CN103419165B - 一种高精度扭矩扳子及其校验、安装和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度扭矩扳子及其校验、安装和检测方法，包括传感部件、力臂以及显示部件，所述传感部件与所述力臂相连接，所述显示部件通过信号线与所述传感部件连接，完成显示输出；所述传感部件包括受力板、弹性体、一组连接板、方榫和一组应变片；所述一组连接板包括前连接板和后连接板；所述受力板和弹性体固定设置在所述前连接板和后连接板之间，形成一个固定体；所述方榫设置在所述传感部件的下端面上；一组所述应变片设置在传感部件上；所述力臂一端固定在所述后连接板的另一侧，施加作用力；所述显示部件与所述的一组应变片电连接。本发明的测量扭矩值不受受力位置影响，为扭矩扳子检定仪检定校准提供科学可靠的校准手段。

Description

一种高精度扭矩扳子及其校验、安装和检测方法

技术领域

本发明涉及一种高精度高准确度扭矩扳子及其使用方法，可用于螺栓拧紧、螺栓拧紧检测、扭矩测试以及扭矩扳子检定仪检测校准。

背景技术

扭矩扳子又称扭矩扳手，一种主要用于螺栓拧紧的工具，在国标中命名为扭矩扳手，在检定规程系列中命名为扭矩扳子，对扭矩扳子进行检定的仪器叫做扭矩扳子检定仪，本申请文件中沿用规程中习惯命名法，即：扭矩扳子及扭矩扳子检定仪。目前国内外对于螺栓拧紧扭矩越来越重视，高精度的扭矩扳子的应用需求越来越迫切，国外厂家生产高精度扭矩扳子可达到1%、作为标准用的扭矩扳子更是达到了0.1%精度。国内扭矩扳子难以达到1%精度，并且在改变施力位置时误差非常大，即改变受力点位置时数值将有较大变化。只能在扳手标记的刻线处施力才能保证1%精度，如稍微调整位置将无法达到1%精度。

此外，最新修订并将要颁布执行国家扭矩扳子检定仪检定规程，要求标准扭矩扳子的精度等级达到0.3%与0.1%两级，并且在改变受力位置进行检定时仍能达到上述两级精度等级，而目前国内还没有达到该规程要求的标准扭矩扳子。

发明内容

本发明利用应变测量技术，结合受力结构设计，自主研制了一种高精度扭矩扳子，其特点是结构科学合理、精度等级高，可达到0.1%精度，比现有技术实现的1%精度提高一个数量级，并且在不同施力位置下示值误差与重复性均优于0.1%。本发明系列的扭矩扳子量程范围可以从0.1Nm-5000Nm，能够满足最新修订并将要颁布执行的国家扭矩扳子检定仪检定规程。此外，本发明的扭矩扳子轻便灵巧、便于携带，可广泛用于各类螺栓拧紧控制及螺栓装配质量检测、作为标准设备使用还可以用于扭矩扳子检定装置检测。

一种高精度扭矩扳子，包括传感部件、力臂以及显示部件，所述传感部件与所述力臂相连接，所述显示部件通过信号线与所述传感部件连接，完成显示输出；

所述传感部件包括受力板4、弹性体7、一组连接板、方榫5和一组应变片6；

所述一组连接板包括前连接板3和后连接板8；所述受力板4和弹性体7固定设置在所述前连接板3和后连接板8之间，形成一个固定体；所述方榫5设置在所述传感部件的下端面上；所述输出方榫5位于所述受力板4的底面；所述应变片6位于所述弹性体7的两个侧壁上。所述受力板4的底端设置方形孔，所述方榫5通过磁铁嵌入该方形孔内，所述方形孔的轴线中心线与所述方榫5的轴线中心线重合。

所述后连接板8与力臂连接；可以在后连接板8上留有螺纹孔与力臂通过螺栓连接，也可以在后连接板8上加工出其他合适的方式使8与力臂进行连接。

一组所述应变片6设置在传感部件上；一组所述应变片6设置在所述弹性体7的两侧壁表面上，且每一侧固定上下两片应变片6，两侧的四片应变片分别为ε1、ε2、ε3、ε4；

所述四片应变片组成全电桥，所述应变片6的固定位置使各应变片6沿竖直的方向中心线与方榫5的轴线中心线平行并且各中心线到所述前连接板3的距离相等。

所述力臂一端固定在所述后连接板8的另一侧，施加作用力；所述显示部件与所述的一组应变片6电连接。显示施加在螺栓上的扭矩值，应变片组成全桥后通过转接头与外部显示仪表连接。

具体的方案中，所述弹性体7固定在所述受力板4的上方；

所述受力板4和弹性体7与所述前连接板3和后连接板8之间为一体式结构或者通过连接部件连接；所述连接部件包括一组固定螺栓；用于将所述受力板4，弹性体7固定在所述前连接板3和后连接板8中间；受力板4只是一端固定，与弹性体不接触，将扭矩通过连接板3传导到弹性体7上。

具体实施中，所述连接部件为第一安装螺栓1、第二安装螺栓2、第三安装螺栓9；所述第一安装螺栓1将所述前连接板3与所述弹性体7固定连接；所述第二安装螺栓2将所述前连接板3与所述受力板4固定连接；所述第三安装螺栓9将所述后连接板8与所述弹性体7固定连接。

可以包括以下几种情况：

所述前连接板3与所述弹性体7为一体式结构，所述前连接板3与所述受力板4之间通过第二安装螺栓2固定连接，所述后连接板8与所述弹性体7之间通过第三安装螺栓9固定连接；

或者，所述前连接板3与所述受力板4为一体式结构，所述前连接板3与所述弹性体7之间通过第一安装螺栓1固定连接，所述后连接板8与所述弹性体7之间通过第三安装螺栓9固定连接；

或者，所述弹性体7与所述后连接板8为一体式结构，所述前连接板3与所述弹性体7之间通过第一安装螺栓1固定连接，所述前连接板3与所述受力板4之间通过第二安装螺栓2固定连接；

或者，所述弹性体7与所述后连接板8为一体式结构，所述前连接板3与所述受力板4为一体式结构，所述前连接板3与所述受力板4之间通过第二安装螺栓2固定连接。

在将所述前连接板3与所述受力板4和/或所述弹性体7和/或所述弹性体7与所述后连接板8组成一体式结构时，以能实现最高加工精度为最优选方式。

如果所述前连接板3与所述受力板4或弹性体7之间不是一体式结构，所述弹性体7与所述后连接板8之间也不是一体式结构，都通过连接部件连接：

所述弹性体横截面为圆形或者矩形等。

在贴应变片位置前后都可为圆形或矩形等。无特定作用，不同截面设计时根据力学公式不同其同一扭矩时产生的应变计算算法不同。

所述弹性体7的长度宽度的尺寸可调，当长度宽度变化时相应的截面面积随之变化，用于改变高精度扭矩扳子的量程范围。

包括

所述传感部件还包括外壳10，所述外壳罩敷在所述前连接板3、后连接板8与弹性体7外。

本发明的第二个发明点在于利用高精度扭矩扳子进行扭矩扳子检定仪校验方法

所述扭矩扳子检定仪校验方法是将所述高精度扭矩扳子与扭矩扳子检定仪连接，用于检定校准所述的扭矩扳子检定仪；

将所述扭矩扳子的方榫5与所述扭矩扳子检定仪的检测端连接；开启扭矩扳子检定仪，操作扭矩扳子检定仪当扭矩扳子检定仪上反作用档臂机构接触到高精度扭矩扳手力臂后，就将扭矩施加在扳手上，进而比较两者数据，对扭矩扳子检定仪的测量值进行校验。

本发明在应用所述扭矩扳子中，本发明第三个发明点在于将扭矩扳子进行螺栓安装方法：将所述扭矩扳子的方榫5通过固定套筒将螺栓根据精度要求进行旋紧固定连接。到达所要安装扭矩后停止。

另外，本发明扭矩扳子对于安装螺栓除了可以安装外，更重要在于螺栓安装质量测量方法，根据设定和工况要求，将所述扭矩扳子的方榫5通过固定套筒对安装螺栓的扭矩值进行检测。

本发明的扳手可以根据不同量程，设计不同长度的力臂，比如力臂长度可以从200mm～1500mm，扳手整体质量从1kg～10kg。

本发明的高精度扭矩扳子，具有精度等级高：示值相对误差及重复性均优于0.1%。最关键的是当改变施力点位置时扳手测量的始终是方榫中心位置扭矩值，不同于其他数显扭矩扳子当改变受力位置时将会带来较大测量误差的缺陷。本发明的高精度扭矩扳子量程范围宽：可以从0.1Nm-5000Nm。灵巧轻便，易于携带。

此外，改变本发明的扳手弹性体的尺寸就可以改变扳手量程范围，该结构可以实现在0.1Nm-5000Nm，优选1Nm～2000Nm范围内达到0.1%精度，测量不确定度0.1%（k=2），改变受力点位置时示值误差与不确定度均优于0.1%（k=2），因此可以作为扭矩扳子检定仪检定校准的标准扭矩扳子。

总而言之，本发明是一台具有高精度的扭矩扳子，符合新标准要求的测量扭矩值不受受力位置影响，为扭矩扳子检定仪检定校准提供科学可靠的校准手段。还可以为螺栓拧紧工况检测提供科学有效的高精度扭矩扳子，并且，本发明的高精度扭矩扳子实用方便，为外出检测校准扭矩扳子检定仪、各类螺栓拧紧扭矩测试提供了方便实用的标准器。

附图说明

图1为本发明的高精度扭矩扳子的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明高精度扭矩扳子的传感部件的结构示意图。图4为图3的俯视图。

附图标记说明：

a-传感部件、b-力臂、1-第一安装螺栓、2-第二安装螺栓、3-前连接板、4-受力板、5-输出方榫、6-应变片、7-弹性体、8-后连接板、9-第三安装螺栓、10-外壳。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例1

如图3～4所示的高精度扭矩扳子，其包括传感部件、力臂以及显示仪表，所述传感部件与所述力臂相连接，所述显示仪表通过信号线与所述传感部件连接，其特征在于：

所述传感部件包括前连接板3以及后连接板8、受力板4、弹性体7方榫5以及应变片6；

所述受力板4以及所述弹性体7在所述前连接板3的同侧，所述弹性体7位于所述受力板4的上方，所述弹性体7与所述受力板4的水平方向上各个平面相互平行；所述后连接板8位于所述弹性体7的另一侧；

所述前连接板3与所述受力板4和/或所述弹性体7和/或所述弹性体7与所述后连接板8之间为一体式结构或者通过连接部件连接；

所述后连接板8与力臂连接；可以在后连接板8上留有螺纹孔与力臂通过螺栓连接，也可以在后连接板8上加工出其他合适的方式使8与力臂进行连接。

所述输出方榫5位于所述受力板4的底部，所述应变片6位于所述弹性体7的两个侧壁。

所述前连接板3与所述弹性体7为一体式结构或所述前连接板3与所述受力板4为一体式结构和/或所述弹性体7与所述后连接板8为一体式结构。所述受力板4的底端设置方形孔，所述输出方榫5通过磁铁嵌入该方形孔内，所述方形孔的中心线与所述输出方榫5的中心线重合。

弹性体7的两个侧壁的每一侧粘贴两片应变片6，两侧共粘贴四片应变片6，分别为ε1、ε2、ε3、ε4，四片应变片组成全桥，所述应变片6的粘贴位置要保证各应变片6沿竖直的方向中心线与输出方榫5的中心线平行并且各中心线到所述前连接板3的距离相等。

所述连接部件为第一安装螺栓1、第二安装螺栓2、第三安装螺栓9；

所述第一安装螺栓1将所述前连接板3与所述弹性体7固定连接；

所述第二安装螺栓2将所述前连接板3与所述受力板4固定连接；

所述第三安装螺栓9将所述后连接板8与所述弹性体7固定连接。

所述前连接板3通过两个第一安装螺栓1在弹性体7一端的两侧与其固定；

所述前连接板3通过两个第二安装螺栓2在受力板4一端的两侧与其固定；

所述后连接板8通过两个第三安装螺栓9在弹性体7另一端的两侧与其固定。

所述传感部件还包括外壳10，其为由顶面和两侧面组成的结构，所述两个侧面上留有螺纹孔以分别与前连接板3和后连接板8连接或者与弹性体7连接。

所述弹性体7贴有应变片6的部分，其横截面为矩形或圆形等。无特定作用，不同截面设计时根据力学公式不同其同一扭矩时产生的应变计算算法不同。

本发明的扳手可以根据不同量程，设计不同长度的力臂，比如可以从200mm～1500mm，扳手整体质量从1kg～10kg。

本发明的工作过程为：

第一：作为标准扭矩扳子对扭矩扳子检定仪进行校准检测时，将该高精度扭矩扳子当作普通扳手安装在扭矩扳子检定仪上，按照扭矩扳子检定仪检定规程中标准扭矩扳子检定法进行检定。

第二：作为高精度扭矩扳子进行螺栓安装或对螺栓安装质量进行检测时，可将该扳手通过套筒与安装螺栓进行连接，对螺栓进行旋紧，当达到目标扭矩值时停止。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (9)

1.一种高精度扭矩扳子，其特征在于：包括传感部件、力臂以及显示部件，所述传感部件与所述力臂相连接，所述显示部件通过信号线与所述传感部件连接，完成显示输出；

所述传感部件包括受力板(4)、弹性体(7)、一组连接板、方榫(5)和一组应变片(6)；

所述一组连接板包括前连接板(3)和后连接板(8)；所述受力板(4)和弹性体(7)固定设置在所述前连接板(3)和后连接板(8)之间，形成一个固定体；所述方榫(5)设置在所述传感部件的下端面上；一组所述应变片(6)设置在传感部件上；

所述力臂一端固定在所述后连接板(8)的另一侧，施加作用力；所述显示部件与所述的一组应变片(6)通过接头及信号传输线连接；

所述弹性体(7)固定在所述受力板(4)的上方；

受力板(4)只是一端固定，与弹性体不接触，将扭矩通过前连接板(3)传导到弹性体(7)上；以及

一组所述应变片(6)设置在所述弹性体(7)的两侧壁表面上，且每一侧固定上下两片应变片(6)，两侧的四片应变片分别为ε1、ε2、ε3、ε4；

所述四片应变片组成全电桥，所述应变片(6)的固定位置使各应变片(6)沿竖直的方向中心线与方榫(5)的轴线中心线平行并且各中心线到所述前连接板(3)的距离相等。

2.根据权利要求1所述的一种高精度扭矩扳子，其特征在于：

所述受力板(4)和弹性体(7)与所述前连接板(3)和后连接板(8)之间为一体式结构或者通过连接部件连接；

所述方榫(5)位于所述受力板(4)的底面；所述应变片(6)位于所述弹性体(7)的两个侧壁上。

3.根据权利要求1或2所述的一种高精度扭矩扳子，其特征在于：

所述受力板(4)的底端设置方形孔，所述方榫(5)通过磁铁嵌入该方形孔内，所述方形孔的轴线中心线与所述方榫(5)的轴线中心线重合。

4.根据权利要求2所述的一种高精度扭矩扳子，其特征在于：

所述弹性体(7)的横截面为圆形或者矩形。

5.根据权利要求1,2,4中的任意一项所述的一种高精度扭矩扳子，其特征在于：

所述弹性体(7)的长度、宽度尺寸可调，用于改变高精度扭矩扳子的量程范围。

6.根据权利要求2所述的一种高精度扭矩扳子，其特征在于：

所述连接部件包括一组固定螺栓；用于将所述受力板(4)，弹性体(7)固定在所述前连接板(3)和后连接板(8)中间；

所述传感部件还包括外壳(10)，所述外壳罩敷在所述前连接板(3)、后连接板(8)与弹性体(7)外。

7.一种利用如权利要求1-6中的任意一项所述的高精度扭矩扳子进行扭矩扳子检定仪校验方法，其特征在于：

所述扭矩扳子检定仪校验方法是将所述高精度扭矩扳子与扭矩扳子检定仪连接，用于检定校准所述的扭矩扳子检定仪；

将所述扭矩扳子的方榫(5)与所述扭矩扳子检定仪的检测端连接；开启扭矩扳子检定仪，操作扭矩扳子检定仪当扭矩扳子检定仪上反作用档臂机构接触到高精度扭矩扳子力臂后，就将扭矩施加在扳子上，进而比较两者数据，对扭矩扳子检定仪的测量值进行校验。

8.一种利用如权利要求1-6中的任意一项所述的高精度扭矩扳子进行螺栓安装方法，其特征在于：

将所述扭矩扳子的方榫(5)通过固定套筒将螺栓根据精度要求进行旋紧固定连接，到达所要安装扭矩后停止。

9.一种利用如权利要求1-6中的任意一项所述的高精度扭矩扳子进行高精度螺栓安装质量测量方法，其特征在于：

根据设定和工况要求，将所述扭矩扳子的方榫(5)通过固定套筒对安装螺栓的扭矩值进行检测。