JP2015131364A - Bolt axial force test apparatus and bolt axial force test method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボルト軸力試験装置およびボルト軸力試験方法に関し、特に、締結手段における母材間に、荷重検出手段を用いて圧縮荷重を計測することで、軸力管理の精度を高め、製品信頼性に資することとした、ボルト軸力試験装置およびボルト軸力試験方法に関する。 The present invention relates to a bolt axial force test apparatus and a bolt axial force test method, and in particular, increases the accuracy of axial force management by measuring a compressive load using a load detection means between base materials in a fastening means, and a product. The present invention relates to a bolt axial force test apparatus and a bolt axial force test method that contribute to reliability.
締結手段、すなわちボルトによる締結構造は、あらゆる機構的構造物において採用されている。ボルトは2つ以上の部材を連結したいときに用いられ、母材にはある外力が作用されていることが多い。
ボルトの設計基準としては、結合面にすべりが生じないようにしたり、結合面が離れないようにすることを目的に、外力に対して軸力の閾値を設定することが多い。
製品を製造する過程で、ボルトを締付ける際には、ボルトの軸力は、通常ボルトの締付け時には計測することは少なく、軸力と相関関係がある締付けトルクを規定することにより、間接的に軸力を管理している。
このトルクと軸力の関係は理論式こそあるものの、母材の摩擦係数やボルトのサイズ、ねじ部形状の種類、加工精度等が、トルクと軸力の関係に大きな影響を及ぼし、ばらつきが大きいため、理論式で算出したトルクによって、所定の軸力を高精度に取得することは困難である。
したがって、軸力の管理は、製品信頼性を高める上で重要な要件であることがわかる。
Fastening means, that is, fastening structures using bolts, are employed in all mechanical structures. Bolts are used when two or more members are to be connected, and a certain external force is often applied to the base material.
As a design standard of the bolt, a threshold value of the axial force is often set with respect to the external force for the purpose of preventing the coupling surface from slipping or preventing the coupling surface from separating.
When tightening a bolt in the process of manufacturing a product, the axial force of a bolt is usually not measured at the time of tightening the bolt, but indirectly by specifying a tightening torque that correlates with the axial force. Managing power.
Although there is a theoretical formula for the relationship between torque and axial force, the coefficient of friction of the base metal, bolt size, thread shape type, machining accuracy, etc. have a great influence on the relationship between torque and axial force, and there are large variations. Therefore, it is difficult to obtain a predetermined axial force with high accuracy by using the torque calculated by the theoretical formula.
Therefore, it can be understood that the management of axial force is an important requirement for improving product reliability.
現状では、ボルトの軸力を計測するために、試験対象のボルト全てに対して、ボルト軸力ゲージを施工し、且つ、そのゲージ出力(ひずみ)と荷重の関係データを取得するために、校正試験を実施している。ボルトのトルクと軸力の関係は、図に示すとおりである。トルクはトルクレンチの設定を記録し、軸力は測定器によりボルト軸力ゲージデータをサンプリングする。 At present, in order to measure the axial force of a bolt, a bolt axial force gauge is applied to all the bolts to be tested, and calibration is performed to obtain the relationship between the gauge output (strain) and load. A test is being conducted. The relationship between the bolt torque and the axial force is as shown in the figure. Torque records the setting of the torque wrench, and axial force samples bolt axial force gauge data with a measuring instrument.
また、特許文献1では、弾・塑性域締付ねじ性能試験装置が開示されている。
かかる特許文献1では、塑性域締付けから外力負荷に至るまでの締付けねじの塑性現象を明らかにするために提案されたものであって、材料引張試験機とねじ締付け試験機を兼ね備えたものである。すなわち特許文献1では、締付けねじの締付けトルク、座面トルク、ねじ面トルク、ボルト軸力、外力、ボルトの伸びおよびねじれ角、被締付物の圧縮力、ナットの回転角を測定し得る第1、第2、第3ひずみ検知手段を設けたロードセルと、ナット締付け手段と、外力発生手段と、変位計とを備えている。
これにより、ねじ締付け後に軸方向の外力が作用した場合におけるボルト・ナットの挙動を塑性域にまで亘って容易にしかも詳細に試験することが可能となる、としている。
In this
This makes it possible to easily and in detail test the behavior of bolts and nuts when an external force in the axial direction is applied after screw tightening over the plastic range.
しかしながら、ボルトのトルクと軸力の校正試験は、ばらつき評価のために試験数をできるだけ多くするため、試験体全てに対して、それぞれにゲージの施工と校正試験を実施することとなり、必要な作業工程の多さからコスト高となり、納期も遅れがちとなるという不都合がある。
また、ボルト軸力ゲージを使用する場合、母材にボルトを挿通する貫通穴が設けられ、貫通穴にボルトをねじ込むためのめねじが形成された場合やナットを使用する場合は、軸力の計測が可能であるが、めねじが形成される穴が貫通穴ではない場合、ボルト軸受ゲージの計測線が取り出せないため、軸力が計測できない。
本発明は、このような課題を解決するために提案されたものであって、ボルト軸力ゲージの代わりに、荷重検出手段を母材間に配置し、圧縮荷重を計測することから軸力管理の精度を高めて、製品信頼性向上に寄与し得ることとした、ボルト軸力試験装置およびボルト軸力試験方法を提供することを目的とする。
However, in the bolt torque and axial force calibration tests, the number of tests is increased as much as possible for the purpose of evaluating variation, so that all the specimens are subjected to gage installation and calibration tests. There are inconveniences that the cost is high due to the large number of processes and the delivery time tends to be delayed.
In addition, when using a bolt axial force gauge, a through hole for inserting the bolt is provided in the base material, and when a female screw for screwing the bolt into the through hole is formed or when a nut is used, the axial force Measurement is possible, but if the hole in which the female thread is formed is not a through hole, the measurement line of the bolt bearing gauge cannot be taken out, so the axial force cannot be measured.
The present invention has been proposed in order to solve such problems. Instead of the bolt axial force gauge, the load detecting means is arranged between the base materials and the compressive load is measured. It is an object of the present invention to provide a bolt axial force test apparatus and a bolt axial force test method that can contribute to improvement of product reliability by improving the accuracy.
上記課題を解決するために、本発明は、ボルトの締付トルクと軸力の関係を取得するボルト軸力試験装置であって、ボルトの締付トルクを検出する締付トルク検出手段と、ボルトで締結される母材間に配置され、ボルトの軸方向の荷重を検出する荷重検出手段と、を具備し、荷重検出手段は、ボルトを遊嵌する中空円筒と、中空円筒の外周面に周方向に配設されたひずみゲージと、を有し、締付トルク検出手段によって検出した締付トルクと前記荷重検出手段によって検出した荷重との関係を出力する相関関係算出手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a bolt axial force test apparatus for acquiring a relationship between bolt tightening torque and axial force, a tightening torque detecting means for detecting the bolt tightening torque, and a bolt And a load detecting means for detecting the axial load of the bolt, and the load detecting means is provided on the outer periphery of the hollow cylinder and the hollow cylinder for loosely fitting the bolt. And a correlation calculating means for outputting a relationship between the tightening torque detected by the tightening torque detecting means and the load detected by the load detecting means. It is characterized by.
これにより、荷重検出手段を1つ製作するだけで、その荷重検出手段は、他のボルトの荷重検出にも用いることができる。そのため、ボルト毎に軸力ゲージを施工し、校正試験を実施しなくてもよく、コストと納期の面で顕著な改善効果が期待できる。
また、母材において、めねじが形成された穴が貫通穴でなくても、母材間に荷重検出手段を配置すれば、軸力を計測することができるようになる。
Thereby, only one load detection means is manufactured, and the load detection means can be used for load detection of other bolts. Therefore, it is not necessary to install an axial force gauge for each bolt and perform a calibration test, and a significant improvement effect can be expected in terms of cost and delivery time.
Further, even if the hole in which the female screw is formed is not a through hole in the base material, the axial force can be measured if the load detecting means is arranged between the base materials.
また、本発明における一実施形態では、中空円筒の外径は、少なくともボルト頭部の外径に比較して大とし、ひずみゲージは、中空円筒の外周面に形成された細径部に配設されている、ことを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the outer diameter of the hollow cylinder is larger than at least the outer diameter of the bolt head, and the strain gauge is disposed in a small diameter portion formed on the outer peripheral surface of the hollow cylinder. It is characterized by being.
これにより、ボルト頭部全体からの荷重は、ボルト頭部の外径に比較して大きな外径の中空円筒にかかることになり、座屈しにくい荷重検出手段とすることができる。 As a result, the load from the entire bolt head is applied to the hollow cylinder having an outer diameter larger than the outer diameter of the bolt head, and the load detecting means is less likely to buckle.
また、本発明における一実施形態では、中空円筒の外周面におけるひずみゲージの取付面は、ボルト頭部の外縁より、ボルト軸心寄りにあることを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the mounting surface of the strain gauge on the outer peripheral surface of the hollow cylinder is closer to the bolt axis than the outer edge of the bolt head.
これにより、ボルト頭部全体からの荷重は、中空円筒の外周面におけるひずみゲージの取付面において、ボルト頭部全体の外径より小さい外径の中空円筒に、均等にかかる応力として精度よく検出することができる。 As a result, the load from the entire bolt head is accurately detected as a stress that is uniformly applied to the hollow cylinder having an outer diameter smaller than the outer diameter of the entire bolt head on the strain gauge mounting surface on the outer peripheral surface of the hollow cylinder. be able to.
また、本発明における一実施形態では、締付トルク検出手段は、トルク値を、デジタルデータとして連続的に取得するトルク検出器からなる、ことを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the tightening torque detecting means is composed of a torque detector that continuously acquires a torque value as digital data.
これにより、連続的にトルク値を取得することができることから、効率的にボルトの締付トルクと軸力との関係を取得することができる。 Thereby, since the torque value can be continuously acquired, the relationship between the bolt tightening torque and the axial force can be acquired efficiently.
また、本発明における一実施形態では、トルク検出器は、検出器の腕に設けたひずみゲージを備えた、ことを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the torque detector includes a strain gauge provided on the arm of the detector.
これにより、トルク検出器を締め込み操作することで、ひずみゲージによって得られたひずみ値をトルク値に変換することができる。 Thereby, by tightening the torque detector, the strain value obtained by the strain gauge can be converted into a torque value.
さらに、本発明における一実施形態では、ボルトの締付トルクを検出する締付トルク検出手段と、ボルトで締結される母材間に配置され、ボルトの軸方向の荷重を検出する荷重検出手段と、を備え、ボルトの締付トルクと軸力との関係を取得するボルト軸力試験方法であって、荷重検出手段によってボルトの軸力を算出する軸力算出ステップと、締付トルク検出手段によって、ボルトを軸周りに回動させる締付トルクを、1回の締め込み動作において、連続的に取得する締付トルク算出ステップと、軸力算出ステップによる軸力と締付トルク算出ステップによる締付トルクとの関係を取得する相関関係算出ステップと、を備える、ことを特徴とする。 Furthermore, in one embodiment of the present invention, a tightening torque detecting means for detecting the tightening torque of the bolt, and a load detecting means for detecting a load in the axial direction of the bolt disposed between the base materials fastened by the bolt. A bolt axial force test method for acquiring a relationship between bolt tightening torque and axial force, an axial force calculating step for calculating the axial force of the bolt by the load detecting means, and a tightening torque detecting means. , The tightening torque for rotating the bolt around the shaft in a single tightening operation, the tightening torque calculation step to obtain continuously, the tightening by the axial force calculation step and the tightening torque calculation step A correlation calculation step of acquiring a relationship with torque.
軸力算出ステップにおいて荷重検出手段によってボルトの軸力を算出し、次いで、締付トルク算出ステップにおいて、締付トルク検出手段によってボルトを軸周りに回動させる締付トルクを、1回の締め込み動作において、連続的に締付トルクを算出することができる。
さらに、相関関係算出ステップにおいて、軸力算出ステップによる軸力と締付トルク算出ステップによる締付トルクとの相関関係を算出することができる。
In the axial force calculation step, the axial force of the bolt is calculated by the load detection means, and then in the tightening torque calculation step, the tightening torque for rotating the bolt around the axis is tightened once by the tightening torque detection means. In operation, the tightening torque can be calculated continuously.
Furthermore, in the correlation calculation step, the correlation between the axial force in the axial force calculation step and the tightening torque in the tightening torque calculation step can be calculated.
このように、トルクと軸力の関係を1つの計測器でデータを取得することができる。従前のトルクレンチでは、トルクを小さい値から段階的に締めなければならないため、試験手順が多かったが、トルクを計測することでリアルタイムにトルクと軸力の関係が取得できるため、1回の締め込みで必要なデータを取得することができる。 In this way, data on the relationship between torque and axial force can be acquired with a single measuring instrument. With conventional torque wrenches, the torque has to be tightened in steps from a small value, so there were many test procedures. However, since the relationship between torque and axial force can be obtained in real time by measuring the torque, one tightening is performed. Necessary data can be acquired.
本発明によれば、荷重検出手段を1つ製作するだけで、その荷重検出手段は、他のボルトの荷重検出にも用いることができる。そのため、ボルト毎に軸力ゲージを施工し、校正試験を実施しなくてもよく、作業手順の簡敏化につながり、コストと納期の面で顕著な改善効果が期待できる。
また、母材において、めねじが螺刻された穴が貫通穴でなくても、母材間に荷重検出手段を配置すれば、軸力を計測することができるようになる。
さらに、トルクと軸力との相関関係を1つの計測器でデータを取得することができる。すなわち、従前のトルクレンチでは、トルクを小さい値から段階的に締めなければならないため、試験手順が多かったが、トルクを計測することでリアルタイムにトルクと軸力との相関関係が取得できるため、1回の締め込みで必要なデータを取得することができる。
According to the present invention, only one load detecting means is manufactured, and the load detecting means can be used for load detection of other bolts. Therefore, it is not necessary to install an axial force gauge for each bolt and carry out a calibration test, which leads to simplification of the work procedure, and can be expected to have a remarkable improvement effect in terms of cost and delivery time.
Further, even if the hole in which the female screw is threaded is not a through hole in the base material, the axial force can be measured if the load detecting means is arranged between the base materials.
Furthermore, data on the correlation between torque and axial force can be acquired with a single measuring instrument. That is, in the conventional torque wrench, the torque has to be tightened in steps from a small value, so there were many test procedures, but by measuring the torque, the correlation between torque and axial force can be acquired in real time, Necessary data can be acquired with one tightening.
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
(第1実施形態)
図1、図2に、本発明にかかるボルト軸力試験装置を実施するための第1実施形態を示す。
本実施形態にかかるボルト軸力試験装置1は、図1、図2に示すようなボルトの締付モデルを用いて、ボルトの締付トルクと軸力の関係を取得するための装置であり、ボルト2の締付トルクTを検出する締付トルク検出手段3と、ボルト2で締結される母材4a、4b間に配置され、ボルト2の軸方向の荷重を検出する荷重検出手段5と、を具備する。
また、ボルト軸力試験装置1は、締付トルク検出手段3によって検出した締付トルクTと荷重検出手段5によって検出した荷重との関係を出力する相関関係算出手段6を備えている。
(First embodiment)
1 and 2 show a first embodiment for carrying out a bolt axial force test apparatus according to the present invention.
A bolt axial
Further, the bolt axial
上記締付モデルにおけるボルト2は、先端側が螺刻された軸部2aと外形6角形のボルト頭部2bからなる。
The
締付トルク検出手段3は、周知のいわゆるトルクレンチであり、試験対象のボルト2のボルト頭部2bに差し込んで、締付け操作によりトルク値をデジタルデータとして取得する機能のものである。
The tightening
ボルト2で締結される母材4a、4bは、このボルト2を用いて締結を行う実機の締結箇所を想定して、同一の素材、寸法規格のものを用いている。すなわち、母材4a、4bにはそれぞれ、中心軸に沿って、ボルト2の軸部2aを挿通する貫通穴4ah、4bhが形成される。母材4aの貫通穴4ahには、めねじが刻設されている。一方、母材4b側の貫通穴4bhは、ボルト2の軸部2aの外径に比較して、若干大きい外径に形成されている。
As for the
そして荷重検出手段5は、ボルト2を遊嵌する中空円筒51と、中空円筒51の外周面に周方向に配設されたひずみゲージ7と、を有している。
ここでの中空円筒51は、対象のボルト2の軸部2aの寸法に対応し、後述する形状の設計指針が与えられている。
The
The
ひずみゲージ7は、例えば薄い樹脂の電気絶縁体上に格子状の金属箔をフォトエッチングで製作されたものに引出線であるゲージリードが取り付けられている。この場合、ひずみゲージ7は、中空円筒51の外周面に周方向に90度毎に4枚、貼付したものであり、ボルト2の寸法や取得したい軸力Fの最大値に合わせて製作することで、高精度に軸力Fを計測することができる。なお、ひずみゲージ7の貼付位置は、高さ方向の中央が望ましい。
この場合、荷重検出手段5は、予め4枚のひずみゲージ7の平均ひずみと圧縮荷重の関係を取得する校正試験を実施しておき、ボルト2の軸力計測時は、荷重検出手段5の平均ひずみから、軸力Fを逆算するようにしている。
The
In this case, the load detection means 5 performs a calibration test in advance to obtain the relationship between the average strain of the four
中空円筒51は、前述のように対象のボルト2の軸部2aの寸法に対応し、且つ、以下の理由で形状の設計指針が与えられている。
すなわち、中空円筒51の形状は、強度が高すぎる(断面積が大きすぎる)と、検出するひずみ値が小さすぎて検出の分解能が粗くなってしまう。一方、強度が小さすぎる(断面積が小さすぎる)と中空円筒51が塑性変形し、荷重とひずみの関係が線形性を失い、荷重を検出できなくなってしまうからである。
The
That is, when the shape of the
中空円筒51の設計指針は、
Di≒1.1D,
σ=0.6σy=Fmax/(π/4×(Do2-Di2))
[ただしボルトの外径D、内径をDi、取得したい最大軸力をFmax、中空円筒に生じる圧縮応力をσ、中空円筒の降伏応力をσy]、
となっている。この設計指針では、ボルト2の弾性域で最大軸力Fmaxが得られるように設定されていることを意味する。
The design guidelines for the
Di≈1.1D,
σ = 0.6σy = Fmax / (π / 4 × (Do 2 -Di 2 ))
[However, the outer diameter D of the bolt, the inner diameter Di, the maximum axial force to be obtained Fmax, the compressive stress generated in the hollow cylinder σ, and the yield stress of the hollow cylinder σy],
It has become. This design guide means that the maximum axial force Fmax is set in the elastic region of the
そして、相関関係算出手段6は、締付トルク検出手段3を、試験対象のボルト2のボルト頭部2bに差し込んで、締付け操作により、デジタルデータとしてトルク値を取得して記録し、その一方で相関関係算出手段6は荷重検出手段5の出力を取り込んで、4枚のひずみゲージ7の平均ひずみを算出し、この平均ひずみから、軸力Fを逆算するようにしている。
このようにして、得られた締付トルクTと対応する軸力Fとの関係は図3のように示すことができる。したがってこのボルトの締付モデルで得られた締付トルクTと軸力Fとの相関関係を基に、実機の締結箇所において、締付トルクTから軸力Fの管理が可能となる。
The correlation calculating means 6 inserts the tightening torque detecting means 3 into the
Thus, the relationship between the obtained tightening torque T and the corresponding axial force F can be shown as shown in FIG. Therefore, based on the correlation between the tightening torque T and the axial force F obtained with this bolt tightening model, the axial force F can be managed from the tightening torque T at the actual fastening position.
以上のように、本実施形態では、ボルト2で締結される母材4a、4b間には中空円筒51を配置して、中空円筒51の周方向に配設したひずみゲージ7により、圧縮荷重を計測し、かかる圧縮荷重から、ボルト2の軸力Fとして取得することができる。
このように、荷重検出手段5を1つ製作すれば、対象のボルト2の他、この荷重検出手段5を用いて、種々のボルトの荷重を検出することができるため、従前のように、ボルト毎に軸力ゲージを施工し、校正試験を実施しなくてもよく、コストと納期の面で顕著な改善効果が期待できる。
また、母材4aにおいて、めねじが螺刻された穴3ahが貫通穴でなくても、母材4a、4b間に荷重検出手段5を挿入すれば、ボルト2の軸力Fを計測することができるようになる。
As described above, in this embodiment, the
Thus, if one load detection means 5 is manufactured, the load of various bolts can be detected by using this load detection means 5 in addition to the
Further, in the
なお、中空円筒51は、ボルトの外径D、内径Di、最大軸力Fmax、中空円筒に生じる圧縮応力をσ、中空円筒の降伏応力をσyを基に、
Di≒1.1D,
σ=0.6σy=Fmax/(π/4×(Do2-Di2))
で与えられる設計指針で寸法設定がなされているので、
(1)強度が高すぎる(断面積が大きすぎる)ことで、検出するひずみ値が小さすぎて検出の分解能が粗くなってしまう。
(2)強度が小さすぎる(断面積が小さすぎる)と中空円筒51が塑性変形し、荷重とひずみの関係が線形性を失い、荷重を検出できなくなってしまう、という、計測の妨げとなるような不都合を回避することができる。
The
Di≈1.1D,
σ = 0.6σy = Fmax / (π / 4 × (Do 2 -Di 2 ))
The dimensions are set according to the design guidelines given in
(1) When the intensity is too high (the cross-sectional area is too large), the detected strain value is too small and the detection resolution becomes coarse.
(2) If the strength is too small (the cross-sectional area is too small), the
(第2実施形態)
本発明にかかるボルト軸力試験装置は、以下のように実施することもできる。
なお、第2実施形態における装置において、第1実施形態と実質的に同様の構成要素に対しては、同符号を付して、その説明は省略するものとする。
かかる第2実施形態では、試験対象のボルト2の軸部2aが長いことから、荷重検出手段5の寸法、すなわち高さ寸法が比較的大きい場合、座屈が懸念される。座屈が生じると、荷重とひずみの関係の線形性が損なわれ、計測が不能となるからである。
座屈は、円筒の高さ寸法が大きければ大きいほど、また、肉厚が薄いほど生じやすくなるために、第2実施形態では、中空円筒51の形状を図4に示す形状に設定している。
(Second Embodiment)
The bolt axial force test apparatus according to the present invention can also be implemented as follows.
Note that, in the apparatus according to the second embodiment, components that are substantially the same as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
In the second embodiment, since the
In the second embodiment, the shape of the
すなわち、第2実施形態においては、中空円筒51の外径は、少なくともボルト頭部2bの外径に比較して大とし、ひずみゲージ7は、中空円筒51の外周面に埋設した箇所、すなわち中空円筒51の外周面を段差的に形成した細径部52を取付面として配設されるようにしている。この場合、細径部52の径は、ボルト頭部2bの外径に比較して小さく、細径部52の取付面は、ボルト頭部2bの外縁より、ボルト軸心寄りにある。
That is, in the second embodiment, the outer diameter of the
これにより、ボルト頭部2b全体からの荷重は、ボルト頭部2bの外径に比較して大きな外径の中空円筒51にかかることになり、中空円筒51にかかる単位面積当たりの荷重を低減させることができ、座屈しにくい荷重検出手段5とすることができる。
また、ボルト頭部2b全体からの荷重は、中空円筒51の外周面におけるひずみゲージ7の取付面である細径部52に均等にかかる応力として精度よく検出することができる。したがって、高精度な計測につながる。
As a result, the load from the
Further, the load from the
以上のような第2実施形態においても、締付トルク検出手段3を、試験対象のボルト2のボルト頭部2bに差し込んで、締付け操作により、デジタルデータとしてトルク値を取得して記録し、その一方で相関関係算出手段6は荷重検出手段5の出力を取り込んで、4枚のひずみゲージ7の平均ひずみを算出し、この平均ひずみから、軸力Fを逆算して得ることができる。
このようにして、得られた締付トルクTと対応する軸力Fとの関係は図5のように示すことができる。したがってこのボルトの締付モデルで得られた締付トルクTと軸力Fとの相関関係を基に、実機の締結箇所において、締付トルクTから軸力Fの管理が可能となる。
Also in the second embodiment as described above, the tightening
In this way, the relationship between the obtained tightening torque T and the corresponding axial force F can be shown as shown in FIG. Therefore, based on the correlation between the tightening torque T and the axial force F obtained with this bolt tightening model, the axial force F can be managed from the tightening torque T at the actual fastening position.
(第3実施形態)
本発明にかかるボルト軸力試験装置は、以下のように実施することもできる。
この第3実施形態では、第1実施形態におけるボルトの締付モデルに対して、用いられるトルク検出器8は、詳細な説明は省略するが、トルク値を、デジタルデータとして連続的に取得するトルク検出器8からなる(図6、図7参照)。
(Third embodiment)
The bolt axial force test apparatus according to the present invention can also be implemented as follows.
In the third embodiment, the torque detector 8 used for the bolt tightening model in the first embodiment omits a detailed description, but the torque value is continuously acquired as digital data. It comprises a detector 8 (see FIGS. 6 and 7).
トルク検出器8は、断面方形状の腕81を有し、試験対象のボルト頭部2bに差し込むヘッド部8H(ボルトの回転中心)に近接した位置にひずみゲージ82が設けられている。また、トルク検出器8は、腕81の基端側を、締め込み操作の際に荷重Fを加える荷重点8Pとしている。
すなわち、トルク検出器8は、次式を満足するように形状設計がなされている。
σ=0.6σy=F・X/(1/6xbh2)
[ただし高さをh、幅をb、荷重点8Pから回転中心までの距離をL、回転中心からひずみゲージ82の位置までの距離をX、想定される締付トルクをT、生じる曲げ応力をσ、降伏応力をσy、荷重点8Pにおける荷重をF]。
上記形状設計は、勿論、ボルト2の弾性域で実行される前提で設定されていることを意味する。
なお、T=F・Lの関係より、ひずみゲージ82から算出される締め込み操作の際の荷重Fを基に、締付トルクTが算出される。
The torque detector 8 has an
That is, the torque detector 8 is designed to satisfy the following expression.
σ = 0.6σ y = F · X / (1 / 6xbh 2 )
[However, the height is h, the width is b, the distance from the
The shape design of course means that it is set on the premise that it is executed in the elastic region of the
The tightening torque T is calculated based on the load F in the tightening operation calculated from the
すなわち、第3実施形態では、以下のような手順で、ボルトの締付トルクと軸力との関係を取得するボルト軸力試験方法を実行するようにしている(図8参照)。
かかるボルト軸力試験方法では、荷重検出手段5のひずみゲージ7の出力によって、ボルト2の軸力を算出する軸力算出ステップ(S1)と、トルク検出器8の締め込み操作(1回の締め込み動作)によって出力されるひずみゲージ82から、ボルト2を軸周りに回動させる締付トルクTを、連続的に取得する締付トルク算出ステップ(S2)と、軸力算出ステップ(S1)による軸力と締付トルク算出ステップ(S2)による締付トルクTとから、相関関係を取得する相関関係算出ステップ(S3)と、を備えている。
That is, in the third embodiment, the bolt axial force test method for acquiring the relationship between the bolt tightening torque and the axial force is executed in the following procedure (see FIG. 8).
In this bolt axial force test method, the axial force calculation step (S1) for calculating the axial force of the
以上のような第3実施形態において、荷重検出手段5のひずみゲージ7の出力によって、軸力算出ステップ(S1)においてボルト2の軸力を算出する。
一方、トルク検出器8の締め込み操作(1回の締め込み動作)によって出力されるひずみゲージ82から、締付トルク算出ステップ(S2)において、ボルト2を軸周りに回動させる締付トルクTを、連続的に算出することができる。
そして、相関関係算出ステップ(S3)において、軸力算出ステップ(S1)による軸力と締付トルク算出ステップ(S2)による締付トルクTとの相関関係を算出することができる。
In the third embodiment as described above, the axial force of the
On the other hand, in the tightening torque calculation step (S2), the tightening torque T for rotating the
In the correlation calculation step (S3), the correlation between the axial force in the axial force calculation step (S1) and the tightening torque T in the tightening torque calculation step (S2) can be calculated.
このように、トルクと軸力の関係を1つの計測器でデータを取得することができる。従前のトルクレンチでは、トルクを小さい値から段階的に締めなければならないため、試験手順が多かったが、トルクを計測することでリアルタイムにトルクと軸力の関係が取得できるため、1回の締め込みで必要なデータを連続的に取得することができる(図9参照)。 In this way, data on the relationship between torque and axial force can be acquired with a single measuring instrument. With conventional torque wrenches, the torque has to be tightened in steps from a small value, so there were many test procedures. However, since the relationship between torque and axial force can be obtained in real time by measuring the torque, one tightening is performed. Necessary data can be continuously acquired (see FIG. 9).
本発明のボルト軸力試験装置およびボルト軸力試験方法は、あらゆる装置のボルト締結部の軸力管理にとして適用可能である。 The bolt axial force test device and the bolt axial force test method of the present invention can be applied to the axial force management of the bolt fastening portion of any device.
1 ボルト軸力試験装置
2 ボルト
2a 軸部
2b ボルト頭部
3 締付トルク検出手段
4a、4b 母材
4ah、4bh 貫通穴
5 荷重検出手段
51 中空円筒
52 細径部
6 相関関係算出手段
7 ひずみゲージ
8 トルク検出器
81 腕
82 ゲージ換算手段
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ボルトの締付トルクを検出する締付トルク検出手段と、
前記ボルトで締結される母材間に配置され、ボルトの軸方向の荷重を検出する荷重検出手段と、を具備し、
該荷重検出手段は、前記ボルトを遊嵌する中空円筒と、該中空円筒の外周面に周方向に配設されたひずみゲージと、を有し、
前記締付トルク検出手段によって検出した締付トルクと前記荷重検出手段によって検出した荷重との関係を出力する相関関係算出手段と、
を備えたことを特徴とするボルト軸力試験装置。 A bolt axial force test device that acquires the relationship between bolt tightening torque and axial force,
Tightening torque detecting means for detecting the tightening torque of the bolt;
A load detecting means disposed between the base materials fastened by the bolts and detecting a load in the axial direction of the bolt;
The load detecting means includes a hollow cylinder in which the bolt is loosely fitted, and a strain gauge disposed in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the hollow cylinder,
Correlation calculating means for outputting a relationship between the tightening torque detected by the tightening torque detecting means and the load detected by the load detecting means;
A bolt axial force test apparatus comprising:
前記荷重検出手段によって前記ボルトの軸力を算出する軸力算出ステップと、
前記締付トルク検出手段によって、前記ボルトを軸周りに回動させる締付トルクを、1回の締め込み動作において、連続的に取得する締付トルク算出ステップと、
前記軸力算出ステップによる軸力と前記締付トルク算出ステップによる締付トルクとの関係を取得する相関関係算出ステップと、を備える、ことを特徴とするボルト軸力試験方法。 A tightening torque detecting means for detecting a tightening torque of the bolt, and a load detecting means for detecting a load in the axial direction of the bolt, which is disposed between the base materials fastened by the bolt; A bolt axial force test method for obtaining a relationship with an axial force,
An axial force calculating step of calculating an axial force of the bolt by the load detecting means;
A tightening torque calculating step of continuously acquiring a tightening torque for rotating the bolt around an axis by the tightening torque detecting means in one tightening operation;
A bolt axial force test method, comprising: a correlation calculation step of acquiring a relationship between an axial force in the axial force calculation step and a tightening torque in the tightening torque calculation step.
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