CN104568282B - 一种车轮轴承螺栓预紧力检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车轮轴承螺栓预紧力检测装置，包括基座和连接块，连接块的顶面中心设有方孔，车轮轴承螺栓的连接套的下端伸入方孔内与连接块连接，车轮轴承螺栓的螺柱上套设有法兰套，法兰套的下端向下延伸形成支撑套，支撑套套设在螺柱的外侧并与螺柱花键连接，支撑套的外侧周围贴有应变片组，应变片组与应变适配器连接，应变适配器与工控机连接，螺柱的上端设有锁紧螺母，锁紧螺母的外侧设有套筒，套筒与扭矩扳手连接。因此，本发明具有在不破坏螺栓自身结构的情况下，快速、准确的检测螺栓预紧力的有益效果。

Description

一种车轮轴承螺栓预紧力检测装置

技术领域

本发明涉及螺栓预紧力检测装置，尤其涉及一种车轮轴承螺栓预紧力检测装置。

背景技术

目前，为了研究车轮螺栓摩擦系数、螺母贴合面积与其预紧力的关系，需要轮毂轴承装车状态下的游隙或预紧力提供支持，第三代轮毂轴承组件中通过花键轴与花键轴螺栓锁紧连接，因此需要检测车轮轴承螺栓的扭矩与预紧力的线性关系。现有技术中，常见的螺栓预紧力检测一般采用下述两种方案：第一种方案，在螺栓末端中心打孔，把敏感元件埋入螺栓内部，通过敏感元件感知螺栓的变形情况，对敏感元件输出的电信号进行分析处理，获取到预紧力，进行检测；第二种方案，在螺栓上没有螺纹的螺柱上加工出测量平面，把应变片粘贴于该测量平面，通过螺栓内孔引出信号线，利用应变片的应变来探测螺栓预紧力。对于第一种方案，有些螺栓自身硬度很高，不便于打孔，有些螺栓型号很小，打孔非常困难，同时孔与螺母的同轴度、孔内的光滑程度等都极难控制，从而导致检测精度低，检测困难；针对第二种方案，螺栓太小，也难以加工出平面，应变片缺乏安装位置，有些螺栓的螺柱整体都带有螺纹，加工平面后会影响螺栓的正常使用。综上，现在的螺丝轴向预紧力检测都对螺栓自身带有破坏性，而且检测环境、状态一致性很难控制，从而导致检测精度低，甚至完全无法检测。而且车轮轴承螺栓与普通螺栓结构也存在差异，车轮轴承螺栓包括螺柱和设在螺柱末端的连接套，连接套与螺柱为一体式结构，连接套的截面呈矩形，普通的预紧力检测装置不适合该种车轮轴承螺栓的预紧力检测。

中国专利授权公告号：CN202867494U，授权公告日2013年4月10日，公开了一种设有预紧力检测转头的螺栓，包括螺栓、检测转头、固定杆、弹簧、固定销及粘结剂，螺栓的轴心设有台阶孔、固定销孔及调节销孔，检测转头上设有摆动臂及调节销，固定杆上设有凸台及螺帽；固定杆设于台阶孔内，粘结剂将固定杆端头与台阶孔固连，检测转头套装在固定杆的凸台上，固定销嵌在固定销孔内，弹簧设于调节销与固定销之间。通过肉眼观测检测转头的位置，即可及早发现螺栓的预紧力降低或失效，具有结构简单，检测方便的优点。其不足之处是该种检测方式中需要在螺栓的轴心加工出台阶孔，一批螺栓上，每次螺栓都加工台阶孔，每个台阶孔的同轴度、深度、直径、粗糙度等都会有差异，因此预紧力检测精度低，一致性差。同时螺栓中心打孔还会降低螺栓自身强度，破坏螺栓自身结构。

发明内容

本发明为了克服现有技术中的螺栓预紧力检测过程中会破坏螺栓自身结构，同时检测精度低的不足，提供了一种在不破坏螺栓自身结构的情况下，能够准确检测螺栓预紧力的车轮轴承螺栓预紧力检测装置，该种装置检测方便，可用于车轮轴承螺栓出厂检验以及维修时的检验，从而保证车轮轴承螺栓的质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种车轮轴承螺栓预紧力检测装置，包括基座和连接块，连接块的顶面中心设有方孔，车轮轴承螺栓的连接套的下端伸入方孔内与连接块连接，车轮轴承螺栓的螺柱上套设有法兰套，所述的法兰套的下端向下延伸形成支撑套，所述的支撑套套设在螺柱的外侧并与螺柱花键连接，支撑套的外侧周围贴有应变片组，应变片组与应变适配器连接，所述的应变适配器与工控机连接，螺柱的上端设有锁紧螺母，所述的锁紧螺母的外侧设有套筒，所述的套筒与扭矩扳手连接。套筒套在锁紧螺母上，扭矩扳手与套筒连接，扭矩扳手转动后，锁紧螺母与螺柱不断拧紧，从而挤压支撑套使得支撑套变形，支撑套上的应变片组也产生形变，车轮轴承螺栓的预紧力与支撑套的支撑力是一对作用力与反作用力，力的大小相等，扭矩扳手每转动一个特定的扭矩都会记载下来，同时观察工控机上对应的电压值，应变片组已经通过应变片标定装置标定过，因此每个电压都能对应一个压力值（该压力值等于车轮轴承螺栓的预紧力），从而得出扭矩与预紧力的关系，实现预紧力的检测，该种预紧力检测过程中不需要破坏螺栓自身结构，不会影响螺栓强度，整个检测装置结构简单，检测非常方便，检测结果准确。

作为优选，所述的支撑套的外侧还贴有补偿块，所述的应变片组包括一个测量应变片和一个补偿应变片，补偿应变片贴在补偿块上，所述的测量应变片和补偿应变片采用半桥方式连接。补偿块和补偿应变片用于温度补偿，降低温度对电压的影响，检测精度高。

作为优选，所述的连接块与基座之间螺栓连接，所述的基座上设有凹槽，所述的连接块的底部设有与凹槽对应的凸台。凸台与凹槽的配合，防止扭矩扳手在转动的时候连接块与基座之间发生相对转动而影响检测精度。

作为优选，支撑套下端外侧设有环形缺口，所述的环形缺口内设有压环，所述的压环的下端向外延伸形成翻边，所述的翻边与连接套的上端接触支撑。压环上的翻边与连接套的上端面接触，支撑套的下端端面与连接套的上端之间形成一个间隙，防止支撑套的下端与连接套之间挤压变形而影响应变片的精度，同时翻边有效的增加了接触面积，减小了压强，延长装置的使用寿命，长时间使用后，当压环产生磨损、变形等，可以及时更换，整套装置的维护成本更加低。

作为优选，所述的支撑套的下端面与内孔壁之间设有倒角。支撑套套入螺纹套上的时候，倒角起到导向作用，安装更加方便。

一种应变片标定装置，包括基座和连接块，连接块的顶面中心设有方孔，车轮轴承螺栓的连接套的下端伸入方孔内与连接块连接，车轮轴承螺栓的螺柱上套设有法兰套，所述的法兰套的下端向下延伸形成支撑套，所述的支撑套套设在螺柱的外侧并与螺柱花键连接，支撑套的外侧周围贴有应变片组，应变片组与应变适配器连接，所述的应变适配器与工控机连接，螺柱的上端设有压套，压套的下端与法兰套的上端面接触支撑，所述的压套与螺柱之间间隙配合，压套的上端面中心设有圆锥孔，所述的圆锥孔内设有钢球。加载机的压臂压在钢球上给钢球增加压力载荷，压套直接压在法兰套上使得支撑套发生形变，应变片组感受到该应变，从而输出信号经过应变适配器与工控机的处理后产生对应的电压值，加载机每加载一个特定的压力后，记录电压值，最后得出压力与电压的线性关系，因此在车轮轴承螺栓预紧力检测装置中，当扭力扳手转动时，工控机上显示的电压值直接能换算成对应的预紧力值，从而直观的得出扭矩与预紧力的关系。

作为优选，所述的圆锥孔的轴线与压套的轴线共线。当加载机上压臂的负载加在钢球上的时候，钢球对压套产生的压力均匀作用在法兰套的圆周上，防止在加载的过程中支撑套周围受力不均产生扭转变形而影响应变片的形变，最终降低标定精度。

因此，本发明具有在不破坏车轮轴承螺栓自身结构的情况下，快速、准确的检测车轮轴承螺栓预紧力的有益效果。

附图说明

图1为车轮轴承螺栓预紧力检测装置结构示意图。

图2为应变片标定装置结构示意图。

图3为本发明中应变片信号处理结构示意图。

图4为本发明中应变片组的结构示意图。

图中：基座1 连接块2 车轮轴承螺栓3 法兰套4 应变片组5 应变适配器6工控机7 锁紧螺母8 套筒9 扭矩扳手10 凹槽11 凸台12 压环13 翻边14 压套15圆锥孔16 钢球17 压臂18 连接套31 螺柱32 支撑套41 补偿块42 测量应变片51补偿应变片52。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

如图1所示的一种车轮轴承螺栓预紧力检测装置，包括基座1和连接块2，连接块2与基座1之间螺栓连接，基座1上设有凹槽11，连接块2的底部设有与凹槽对应的凸台12，凸台与凹槽的配合，防止扭矩扳手在转动的时候连接块与基座之间发生相对转动而影响检测精度，连接块2的顶面中心设有方孔，车轮轴承螺栓3的连接套31的下端伸入方孔内与连接块2连接，连接套与连接块之间无法相对转动，车轮轴承螺栓3的螺柱32上套设有法兰套4，所述的法兰套4的下端向下延伸形成支撑套41，支撑套41套设在螺柱的外侧并与螺柱花键连接，支撑套41的外侧周围贴有应变片组5；支撑套41的下端面与内孔壁之间设有倒角，支撑套41下端外侧设有环形缺口，环形缺口内设有压环13，压环13的下端向外延伸形成翻边14，翻边与连接套的上端接触支撑，压环上的翻边与连接套的上端面接触，支撑套的下端端面与连接套的上端之间形成一个间隙，防止支撑套的下端与连接套之间挤压变形而影响应变片的精度，同时翻边有效的增加了接触面积，减小了压强，延长装置的使用寿命，长时间使用后，当压环产生磨损、变形等，可以及时更换，整套装置的维护成本更加低。

如图4所示，支撑套41的外侧还贴有补偿块42，应变片组5包括一个测量应变片51和一个补偿应变片52，补偿应变片52贴在补偿块42上，测量应变片和补偿应变片对称的分布在支撑套的两侧并采用半桥方式连接；如图3所示，应变片组5与应变适配器6连接，应变适配器6与工控机7连接，螺柱32的上端设有锁紧螺母8，锁紧螺母8的外侧设有套筒9，套筒9与扭矩扳手10连接。该应变片组通过应变片标定装置进行标定，从而得到压力载荷与电压的线性关系，套筒套在锁紧螺母上，扭矩扳手与套筒连接，扭矩扳手转动后，锁紧螺母与螺柱不断拧紧，从而挤压支撑套使得支撑套变形，支撑套上的应变片组也产生形变，车轮轴承螺栓的预紧力与支撑套的支撑力是一对作用力与反作用力，力的大小相等，扭矩扳手每转动一个特定的扭矩都会记载下来，同时观察工控机上对应的电压值，应变片组已经通过应变片标定装置标定过，因此每个电压都能对应一个压力值（该压力值等于车轮轴承螺栓的预紧力），从而得出扭矩与预紧力的关系，实现预紧力的检测，该种预紧力检测过程中不需要破坏螺栓自身结构，不会影响螺栓强度，整个检测装置结构简单，检测非常方便，检测结果准确。

如图2所示的一种应变片标定装置，包括基座1和连接块2，连接块2的顶面中心设有方孔，车轮轴承螺栓3的连接套31的下端伸入方孔内与连接块2连接，车轮轴承螺栓3的螺柱32上套设有法兰套4，法兰套4的下端向下延伸形成支撑套41，支撑套41套设在螺柱的外侧并与螺柱花键连接，支撑套41的外侧周围贴有应变片组5，应变片组5与应变适配器6连接，应变适配器6与工控机7连接，该装置中的基座1、连接块2、车轮轴承螺栓3、法兰套4、应变片组5都与车轮轴承螺栓预紧力检测装置中的相同，从而保证条件一致；螺柱32的上端设有压套15，压套的下端与法兰套的上端面接触支撑，压套与螺柱之间间隙配合，压套15的上端面中心设有圆锥孔16，圆锥孔16内设有钢球17，圆锥孔16的轴线与压套15的轴线共线。加载机的压臂18压在钢球上对钢球施加压力，压套直接压在法兰套上使得支撑套发生形变，应变片组感受到该应变，从而输出信号经过应变适配器处理，然后再经过工控机内的信号处理系统的处理后得到对应的电压信号，加载机每加载一个特定的压力后，记录电压值，最后得出负载与电压的线性关系，因此在车轮轴承螺栓预紧力检测装置中，当扭力扳手转动时，工控机上显示的电压值直接能换算成对应的预紧力值，从而直观的得出扭矩与预紧力的关系。应变片组标定之后，直接取出压套，拧上锁紧螺母，再使用扭矩扳手拧动锁紧螺母，得到一组扭矩与电压的对应值，然后换算成一组扭矩与预紧力的对应值，最终得到预紧力与扭矩的线性关系。因此，本发明具有在不破坏车轮轴承螺栓自身结构的情况下，快速、准确的检测车轮轴承螺栓预紧力的有益效果。

Claims (2)

1.一种基于车轮轴承螺栓预紧力检测的应变片标定装置，其特征是，包括基座（1）和连接块（2），连接块（2）的顶面中心设有方孔，车轮轴承螺栓（3）的连接套（31）的下端伸入方孔内与连接块（2）连接，车轮轴承螺栓（3）的螺柱（32）上套设有法兰套（4），所述的法兰套（4）的下端向下延伸形成支撑套（41），所述的支撑套（41）套设在螺柱的外侧并与螺柱花键连接，支撑套（41）的外侧周围贴有应变片组（5），应变片组（5）与应变适配器（6）连接，所述的应变适配器（6）与工控机（7）连接，螺柱（32）的上端设有压套（15），压套的下端与法兰套的上端面接触支撑，所述的压套与螺柱之间间隙配合，压套（15）的上端面中心设有圆锥孔（16），所述的圆锥孔（16）内设有钢球（17）；支撑套（41）的外侧还贴有补偿块（42），应变片组（5）包括一个测量应变片（51）和一个补偿应变片（52），补偿应变片（52）贴在补偿块（42）上，测量应变片和补偿应变片对称的分布在支撑套的两侧并采用半桥方式连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于车轮轴承螺栓预紧力检测的应变片标定装置，其特征是，所述的圆锥孔（16）的轴线与压套（15）的轴线共线。