專利名稱：扭矩系數(shù)測量裝置的制作方法
扭矩系數(shù)測量裝置技術(shù)領(lǐng)域
本專利申請整體涉及用于測量軸向載荷的測量裝置，更具體地，涉及用于響應(yīng)于使用小長度軟管接頭和液壓適配器施加的扭矩測量軸向載荷的測量裝置。
背景技術(shù)：
扭矩系數(shù)K (這里也稱為“K因子”)表示螺紋零件表面的摩擦特性。這些摩擦特性是涉及利用施加的扭矩實現(xiàn)的預(yù)期夾緊載荷的設(shè)計假設(shè)。
扭矩系數(shù)K利用下面的公式來計算
K = T/(DXff)
其中
K =扭矩系數(shù)(沒有單位)，
T =向測試件施加的扭矩(Nm)，
D =被測螺紋部件的標稱螺紋直徑(mm)，以及
W=施加的扭矩值產(chǎn)生的軸向載荷(kN)。
K因子通常通過施加已知的扭矩并測量由所施加的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷來計算。用來測量由施加的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷的常規(guī)技術(shù)包括使用由施加的扭矩壓縮的圓環(huán)形載荷墊圈。待測的螺紋部件(例如螺栓)延伸穿過平墊圈、保持固定件、所述儀表化 (instrumented)載荷墊圈、第二平墊圈，最后穿過螺母。利用這一系列的組件，待測螺紋部件的最小長度必須為3英寸。
很多液壓配件和接頭的長度都小于1英寸。由施加到這些配件的扭矩形成的軸向載荷不能使用這種常規(guī)技術(shù)直接測量，因此不能限定用于生產(chǎn)零部件的扭矩系數(shù)。相反，扭矩系數(shù)是通過測量替代樣本螺栓來推斷的，該替代樣本螺栓加裝有配件來代替最終在生產(chǎn)中使用的實際部件。
中國實用新型No. CN 200947081 Y題為“便攜式數(shù)顯扭矩系數(shù)測試機”。該實用新型要求保護一種便于現(xiàn)場測試扭矩系數(shù)的便攜式數(shù)顯扭矩系數(shù)測試機。該測試機包括支架、固定設(shè)置在支架中的軸向力傳感器、以及與軸向力傳感器連接的卡裝軸力傳遞模具。所述軸向力傳感器的一端連接到卡裝軸力傳遞模具。軸向力傳感器的另一端連接到支架。軸向力傳感器通過數(shù)據(jù)線連接到手持儀表。扭矩傳感器通過數(shù)據(jù)線連接至手持儀表。測試機可直接測試工作位置或工件上的扭矩系數(shù)，以使螺栓的實際軸力與設(shè)計和要求的軸力一致，并且能夠直接測試設(shè)計軸力下的緊固扭矩值。
可以理解，發(fā)明人進行的該背景描述旨在幫助讀者，而不能被認為是表示所指出的任何問題本身是本領(lǐng)域所認識的。盡管描述的原理在一些方面和實施方式中可消除其他系統(tǒng)中的內(nèi)在問題，但應(yīng)當理解，所保護的創(chuàng)新的范圍通過權(quán)利要求來限定，而不通過任何公開特征解決這里描述的任何具體問題的能力來限定。發(fā)明內(nèi)容4
在一種實施方式中，本發(fā)明描述一種可用于測量由施加到安裝于固定件的螺紋部件上的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷的扭矩系數(shù)測量裝置。一方面，一種用于測量由施加到螺紋部件的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷的設(shè)備包括其中限定腔室的基部。載荷傳感器設(shè)置在基部的腔室內(nèi)?？蓜拥妮d荷銷容納在基部內(nèi)并被布置成使得置于該載荷銷上的軸向載荷傳遞至載荷傳感器。附接構(gòu)件能夠與螺紋部件連接。該附接構(gòu)件與載荷銷可操作地布置使得施加到安裝于附接構(gòu)件的螺紋部件上的扭矩在載荷銷上設(shè)置軸向載荷。
在另一種實施方式中，描述一種用于測量由施加到螺紋部件的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷的方法。將螺紋部件與附接構(gòu)件的螺紋表面螺紋地接合，使得螺紋部件與載荷銷呈軸向?qū)屎徒雍详P(guān)系。向螺紋部件施加扭矩使得螺紋部件向著載荷銷施加軸向載荷。載荷銷又將軸向載荷壓縮地傳遞至軸向載荷傳感器。測量響應(yīng)于施加到螺紋部件的扭矩由載荷銷產(chǎn)生的軸向載荷。
在用于測量由施加到螺紋部件的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷的方法的另一種實施方式中，將螺紋部件安裝到其中容納有可動的載荷銷的固定件。向安裝的螺紋部件施加扭矩使得施加到安裝的螺紋部件的扭矩在載荷銷上產(chǎn)生軸向載荷。載荷銷將該軸向載荷傳遞至容納在固定件中的測量裝置。
本發(fā)明的原理的其他和替代的方面和特征將通過下面的詳細描述和附圖認識。如將會認識的，這里公開的有關(guān)用于測量由施加到螺紋部件的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷的測量裝置和方法的原理能夠以其他不同的實施方式執(zhí)行，并且能夠在多個方面進行修改。因此，將會理解，前面的概括描述及下面的詳細描述僅僅是示例性和解釋性的，并不限制權(quán)利要求的范圍。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理的測試固定組件的一種實施方式的立體圖，包括測量裝置和電荷放大器的實施方式(未按比例)；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理的測量裝置的一種實施方式的截面圖，其與圖1的測量裝置類似，但包括具有不同尺寸的螺紋表面的附接構(gòu)件；
圖3是圖1的測量裝置的虎鉗適配器的正視圖4是圖3的虎鉗適配器的底部平視圖5是圖1的測量裝置的基部的立體圖6是圖5的基部的頂部平視圖7是沿圖6中的線VII-VII截取的基部的截面圖8是圖5的基部的底部平視圖9是圖1的測量裝置的基部和載荷傳感器的立體圖10是圖1的基部、載荷傳感器、載荷板的立體圖11是圖1的測量裝置的載荷板的底部透視圖12是圖11的載荷板的正視圖13是圖11的載荷板的底部平視圖14是沿著圖13中的線XIV-XIV截取的載荷板的截面圖
圖15是圖1的測量裝置的提升銷的正視圖16是圖15的提升銷的端視圖17是圖1的測量裝置的頂板和螺紋附接構(gòu)件的頂部透視圖18是圖17的頂板和螺紋附接構(gòu)件的底部透視圖19是圖17的頂板的立體圖20是圖17的頂板的底部平視圖21是沿著圖20中的線XXI-XXI截取的頂板的截面圖22是圖2的測量裝置的螺紋附接構(gòu)件的頂部透視圖23是圖22的測量裝置的螺紋附接構(gòu)件的正視圖M是圖22的螺紋附接構(gòu)件的底部平視圖25是圖1的測量裝置的載荷銷的正視圖沈是圖25的載荷銷的底部平視圖27是適用于圖1的測量裝置的螺紋附接構(gòu)件的另一種實施方式的正視圖觀是圖27的螺紋附接構(gòu)件的頂部平視圖四是沿著圖觀中的線XXIX-XXIX截取的螺紋附接構(gòu)件的截面圖30是根據(jù)本發(fā)明的原理的測試固定系統(tǒng)的一種實施方式的立體圖31是一種具有帶內(nèi)螺紋表面的螺套的液壓配件的例子的部分剖視圖，該內(nèi)螺紋表面適用于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的包括帶外螺紋表面的螺紋附接構(gòu)件的測量裝置；
圖32是一種具有帶外螺紋表面的短軸端的液壓適配器的例子的部分剖視圖，該外螺紋表面適用于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的包括帶內(nèi)螺紋表面的螺紋附接構(gòu)件的測量裝置；
圖33是圖2的測量裝置的剖視圖，顯示了圖31的液壓配件安裝到其上；
圖34是根據(jù)本發(fā)明原理的測量裝置的一種實施方式的剖視圖，其類似于圖1的測量裝置但附接構(gòu)件具有內(nèi)螺紋表面，并且顯示了圖32的液壓適配器安裝到其上。
具體實施方式
在安裝過程中給予螺栓或接頭的軸向力的量根據(jù)例如螺紋幾何條件(即使部件在公差內(nèi)時)和摩擦的不同的特性而變化。扭矩系數(shù)K通常指用于確保規(guī)定的裝配扭矩造成可接受的產(chǎn)品性能所必需的部件特性。
本發(fā)明描述使用任何合適柱塞形式的可動的載荷銷來將軸向載荷從施加的扭矩傳遞到載荷傳感器的方法和固定件。載荷傳感器提供接頭或其他螺紋配件上的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷的直接測量，以測量扭矩系數(shù)K。測量的扭矩系數(shù)可接著用來設(shè)置緊固規(guī)范。有利地，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的測試固定件可用于長度小于3英寸的螺紋部件。
使用根據(jù)本發(fā)明的測量裝置，扭矩可以施加到安裝于測試固定件的螺紋細部板中的螺紋部件。螺紋部件又向可動的載荷銷施加軸向力。載荷銷將軸向力傳遞至載荷板，作為響應(yīng)，載荷板壓縮容納在固定件基部內(nèi)的載荷墊圈。該測量裝置提供用于直接測量由施加的扭矩形成的軸向力的方法。相應(yīng)地，在待測部件太小而不能用于常規(guī)測量裝置的情況中，消除了替代螺栓加裝和測量的需要。根據(jù)本發(fā)明的測量裝置可允許在從制造商到終端用戶的整個供應(yīng)鏈上的所有位置使用共同的檢查過程檢查生產(chǎn)部件。
現(xiàn)在參照附圖，圖1示出了包括與電荷放大器52可操作配置的測量裝置50的測試固定組件40的一種示例性實施方式。測試裝置50可用來測量由向安裝到測試固定組件40的螺紋部件(例如圖31中顯示的液壓配件M或者圖32中顯示的液壓適配器5 施加的預(yù)定扭矩產(chǎn)生的軸向載荷。一種適于與根據(jù)本發(fā)明的原理的測量裝置50 —起使用的電荷放大器52的例子是可從紐約的Amherst的KistleHnstrument Corp購買的Type 5010 Dual Mode電荷放大器。
參照圖1和圖2，測量裝置50可包括其中限定腔室62的固定基部60 ；設(shè)置在基部60的腔室62中的載荷傳感器64 ；可互換地容納在基部60內(nèi)的多個可動的載荷銷71、 73，其被布置成使施加在載荷銷71、73上的軸向載荷傳遞到載荷傳感器64 ；設(shè)置在載荷銷 71、73和載荷傳感器64之間的載荷板78 ；以及由基部60可互換地支承并能夠與至少一個相應(yīng)的螺紋部件連接以測量其扭矩系數(shù)K的多個附接構(gòu)件81、83。測量裝置50適于與可互換地安裝到基部60以測試不同類型和尺寸的螺紋部件的多個附接構(gòu)件81-86及相應(yīng)的載荷銷71-76中的一個一起使用。
例如，圖1中顯示的螺紋附接構(gòu)件81包括具有第一尺寸的外螺紋表面91。圖2中顯示的螺紋附接構(gòu)件83具有比第一尺寸小的第二尺寸的外螺紋表面93。參照圖27-29，顯示了包括用于測試具有外螺紋表面的螺紋部件的內(nèi)螺紋表面95的另一附接構(gòu)件85。載荷銷的尺寸和形狀可根據(jù)使用的附接構(gòu)件和待測的螺紋部件而變化。
在一些實施方式中，附接構(gòu)件可包括適于利用安裝到管的遠端處的凸緣的0型圈密封(ORre)螺套螺紋地接合根據(jù)SAEJ1453構(gòu)造的液壓配件討(見圖31)的外螺紋表面。 在另一些實施方式中，附接構(gòu)件可包括適于利用直螺紋0型圈(STOR)連接件螺紋地接合根據(jù)SAE Jli^6-2構(gòu)造的液壓適配器55(見圖3 的內(nèi)螺紋表面。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解， 在又一些實施方式中，附接構(gòu)件可適于螺紋地接合其他類型的適配器和配件以及具有外螺紋表面或內(nèi)螺紋表面的其他螺紋部件。
參照圖1，基部60包括底端102和頂端104?；?0可包括虎鉗適配器106、連接到虎鉗適配器106的殼體108、以及通過多個緊固件112連接到殼體108的頂板110。殼體108與基部60的底端102相鄰地設(shè)置，在使用時虎鉗適配器106在殼體108下方。頂板 110與基部60的頂端104相鄰設(shè)置。殼體108和頂板110 —起配合限定腔室62(見圖2)。
參照圖3和圖4，虎鉗適配器106可設(shè)置成允許基部60夾緊在傳統(tǒng)的臺鉗中?；Q適配器106包括從其突出的能夠夾緊在適當?shù)呐_鉗的鉗口中的肋118?；Q適配器106 包括能夠?qū)⑾鄳?yīng)的緊固件接收在其中的多個安裝孔120，這些相應(yīng)的緊固件可螺紋地接合殼體108以連接虎鉗適配器106和殼體108?；Q適配器106可由例如鋁的任何合適的材料制成。
參照圖5-8，殼體108包括安裝凸緣126以及其中具有狹槽130的大體圓筒形的側(cè)壁128。安裝凸緣1 包括適用于接收貫穿的相應(yīng)緊固件以將殼體108安裝到例如臺頂表面的多個安裝孔132。當殼體108使用延伸穿過安裝凸緣126的安裝孔132的緊固件緊固到表面時，可省略虎鉗適配器106。安裝凸緣1 的尺寸可使得傳統(tǒng)的工裝夾能夠用來將殼體108夾到工作表面。
殼體108可由例如任何合適的工具鋼的任何合適的材料制成。優(yōu)選地，殼體108 可由4140合金鋼制成。在另一種實施方式中，殼體108可由當處于載荷下時使殼體108產(chǎn)生小偏轉(zhuǎn)的任何合適的材料制成，以通過幫助確?；旧现挥休d荷傳感器器64在測量載荷下偏轉(zhuǎn)來提供增加的測量精度。
狹槽130容納電連接載荷傳感器64和電荷放大器52 (或者其他用于顯示由載荷傳感器64測量的軸向載荷的合適的裝置)(見圖1和圖9)的載荷傳感器電纜136。狹槽 130的尺寸還容納從載荷板78突出的提升銷138(見圖1和圖9)。
參照圖6和圖9，殼體108具有能夠支承頂板110的頂板支承表面140。頂板支承表面140限定從其延伸預(yù)定距離的定位銷鉆孔142。頂板支承表面140還限定能夠螺紋地接收相應(yīng)的緊固件112以便于頂板110連接到殼體108的多個頂板安裝孔144。定位銷鉆孔142能夠容納從頂板110延伸的定位銷148 (見圖18)以便于頂板110與殼體108對準， 從而緊固件112可延伸穿過頂板110并螺紋地接合殼體108的頂板安裝孔144。頂板支承表面140優(yōu)選被磨削成在50微米平整度內(nèi)，更優(yōu)選地在5微米平整度內(nèi)，以幫助促進由安裝到測試固定件的螺紋部件施加的軸向力高效傳遞到載荷傳感器64。
參照圖7，殼體108包括位于腔室62內(nèi)適于將載荷傳感器64支承在其上的載荷傳感器支承表面152。優(yōu)選地，載荷傳感器支承表面152被磨削使得其具有在50微米內(nèi)、更優(yōu)選在5微米內(nèi)的平整度，并且具有在50微米內(nèi)、更優(yōu)選在25微米內(nèi)的平行度。載荷傳感器支承表面152優(yōu)選被加工成具有所述的平整度和平行度以進一步促進載荷傳感器64測量的軸向載荷的精確傳遞。
參照圖8，殼體108包括從其底表面156延伸的多個虎鉗適配器安裝孔154?；Q適配器安裝孔1 包括螺紋地接合相應(yīng)緊固件的螺紋表面，該相應(yīng)緊固件延伸穿過虎鉗適配器106中的相應(yīng)安裝孔120以將殼體108和虎鉗適配器106連接在一起。殼體108的底表面156的其他部分基本是平的。
參照圖9，載荷傳感器64設(shè)置在殼體108的腔室62內(nèi)，載荷傳感器電纜136延伸穿過殼體108的側(cè)壁1 中的狹槽130。載荷傳感器64設(shè)置在殼體108的載荷傳感器支承表面152上。所示的載荷傳感器64是其中限定有中心內(nèi)開口的環(huán)形載荷墊圈的形式。這種載荷傳感器64的一個例子是可從紐約的Amherst的Kistler InstrumentCorp.購買的壓電力傳感器。在其他實施方式中，載荷傳感器64可以是任何合適的力傳感器，且固定件基部60的部件構(gòu)造可以改變以將選擇的合適力傳感器容納在其中，如本領(lǐng)域技術(shù)人員認識的那樣。
參照圖10，載荷板78設(shè)置在載荷傳感器64上。載荷板78的提升銷138延伸穿過殼體108的側(cè)壁1 的狹槽130。提升銷138可設(shè)置成便于固定件的載荷板78在不需要將殼體108翻轉(zhuǎn)的情況下就能夠移除。載荷板78的尺寸使其嚴格符合殼體108內(nèi)的腔室62 的直徑，以幫助限制載荷板78的橫向行程范圍。
參照圖11-14，載荷板78包括從其載荷傳感器表面165突出的漸縮的導桿164。 漸縮導桿164是中心設(shè)置的突起，其尺寸適于配合在環(huán)形載荷傳感器64限定的中心內(nèi)開口 160內(nèi)。漸縮導桿164提供了將載荷板78定位在載荷傳感器64上的松動導桿配合，使得載荷板78基本位于中心并將載荷板78和載荷傳感器64的相對橫向平移限制在由漸縮導桿 164和載荷傳感器64的中心開口的尺寸差限定的有限運動范圍內(nèi)。
載荷板78包括從側(cè)壁表面168向內(nèi)徑向延伸的螺紋通道166。螺紋通道166適于螺紋地接收提升銷138以將提升銷138固定到載荷板78。
載荷板78包括與載荷傳感器表面165呈相對關(guān)系的載荷銷表面170。載荷銷表面170適于支承可互換的載荷銷71-76。載荷傳感器表面165適于接合地接觸其所倚靠的載荷傳感器64。載荷銷表面170和載荷傳感器表面165優(yōu)選被磨削使得其具有在50微米內(nèi)、更優(yōu)選地在5微米內(nèi)的平整度。載荷板78的載荷傳感器表面165還優(yōu)選地被磨削成使得其具有在25微米內(nèi)、更優(yōu)選地在13微米內(nèi)的平行度。
載荷板78可由例如合適的工具鋼的任何合適的材料構(gòu)造。在一種實施方式中，載荷板78由被熱處理以具有約60和約62之間的洛氏硬度的A2鋼構(gòu)造。
參照圖15和16，提升銷138是大體圓柱形的軸，其尺寸使其能夠在載荷板78設(shè)置在腔室62內(nèi)時穿過殼體108的狹槽130從載荷板78徑向延伸。提升銷138包括適于螺紋地接合載荷板78中的螺紋通道166的螺紋端174，以將提升銷138連接到載荷板78。
參照圖17，螺紋附接構(gòu)件81安裝到頂板110。參照圖17和18，螺紋附接構(gòu)件81 和頂板Iio都包括一對適于容納被設(shè)置成防止附接構(gòu)件81相對于頂板110轉(zhuǎn)動的各個滑動配合的防轉(zhuǎn)動銷179的通道176、177。
頂板110包括外表面184(圖17)、相對的內(nèi)表面185(圖18)、以及在兩個表面之間延伸的中心開口 186。頂板110的中心開口 186適于在附接構(gòu)件81組裝到頂板110時允許附接構(gòu)件81的突出部分188從其延伸穿過。頂板110的內(nèi)表面185幫助部分限定腔室 62的邊界。所述一對防轉(zhuǎn)動銷179從頂板110的內(nèi)表面185突出。
參照圖18，頂板110的內(nèi)表面185包括適于與殼體108匹配的匹配表面190以及先導表面192。定位銷148從頂板110的匹配表面190延伸。定位銷148適于配合在殼體108 的定位銷鉆孔142內(nèi)，以便于頂板110和殼體108對準。防轉(zhuǎn)動銷179從頂板110的先導表面192延伸。先導表面192適于嚴格地符合附接構(gòu)件83的凸緣部分197的外周195(見圖 23)。
參照圖19-21，頂板110用作可轉(zhuǎn)動地保持多個可互換附接構(gòu)件81-86中的一個的保持環(huán)。參照圖19和20，頂板110包括適于與殼體108的頂板支承表面140的螺紋頂板安裝孔144對準的多個鉆孔202。附接構(gòu)件83可安裝在殼體108的頂板支承表面140和栓接到殼體108的頂板110，由此使附接構(gòu)件83夾在兩者之間(見圖2)。
參照圖20，頂板110的匹配表面190為大體環(huán)形并與頂板110的外周204相鄰。 匹配表面190適于與殼體108的頂板支承表面140匹配。頂板110的鉆孔202設(shè)置在匹配表面190中。匹配表面190限定適于將從頂板110延伸的定位銷148接收在其中的定位銷鉆孔206(見圖18)。匹配表面190優(yōu)選被磨削使其具有在50微米內(nèi)、更優(yōu)選在5微米內(nèi)的平整度。
參照圖21，先導表面192包括側(cè)壁208和肩部210以提供符合每個可互換附接構(gòu)件81-86的凸緣部分197的形狀的臺階構(gòu)造。防轉(zhuǎn)動銷179從該臺階構(gòu)造限定的肩部210 延伸。
每個附接構(gòu)件81-86與其相應(yīng)的載荷銷71-76可操作地配置使得施加到安裝于附接構(gòu)件81-86的螺紋部件的扭矩在載荷銷71-76上施加軸向載荷。頂板110的內(nèi)表面185 的肩部210被構(gòu)造成其保持地接合安裝在殼體108內(nèi)的附接構(gòu)件81-86，以限制其在軸向向上方向214從頂板110的內(nèi)表面185運動到外表面184。相應(yīng)地，安裝在殼體108中的特定可互換附接構(gòu)件81-86與頂板110的內(nèi)表面185呈內(nèi)接合關(guān)系，從而限制安裝的附接構(gòu)件 81-86在軸向向上方向214上運動。
參照圖22-24，附接構(gòu)件83的凸緣部分197適于嚴格地符合頂板110的先導表面192。附接構(gòu)件83的凸緣部分197包括適于容納從頂板110的先導表面192延伸的防轉(zhuǎn)動銷179，以因此防止附接構(gòu)件83在安裝時相對于頂板110轉(zhuǎn)動。
附接構(gòu)件83的凸緣部分197的尺寸使得凸緣部分197和殼體108的頂板支承表面140之間具有干涉配合。凸緣部分197和殼體108之間的干涉配合幫助在安裝時支承附接構(gòu)件83，從而限制附接構(gòu)件83在軸向向下方向215上運動。
當如圖2所示安裝時，附接構(gòu)件83穿過頂板110的中心開口 186從頂板110的內(nèi)表面185延伸。附接構(gòu)件83包括從凸緣部分197突出的短軸部分220。附接構(gòu)件包括貫穿的中心設(shè)置的軸向通道222，其適于將載荷銷73的至少一部分容納在其中。
在圖22-24所示的附接構(gòu)件中，外螺紋表面93設(shè)置在短軸部分220的遠端2 處， 在安裝在頂板110中時其形成突出部分188。外螺紋表面93適于螺紋地接合具有內(nèi)螺紋表面的螺紋部件以測量扭矩系數(shù)K。
參照圖25和沈，代表性的載荷銷71大致是實心圓柱的形式。載荷銷71包括一對相對的端部，即球形端部2 和平端部229。在其他實施方式中，載荷銷71-76可以是將軸向力從安裝到裝配于殼體108中的附接構(gòu)件83的螺紋部件經(jīng)載荷板78傳遞到載荷傳感器 64的任何合適的載荷柱塞的形式。
在安裝時，載荷銷71的球形端部228與載荷板78接合地接觸。在測試固定組件 40測試螺紋部件時，載荷銷71的球形端部2 幫助將點載荷施加在載荷板78的載荷銷表面170上。載荷銷71的平端部2 適于與適當?shù)匕惭b到附接構(gòu)件81的螺紋部件接合接觸。
在使用具有外螺紋表面的附接構(gòu)件的例子中，載荷銷設(shè)置成在附接構(gòu)件的遠端 224的上方延伸預(yù)定量，使得在測試固定件上測試的螺紋部件可接合地接觸載荷銷。在使用具有內(nèi)螺紋表面的附接構(gòu)件的例子中，載荷銷設(shè)置成其接合地接觸載荷板78而不在附接構(gòu)件的遠端2 上方延伸。
參照圖27-29，螺紋附接構(gòu)件85包括用于載荷銷75的中心設(shè)置的軸向通道230。 螺紋附接構(gòu)件85的軸向通道230包括適于螺紋地接合具有外螺紋表面的螺紋部件的內(nèi)螺紋表面。附接構(gòu)件85的凸緣部分197的尺寸基本與圖22-M所示的附接構(gòu)件83的凸緣部分197的尺寸相同。
圖27-29的螺紋附接構(gòu)件85具有可用來測試例如圖32所示的液壓適配器55的內(nèi)螺紋表面95。圖27-29的附接構(gòu)件85可與這樣的載荷銷75 —起使用，即該載荷銷的尺寸使得被測試的螺紋部件能夠螺紋地接合附接構(gòu)件85的內(nèi)螺紋表面95且載荷銷75設(shè)置在測試的螺紋部件和載荷板78之間，從而施加到正在測試的當前部件上的扭矩在載荷銷 75上施加軸向力，載荷銷又將該力傳遞至載荷板78并最終傳遞給設(shè)置在其下方的載荷傳感器64。
參照圖30，測試固定系統(tǒng)250可包括具有虎鉗適配器106、殼體108和頂板110 的基部60 ；載荷傳感器(未顯示)；載荷板78以及多個附接構(gòu)件81-86和相應(yīng)的載荷銷 71-76。附接構(gòu)件81-86適于可互換地配合在基部60的腔室62內(nèi)。測試固定系統(tǒng)250可包括圖1所示的扭矩系數(shù)測量裝置50的各種其他部件。
每個附接構(gòu)件81-86可適于連接與其他附接構(gòu)件適合連接的螺紋部件的尺寸不同的螺紋部件。如圖30所示，附接構(gòu)件81-86可包括具有不同尺寸的外螺紋表面91-93的多個附接構(gòu)件81-83和具有不同尺寸的內(nèi)螺紋表面94-96的多個附接構(gòu)件84-86。10
例如，標示為81的附接構(gòu)件包括適于與第一尺寸的螺紋部件連接的第一類型。標示為85的附接構(gòu)件包括適于與不同于(即小于)第一尺寸的第二尺寸的第二螺紋部件連接的第二類型。第一類型的附接構(gòu)件81和第二類型的附接構(gòu)件85適于由基部60可互換地支承。
此外，標示為71的載荷銷包括適于與第一類型的附接構(gòu)件81 —起使用的第一類型。標示為75的可動的載荷銷包括適于與第一類型的載荷銷71可互換地容納在基部60 內(nèi)并相對于第二螺紋部件布置成使得施加在第二類型的載荷銷75上的軸向力傳遞至載荷傳感器64的第二類型。
參照圖31，液壓配件M可包括軟管沈0，軟管260具有安裝到其遠端沈4的法蘭件沈2。螺套266設(shè)置在法蘭件262上。螺套266包括內(nèi)螺紋表面沈8，其可安裝到裝配于扭矩系數(shù)測量裝置50的殼體108中的附接構(gòu)件83之一的外螺紋表面93，以確定液壓配件 54的扭矩系數(shù)K。
參照圖32，液壓適配器55包括具有外螺紋表面274的短軸端272。液壓適配器55 的外螺紋表面274可安裝到自身安裝在殼體108中的測試固定系統(tǒng)250的附接構(gòu)件86之一的內(nèi)螺紋表面96，以確定液壓適配器55的扭矩系數(shù)K。
圖33顯示了液壓配件M的一個例子，其安裝到扭矩系數(shù)測量裝置50用于測試以確定液壓配件M的扭矩系數(shù)。螺套沈6的內(nèi)螺紋表面268安裝到裝配于扭矩系數(shù)測量裝置50的殼體108中的附接構(gòu)件83的外螺紋表面93上。液壓配件M的法蘭件262與載荷銷73的平端部2 接合接觸，使得施加到螺套266的預(yù)定扭矩引起法蘭件沈2向載荷銷73 施加軸向載荷。載荷銷73又經(jīng)載荷板78將軸向載荷壓縮地傳遞至軸向載荷傳感器64。載荷銷73響應(yīng)于施加到液壓配件M的螺套266的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷被測量且獲得施加的扭矩值。
圖34顯示了液壓適配器55的一個例子，其安裝到扭矩系數(shù)測量裝置50用于測試以確定液壓適配器陽的扭矩系數(shù)K。液壓適配器55的短軸端272的外螺紋表面274安裝到裝配在扭矩系數(shù)測量裝置50的殼體108中的附接構(gòu)件86的內(nèi)螺紋表面96。液壓適配器 55的短軸端272與載荷銷76的平端部2 接合接觸，使得施加到液壓適配器55的預(yù)定扭矩引起短軸端272向載荷銷76施加軸向載荷。載荷銷76又將軸向載荷經(jīng)載荷板78壓縮地傳遞到軸向載荷傳感器64。載荷銷76響應(yīng)于施加到液壓適配器55的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷被測量且施加的扭矩值被確定。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的扭矩系數(shù)測量裝置50可用來獲得接頭或其他螺紋配件上的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷的直接測量，以測量扭矩系數(shù)。在一種實施方式中，一種用于測量由施加到螺紋部件的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷的方法使用具有載荷銷的測試固定件來將軸向載荷從施加的扭矩傳遞至測量裝置以測量軸向載荷。使用已知的施加扭矩和螺紋部件尺寸以及測量的軸向載荷，可使用以下公式來計算扭矩系數(shù)K
K = T/(DXff)
其中
K=扭矩系數(shù)，
T=向測試件施加的扭矩，
D =被測螺紋部件的標稱螺紋直徑，以及
W =施加的扭矩值產(chǎn)生的軸向載荷。
在另一種測量由施加到螺紋部件的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷的方法中，螺紋部件與附接構(gòu)件的螺紋表面螺紋接合，使得螺紋部件與載荷銷呈軸向?qū)屎徒雍详P(guān)系。扭矩施加到螺紋部件，使得螺紋部件向載荷銷施加軸向載荷。載荷銷又將軸向載荷壓縮地傳遞至軸向載荷傳感器。載荷銷響應(yīng)于施加到螺紋部件的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷被測量，且獲得施加的扭矩值。使用如上所述的公式K = T/(DXW)來計算扭矩系數(shù)K。如果希望測試不同尺寸的螺紋部件，則附接構(gòu)件可用來自一組可互換附接構(gòu)件的尺寸適合用于螺紋地固定希望測試的螺紋部件的第二附接構(gòu)件替換?？梢詮囊唤M載荷銷選擇尺寸適合用于被測試的特定螺紋部件的相應(yīng)載荷銷。
在用于測量由施加到螺紋部件的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷的方法的另一種實施方式中，螺紋部件安裝到其中容納有可動的載荷銷的固定件。向安裝的螺紋部件施加扭矩，使得施加到安裝的螺紋部件的扭矩在載荷銷上產(chǎn)生軸向載荷。載荷銷將軸向載荷傳遞到容納在固定件中的測量裝置。使用如上所述的公式K = T/(DXW)計算扭矩系數(shù)K。
工業(yè)實用性
這里描述的扭矩測量裝置的實施方式的工業(yè)實用性可以從前面的討論中容易地認識。使用根據(jù)本發(fā)明的測量裝置，扭矩可以施加到螺紋地安裝到裝置的螺紋細部板的配件和/或接頭，該螺紋細部板又將軸向力施加到載荷銷。載荷銷將軸向載荷傳遞至載荷板 78，作為響應(yīng)，其壓縮載荷墊圈。測量裝置提供了用于直接測量施加的扭矩形成的軸向力的方法。相應(yīng)地，在待測部件太小而不能用于常規(guī)測量裝置的情況中，消除了替代螺栓加裝和測量的需要。根據(jù)本發(fā)明的測量裝置可允許在從制造商到終端用戶的整個供應(yīng)鏈上的所有位置使用共同的檢查過程檢查生產(chǎn)部件。
例如，根據(jù)本發(fā)明的測量裝置可用于通過終端用戶檢查將來的供應(yīng)商材料以檢查是否符合設(shè)計規(guī)范。扭矩系數(shù)測量裝置可用來測量例如由Peoria，Illinois的 Caterpillar Inc.制造的機器中使用的流體承載配件和軟管接頭的扭矩系數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的扭矩系數(shù)測量裝置還可由這些部件的任何制造商用來確保這些加裝部件的過程控制和加工部件一致性。
將會認識到前面的描述提供了本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)的例子。但是，可以想到細節(jié)上不同于前面的例子的本發(fā)明的其他實施例。對本發(fā)明或其實施例的所有引述旨在指當時正在討論的特定實施例，而并不意欲更一般地暗示對本發(fā)明的范圍的任何限制。除非另外具體指明，所有關(guān)于特定特征的區(qū)別和不利言辭意在表示對這些特征缺乏偏好，而并非將這些特征從本發(fā)明的范圍整體排除。
除非另外指明，這里對范圍值的敘述僅意在作為個別地引述落入該范圍內(nèi)的每個單獨值的簡便方法，因此每個單獨值如同其被個別地記述在此那樣結(jié)合在說明書中。除非這里另外指明或者通過上下文明顯矛盾之外，這里描述的所有方法可以任何合適的順序執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種用于測量由施加到螺紋部件的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷的設(shè)備，該設(shè)備包括基部，該基部中限定腔室；載荷傳感器，其設(shè)置在所述基部的所述腔室內(nèi)；可動的載荷銷，其容納在所述基部內(nèi)并被布置成使得置于該載荷銷上的軸向載荷傳遞至所述載荷傳感器；附接構(gòu)件，其能夠與所述螺紋部件連接，所述附接構(gòu)件與所述載荷銷可操作地布置使得施加到安裝于所述附接構(gòu)件的螺紋部件上的扭矩在所述載荷銷上設(shè)置軸向載荷。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述基部包括虎鉗適配器，該虎鉗適配器包括從所述虎鉗適配器突出的肋。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述基部包括具有安裝凸緣的殼體。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括載荷板，其設(shè)置在所述載荷銷和所述載荷傳感器之間。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述載荷傳感器包括其中限定中心開口的環(huán)形載荷墊圈，所述載荷板包括能夠配合在所述載荷墊圈的中心開口內(nèi)的中心布置的突起。
6.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述基部包括具有側(cè)壁的殼體，所述側(cè)壁中限定有狹槽，所述載荷板包括從所述載荷板突出的提升銷，所述提升銷經(jīng)過所述殼體的所述側(cè)壁的狹槽從所述腔室延伸。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述基部包括頂板，所述殼體包括能夠支承所述頂板的頂板支承表面以及所述腔室內(nèi)的能夠?qū)⑺鲚d荷傳感器支承在其上的載荷傳感器支承表面，所述載荷板包括與所述載荷傳感器表面呈相對關(guān)系的載荷銷表面，所述載荷銷表面能夠支承所述載荷銷，所述載荷傳感器表面能夠接合地接觸所述載荷傳感器表面倚靠的載荷傳感器，并且，所述頂板支承表面、所述載荷傳感器支承表面、所述載荷銷表面、以及所述載荷傳感器表面均被磨削至50微米平整度內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述基部包括底端和頂端，所述基部包括與其頂端相鄰設(shè)置的頂板，所述頂板包括貫穿的中心開口，所述頂板包括內(nèi)表面和相對的外表面，所述內(nèi)表面至少部分限定所述腔室，所述附接構(gòu)件經(jīng)所述頂板的所述中心開口從所述內(nèi)表面延伸，所述附接構(gòu)件與所述頂板的所述內(nèi)表面呈內(nèi)接合關(guān)系，從而限制所述附接構(gòu)件在從所述頂板的內(nèi)表面到外表面的方向上運動。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述基部包括殼體，所述殼體具有能夠支承所述頂板的支承表面，所述支承表面限定從其延伸預(yù)定距離的鉆孔，所述頂板包括能夠與所述殼體的所述支承表面匹配的匹配表面，所述匹配表面具有從所述匹配表面延伸的銷，所述銷能夠配合在所述殼體的所述鉆孔內(nèi)。
10.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述附接構(gòu)件包括從所述基部延伸的突出部分， 所述突出部分具有能夠螺紋地接合所述螺紋部件的外螺紋表面。
11.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，一對銷從所述頂板的所述內(nèi)表面突出，并且所述附接構(gòu)件包括能夠分別將所述銷的一個接收在其中的一對通道，以防止所述頂板和所述附接構(gòu)件之間的相對運動。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述基部包括殼體，所述殼體具有能夠支承所述頂板的支承表面，所述支承表面限定從所述支承表面延伸預(yù)定距離的鉆孔，所述頂板包括能夠與所述殼體的所述支承表面匹配的匹配表面，所述匹配表面具有從所述匹配表面延伸的銷，所述銷能夠配合在所述殼體的所述鉆孔內(nèi)。
13.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述附接構(gòu)件包括貫穿的軸向通道，所述載荷銷的至少一部分設(shè)置在所述軸向通道內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述附接構(gòu)件的軸向通道包括能夠螺紋地接合所述螺紋部件的螺紋表面。
15.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述附接構(gòu)件包括具有能夠螺紋地接合所述螺紋部件的外螺紋表面的突出部分。
16.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述附接構(gòu)件包括能夠與第一尺寸的螺紋部件連接的第一類型的附接構(gòu)件，所述設(shè)備還包括附接構(gòu)件，該附接構(gòu)件包括能夠與第二尺寸的第二螺紋部件連接的第二類型的附接構(gòu)件，所述第二尺寸與所述第一尺寸不同，其中，所述第一類型的附接構(gòu)件和所述第二類型的附接構(gòu)件能夠由所述基部可互換地支承。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述載荷銷包括用于與所述第一類型的附接構(gòu)件一起使用的第一類型的載荷銷，所述設(shè)備還包括可動的載荷銷，其包括能夠容納在所述基部內(nèi)的第二類型的可動的載荷銷，其相對于所述第一類型的載荷銷可互換且相對于所述第二螺紋部件布置，使得所述第二類型的載荷銷上的軸向載荷傳遞至所述載荷傳感器。
18.一種用于測量由施加到螺紋部件的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷的方法，該方法包括將螺紋部件與附接構(gòu)件的螺紋表面螺紋地接合，使得所述螺紋部件與載荷銷呈軸向?qū)屎徒雍详P(guān)系；向所述螺紋部件施加扭矩使得所述螺紋部件向著所述載荷銷施加軸向載荷，所述載荷銷將所述軸向載荷壓縮地傳遞至軸向載荷傳感器；測量響應(yīng)于施加到所述螺紋部件的扭矩由所述載荷銷產(chǎn)生的軸向載荷。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述載荷銷通過載荷板將所述軸向載荷壓縮地傳遞至所述軸向載荷傳感器，所述載荷板設(shè)置在所述載荷銷和所述軸向載荷傳感器之間。
20.一種用于測量由施加到螺紋部件的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷的方法，該方法包括將螺紋部件安裝到其中容納有可動的載荷銷的固定裝置；向安裝的螺紋部件施加扭矩使得施加到所述安裝的螺紋部件的扭矩在所述載荷銷上產(chǎn)生軸向載荷，且所述載荷銷將所述軸向載荷傳遞至所述固定裝置中容納的測量裝置。
全文摘要
一種扭矩系數(shù)測量裝置可用于測量由施加到安裝于固定件的螺紋部件的扭矩產(chǎn)生的軸向載荷。該測量裝置可包括其中限定腔室的基部。載荷傳感器設(shè)置在基部的腔室內(nèi)?？蓜拥妮d荷銷容納在基部內(nèi)并被布置成使得置于該載荷銷上的軸向載荷傳遞至載荷傳感器。附接構(gòu)件能夠與螺紋部件連接。該附接構(gòu)件與載荷銷可操作地布置使得施加到安裝于附接構(gòu)件的螺紋部件上的扭矩在載荷銷上設(shè)置軸向載荷。
文檔編號G01L5/16GK102539038SQ20111036950
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者A·H·道貝特, B·K·特, E·E·弗斯特, E·R·杰弗瑞, R·E·隆 申請人:卡特彼勒公司