擰緊裝配過程中的夾緊力測量技術

夾緊力的形成可以簡述如下：

• 螺桿伸長產生的內部應力傳遞到工件上，即夾緊力

• 隨著螺栓的伸長，被連接的工件同時產生壓縮形變

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• 夾緊力的測量主要分為直接測量法和間接測量法。

  01直接測量法

  直接測量法通過各類壓力測量技術，使用壓力傳感器，變送器及測量儀等系統，對工件之間的夾緊力進行直接的測量，目前常用的軸力螺栓，標定法和應變片法都屬于直接測量法。

  02間接測量法

  間接測量法即通過螺栓連接的形變-壓力線性關系，通過測量螺栓或工件的形變，配合材料特性及溫度等參數的補償，通過直接測量換算的方式對夾緊力進行測量。

  目前最常用的間接測量法是超聲波測量法。

  03特殊測量手段和方法

  如壓敏薄膜測量夾緊力分布，噴濺式壓力螺栓和變色螺栓等

   

  現在我們重點介紹直接測量法中目前常用的三種方式：軸力螺栓，標定法及應變片法。

  軸力螺栓

  軸力螺栓是用來測量螺栓軸力的特制螺栓，一般是在現行使用的螺栓上鉆孔并埋入應變片，再采用特制膠水封裝好。測量原理是利用應變片的形變-電壓轉換關系，以及形變與軸力的關系來測量螺栓夾緊力，下面是安裝有應變計的軸力螺栓示意圖。應變計在螺栓擰緊過程中產生的電信號變化由導線傳遞給信號采集系統，經過放大，轉換過程最終還原出夾緊力數值。

  優勢：可以在擰緊的同時進行測量，使用和螺栓相同的材料，伸長量一致，校準方便，連接方便。

  劣勢：價格昂貴，有線連接，較為脆弱，不能大規模投產等特性。

   

  標定法-應力測量

  為了保證高強度螺栓連接的安裝質量，在安裝現場用于檢測軸力的移動式軸力計，由輪輻式壓力傳感器和與之配套的數字顯示儀表組成，如下圖所示。移動式軸力計主要適用于螺栓裝配現場，通過與現場裝配的力矩施加工具進行施擰后的預緊力對比，以便及時修正現場施擰扭矩。通過移動式的軸力計對現場施擰工具的標定校驗，為現場裝配質量提供了一定的質量保障。

  優勢：擰緊的同時進行測量，精度高，易于使用和連接，技術成熟，可供選擇的供應商多。

  不足：無法檢測橫向載荷，每個不同尺寸的螺栓都需要不同規格的傳感器，尺寸較大，不適合大規模生產。

   

  應變法

  將應變片貼在被測定物上，使其隨著被測定物的應變一起伸縮，這樣里面的金屬箔材就隨著應變伸長或縮短。很多金屬在機械性地伸長或縮短時電阻會隨之變化。應變片就是應用這個原理，通過測量電阻的變化而對應變進行測定。

  應變法是利用應變片組成惠斯通電橋的工作原理，然后對其進行封裝，形成螺栓軸力傳感器裝置，然后將傳感器安裝在螺栓和被連接件的中間，在螺栓和傳感器中間放置墊片使傳感器受力均勻。由于傳感器受到螺栓預緊力的壓擠作用，使得傳感器內部的應變片發生變化，而產生位移應變。通過上述原理來測得應變，再由應變和應力之間的關系從而計算出預緊力。