad sleeve sensor. The main advantages of this method are： low manufacturing cost of sensor， short manufacturing period of sensor， and the sensor can be adapted to more test locations.

【關鍵詞】微應變；墊套傳感器；二元一次方程；多項式

【Keywords】 microstrain； cushion sensor；linear equation in two unknowns； polynomial

【中圖分類號】TU391 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）07-0183-02

1 引言

鋼材具有特定的彈性模量，在受到外負載力的情況下發(fā)生彈性形變，在未發(fā)生塑性變形的情況下，外負載力撤消后，能夠恢復原來的形狀。將應變片粘貼于鋼材上，施加固定值的力，應變片與鋼材產(chǎn)生相同的變形量，反過來如測得應變量，同樣可以得到鋼材的形變量，即可得到鋼材實際受力大小。

2 墊套傳感器設計

2.1 墊套選材

42CrMo有較高的疲勞強度和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好，而且無明顯的回火脆性，熱處理后的彈性模量高，選用作為墊套制作材料。

2.2 墊套設計計算

本案舉例測試螺釘規(guī)格為：M20×90-12.9DK，其拉斷力299kN，根據(jù)螺釘外形尺寸及應變片外形尺寸設計墊套尺寸，如圖1所示：

墊套內徑22mm，墊套外徑30mm，

墊套抗壓強度校核：

抗壓力F=562kN>299kN

墊套抗壓強度遠大于螺栓拉斷力，墊套滿足螺釘被拉斷情況下未發(fā)生塑性變形，滿足測試條件。

3 墊套傳感器參數(shù)標定

本文介紹測試螺釘受力的方法，是使用可以測試到形變量的墊套傳感器，裝配于螺釘與油缸端蓋之間。采集形變量，傳輸?shù)诫娔X。經(jīng)過公式計算后可以直接轉換成力的大小。

3.1 傳感器的標定

如圖2所示，使用壓力機加載多組固定值的力在墊套上，采集墊套上應變片不同的形變量，即可得到力與形變量的關系（圖2-a）。油缸上螺釘受力后墊套變形（圖2-b）與壓力機標定墊套原理相同。

3.2 數(shù)據(jù)采集分析

壓力機設定變量的加載力到墊套上，采集到應變片相應的應變量，將力的大小與應變量一一對應，采集數(shù)據(jù)寫入Excel表格，使用圖表顯示并自動生成趨勢線（多項式），如圖3所示。

3.3 推導公式

決定系數(shù)：R2=（總平方和-殘差平方和）/總平方和；當R2=1時，微應變數(shù)據(jù)全部落在擬合曲線多項式上。通過數(shù)據(jù)分析，傳感器數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，（R2=0.999），因此，可以進行測試和數(shù)據(jù)分析。

傳感器多項式：y=-0.005x2-12.44x+439.9

y——微應變，墊套受壓，為負值

x——壓力值

壓力機確定了力與應變量的關系，只需采集油缸墊套傳感器的形變量，即可計算螺釘實際受力大?。唤舛淮畏匠痰寐葆敶笮椋?/p>

4 測試方案和結果分析

4.1 測試方案

舉例測試鏟斗油缸螺釘受力，原理如圖4所示：將墊套2裝配于螺釘1與油缸端蓋之間，墊套2的形變會使應變片3產(chǎn)生相同的形變，將應變片3的模擬信號變量的電阻傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集儀器6，數(shù)據(jù)采集儀6將數(shù)字信號傳輸入筆記本電腦8，筆記本通過相應的軟件程序，經(jīng)過公式計算后將數(shù)據(jù)輸出。

4.2 測試結果

采集油缸正常循環(huán)作業(yè)數(shù)據(jù)，測試結果表明，在負載變化時，可以在電腦中讀取到變量的數(shù)據(jù)，根據(jù)測試數(shù)據(jù)了解到，在油缸伸出到最大行程時，沖擊端蓋螺釘產(chǎn)生的力是最大。單個螺釘受力達到210kN，再根據(jù)強度比較，螺釘所受的實際載荷小于螺釘拉斷力，判定螺栓設計滿足使用要求。

5 結論

墊套傳感器可以承受的壓力大于螺釘拉斷力，在測試過程未發(fā)生塑性變形，可以重復多次使用；可以使用多種測試場合；通過自制傳感器，可以有效測試螺釘受力。