Page 30 - 理化检验-物理分册2021年第二期
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贾金龙, 等: 普通螺母及自锁螺母对螺栓标定特征曲线的影响







                                               图 10  使用自锁螺母标定螺栓的要素链

                                      Fi g  10 Essentialfactorchainusin g self-lockin gnuttocalibratebolt

            10.1 , 假设温度升高 10 ℃ , 则声时差增加 101ns , 对              若按照生产线模式标定和测试, 则需要观察标定曲


            应 M12 螺栓标定曲线上 24.4kN 的轴向力。从物                       线的一致性和偏差范围, 如在允许的范围内, 这种测
            理角度解释为温度的升高会引起螺栓材料的谐振性                             试的效率反而会更高。
            发生变化, 使得通过螺栓介质的超声波波速发生变
                                                              4  结论及建议
            化进而影响超声波传播的时间               [ 9 ] 。理论上根据声弹
            性原理, 推导出在无应力状态下, 超声波纵波在螺栓                              采用普通螺母和自锁螺母标定螺栓特征曲线时
            中传播的声时长与温度变化量的关系如下                                 因方法不同会获得不同的标定特征曲线, 其结果的

                    t ( T ) t ( T 0 1+ α- β ΔT ]       ( 7 )   差异是因为空拧中温度因素对超声波波速的影响而
                                       (
                                            )
                          =
                                 )[
            式中: t ( T ) 为温度为 T 时超声波纵波穿过螺栓的声                    造成的。自锁螺母的锁紧扭矩使螺栓温度升高导致
                                     时超声波纵波穿过螺栓                超声波声 时 差 增 加, 获 得 的 标 定 特 征 曲 线 会 平 行
            时长; t ( T 0  ) 为初始温度 T 0
            的声时长; α 为螺栓材料的线膨胀系数; 为温度对                          右移。
                                                β
            超声波的影响系数; Δ T 为温度变化量。                                  试验室测试时应尽量消除温度对超声波的影
                 对式( 7 ) 进行转换可得出                               响, 或者保证螺栓标定和轴向力测试两个阶段采用
                        -      )       ) ·( α- β ΔT    ( 8 )   相同的标定方法, 建议在螺栓快贴合支承面时再记
                                                )
                  t ( T ) t ( T 0 = t ( T 0
                                 ) 则为超声波测得螺栓的声                 录初始长度。
               其中t ( T ) - t ( T 0
            时差, 与温度的变化量 ΔT 成正比, 当温度升高后,
                                                               参考文献:
            声时差就会相应增加。在标定曲线图像中代表曲线
            与横坐标的交点, 图 9 所示的测试结果与式( 8 ) 表达                      [ 1 ]   王育慷 . 超声波原理与现代应用探讨[ J ] . 贵州大学学
            的关系是一致的。在螺栓受力后, 因电动拧紧螺栓                                 报, 2005 , 22 ( 3 ): 287-290.
                                                                [ 2 ]   李光, 莫亚梅, 吴努 . 螺栓轴向应力测量技术的研究及
            的时间很短, 所以可以不考虑温度对超声波的影响。

                                                                    展望[ J ] . 南通大学学报, 2009 , 8 ( 3 ): 67-71.
                 汽车底盘系统的自锁螺母紧固连接点设计中,
                                                                [ 3 ]   刘荣清, 秋黎凤 . 自锁螺母的原理及应用[ J ] . 纺 织 器
            在装配完成的情况下不允许穿过自锁螺母的有效外
                                                                    材, 2008 , 35 ( 增刊): 256-258.
            螺纹过长, 一般小于 10 mm , 所以不会导致标定曲

                                                                [ 4 ]   田家勇, 胡莲莲 . 固体声弹性理论、 实验技术及应用研
            线的大幅度右移。若标定中不注意引入了温度的因
                                                                    究进展[ J ] . 力学进展, 2010 , 40 ( 6 ): 652-662.
            素, 则会使最终的螺栓轴力测试结果变小, 将误导紧                           [ 5 ]   韩玉强, 吴付岗, 李明海, 等 . 声弹性螺栓应力 测 量 影
            固件开发工程师释放扭矩的范围。生产线上往往是                                  响因素 [ J ] . 中 南 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版), 2020 , 51
            直接用气动枪预拧紧螺栓以提高生产节拍, 试验室                                 ( 2 ): 360-365.

            测试时应保证螺栓标定和轴力测试采用相同的拧紧                              [ 6 ]   贺玲凤, 刘军 . 声 弹 性 技 术 [ M ] . 北 京: 科 学 出 版 社,
            工艺, 关键在于何时记录螺栓的初始长度。考虑到                                 2002.
            温度对超声波波速的影响, 推荐的标定方法是消除                             [ 7 ]   冉启芳, 费星如, 邓朝栋, 等 . 用超声波技术测 量 螺 栓
            其影响, 所以应在螺栓快贴合支承面时再记录初始                                 应力[ J ] . 固体力学学报, 1982 ( 1 ): 64-70.
                                                                [ 8 ]   何存富, 吴克成 . 温度对螺栓紧固应力超声测量的影
            长度, 如果是采用气动或者电动拧至贴合的, 就需要
                                                                    响研究[ J ] . 实验力学, 1992 , 7 ( 3 ): 238-244.
            有冷却的时间, 等温度恒定后再记录螺栓初始长度。
                                                                [ 9 ]   江泽涛 . 温度对超声波波速及应力测量的影响[ J ], 无
            同样, 在后续的实际零件测试中依然要采用该拧紧
                                                                    损检测, 1999 , 21 ( 6 ): 245-248.
            步骤, 这样才能获得准确的螺栓轴向应力测试结果。








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