一种高精度通用性扭矩加载装置及方法

摘要

本发明提供一种高精度通用性扭矩加载装置及方法，解决现有的扭矩施加装置因不可避免的引入如拉伸、压缩、弯曲等力学值，影响扭矩分析结果的问题。装置包括底座、下底滑轨、下底卡件、立柱组件、上梁、转向套筒、扭矩扳手及定位块；下底滑轨与底座滑动连接，且能够在底座上沿X方向滑动并定位；下底卡件与下底滑轨滑动连接，且能够在下底滑轨上沿y方向滑动并定位；立柱组件能够沿z向方向伸缩并定位，其两端分别与底座与上梁固定连接；在扭矩加载过程中，通过调节下底卡件X—Y方向的位置，防止因加工或使用过程中导致的被测件垂直方向偏差而引入的弯曲因素。可为绝大多数需要加载扭矩的物体提供扭矩加载新思路，为产品研制提供可靠技术保障。

说明书

技术领域

本发明属于精确扭矩加载技术领域，具体涉及一种具有适用性广泛、结构简单、结实稳固、制作成本低等特点的可用于用于柱状物体精确扭矩加载装置及方法。

背景技术

随着空间站、月球探测任务、火星探测任务和新一代运载火箭等重大航天工程任务的实施，高密度发射已成为常态，对大推力液氧/煤油发动机、液氢/液氧发动机、姿轨控发动机的需求量越来越大。

在液体火箭发动机、航空发动机等研制过程中，实机测试试验是验证其性能的主要手段之一。在试验过程中对试验型号各项动态参数指标进行现场采集，可有效掌握其运行状况和性能，为性能验证、故障分析和改进设计提供可靠数据支持。

在新产品研发阶段，必须先单独对其各个管路、零件进行力学性能测试，测试合格后再进行整机装机试车。而单独的力学性能试验中，扭矩是重要一环，在不受其他力学性能影响的前提条件下，只分析扭矩的影响是管路、零件测试的必备条件。现有的扭矩施加装置均不可避免的引入如拉伸、压缩、弯曲等力学值，影响扭矩分析结果。

因此，就需要特殊装置在排除其他力学性能影响的前提下对管路、零件施加单纯的扭矩。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够对管路、零件施加纯扭矩的高精度加载装置及方法。以解决现有的扭矩施加装置因不可避免的引入如拉伸、压缩、弯曲等力学值，影响扭矩分析结果的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种高精度通用性扭矩加载装置，其特殊之处在于：包括底座、下底滑轨、下底卡件、立柱组件、上梁、转向套筒及扭矩扳手；

上述下底滑轨与上述底座滑动连接，且能够在底座上沿X方向滑动并定位；上述下底卡件与上述下底滑轨滑动连接，且能够在下底滑轨上沿y方向滑动并定位；上述立柱组件能够沿z向方向伸缩并定位，其两端分别与底座与上梁固定连接；

上述下底卡件上开设与被测件底端端部相适配的固定部，用于固定被测件底端，并限制被测件的转动自由度；上述上梁上开设转向套筒安装孔，转向套筒嵌入安装孔内，并在外力作用下能够在安装孔内绕其中心轴线转动；上述转向套筒的一端与扭矩扳手卡接，另一端用于紧固被测件顶端，限制被测件的转动自由度；为了保持加载的扭矩，该扭矩加载装置还包括定位块；上述定位块以可拆卸的方式固定在上梁上，对扭矩扳手进行定位。

控制扭矩扳手在xy平面内沿转向套筒中心轴线转动，同时带动转向套筒在安装孔内转动，向被测件施加扭矩。

本发明扭矩加载装置整体底部采用水平X—Y方向可调结构，防止因加工或使用过程中导致的被测件垂直方向偏差而引入的弯曲因素。

进一步地，为了使得扭矩扳手的扭矩能充分加载到被测件上；该扭矩加载装置还包括转向套筒紧固件；上述转向套筒的另一端具有与转向套筒紧固件相适配的缺口；上述转向套筒紧固件位于缺口处且与转向套筒通过第四紧固螺钉相连；转向套筒紧固件的半圆形孔与转向套筒的内孔配合形成椭圆形孔；上述被测件的径向截面为圆形，被测件的顶端插入椭圆形孔内，通过第四紧固螺钉锁紧被测件，限制被测件的转动自由度。

进一步地，为了避免定位块滑动，上述定位块通过第一螺钉固定在上梁上,定位块相邻两个不同方位的侧壁上分别开有螺钉孔位，当扭矩扳手转动加载到所需扭矩值时，从两个方向进行共同锁紧。

进一步地，为了自由调节下底滑轨x向位置，上述底座上开设x向长条形通孔，上述下底滑轨的一端卡入长条形通孔内，能够沿长条形通孔滑动；上述下底滑轨的一端端面开设螺纹孔，第五紧固螺钉穿入长条形通孔与下底滑轨的螺纹孔螺纹连接，待达到所需位置后，拧紧紧固螺钉，紧固螺钉的螺帽顶紧底座，对下底滑轨x向位置进行定位。

进一步地，为了自由调节下底卡件y向位置，上述下底滑轨上开设y向长条形通孔，上述下底卡件的底部设有能够卡入y向长条形通孔内的滑块，滑块卡入y向长条形通孔内沿长条形通孔滑动；待达到所需位置后，通过螺栓及螺母对下底卡件y向位置进行定位。

进一步地，上述立柱组件包括多个立柱，上述立柱包括与底座固连的立柱外筒及与上梁固连的立柱内筒；

上述立柱外筒与立柱内筒内均开设z向长条形通孔，上述立柱内筒套设在立柱外筒内，并能在立柱外筒内沿Z向自由滑动，调节上梁z向位置；待达到所需位置后，第五紧固螺钉插入z向长条形通孔与第二螺母配合，对上梁z向位置进行定位。

进一步地，上述底座为等腰梯形框架，上述上梁为等腰三角形框架；上述立柱组件包括两个立柱，两个立柱外筒分别固定在等腰梯形框架下底边的两端，两个立柱内筒分别固定在等腰三角形框架底边的两端；上述安装孔开设在等腰三角形框架的顶角处，上述定位块安装在等腰三角形框架的底边；上述x向长条形通孔开设在等腰梯形框架上底边。

本发明还提供一种基于上述高精度通用性扭矩加载装置的扭矩加载方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、安装被测件；

步骤1.1、被测件的上端安装在转向套筒中，与转向套筒紧固件配合，由第四紧固螺钉锁紧；

步骤1.2、被测件的下端穿入下底卡件中，下底卡件安装在下底滑轨上，由螺栓与螺母紧固锁紧；

步骤2、安装扭矩扳手；

步骤2.1、扭矩扳手卡入转向套筒中，扭矩扳手的手持部位放在定位块旁边；

步骤2.2、转动扭矩扳手调整至合适部位；

步骤3、调整位置；

步骤3.1、同时调整下底滑轨的X轴位置与下底卡件的Y轴位置，使得被测件竖直向下，不受外力；

步骤3.2、通过立柱组件调整上梁的z向位置，使得被测件的上下端安装合适；

步骤4、施加扭矩；

顺时针转动扭矩扳手施加需要的扭矩大小，达到目标扭矩值后，使用定位块进行固定，防止其卸载。

本发明的有益效果是：

1、本发明能够对被测件施加单纯的扭矩值，不带入其他力学指标，如拉伸、压缩、弯曲等因素，并且适用性广泛、结构简单、结实稳固、制作成本低，具备定量(手动转动扭矩扳手，使之达到目标扭矩后，用定位块进行锁紧，进而达到定量的目的)稳定的扭矩加载及保持功能，可为绝大多数需要加载扭矩的物体提供扭矩加载新思路，为产品研制提供可靠技术保障。

2、本发明扭矩加载装置整体底部采用水平X—Y方向可调结构，防止因加工或使用过程中导致的被测件垂直方向偏差而引入的弯曲因素。

3、本发明转向套筒和被测件的固定方式，可限制被测件的转动自由度，可确保被测件相对于转向套筒静止，使得扭矩扳手的扭矩能充分加载到被测件上。

附图说明

图1为本发明实施例提供的扭矩加载装置的外观图(视角一)。

图2为本发明实施例提供的扭矩加载装置的外观图(视角二)。

图3为本发明实施例提供的扭矩加载装置的爆炸图(省略螺栓垫圈)。

图4为本发明实施例提供的扭矩加载装置的底座X—Y平面自由定位效果图(a、b为两种视角)。

图5为本发明实施例提供的扭矩加载装置的立柱内筒及外筒配合定位效果图。

图6为本发明实施例提供的扭矩加载装置的被施加扭矩物体上部加紧效果图(a、b为两种视角)。

图7为本发明实施例提供的扭矩加载装置的扭矩扳手施加到目标力矩后的锁紧装置。

图中附图标记为：

1-扭矩扳手，2-第一紧固螺钉，3-定位块，4-上梁，5-立柱内筒，6-螺栓，7-立柱外筒，8-第二紧固螺钉，9-底座，10-第一螺母，11-转向套筒，12-第三紧固螺钉，13-转向套筒紧固件，14-第四紧固螺钉，15-被测件，16-第五紧固螺钉，17-下底卡件，18-下底滑轨，19-第二螺母。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。

参见图1、图2与图3，本实施例高精度通用性扭矩加载装置，主要部件由底座9、下底滑轨18、下底卡件17、立柱组件、上梁4、转向套筒11及扭矩扳手1等组成。被测件15的两端分别安装或卡在转向套筒及下底卡件17中。

从图中可以看出，本实施例底座9为等腰梯形框架，上梁4为等腰三角形框架。在其他实施例中，可根据需求对框架的形状进行调节。

下底滑轨18与底座9滑动连接，且能够在底座9上沿X方向滑动并定位；从图4中可以看出，本实施例底座9上底边上开设x向长条形通孔，下底滑轨18的一端卡入长条形通孔内，能够沿长条形通孔滑动；为了对下底滑轨18的X方向的位置进行定位，下底滑轨18的一端端面开设螺纹孔，第五紧固螺钉16穿入长条形通孔与下底滑轨18的螺纹孔螺纹连接，待达到所需位置后，拧紧第五紧固螺钉16，第五紧固螺钉16的螺帽顶紧底座，对下底滑轨18x向位置进行定位。在其他实施例中，也可采用常用的滑动连接结构。

下底卡件17与下底滑轨18滑动连接，且能够在下底滑轨18上沿y方向滑动并定位；从图4中可以看出，本实施例中下底滑轨18为中空的腔体结构，在下底滑轨18的顶面开设y向长条形通孔，下底卡件17的底部设有能够卡入y向长条形通孔内的滑块，滑块卡入y向长条形通孔内沿长条形通孔滑动；通过螺栓6对下底卡件17y向位置进行定位。从图3可以看出，具体可通过四个螺栓6配合四个螺母10实现定位，四个螺栓6从上至下依次穿过下底卡件17与y向长条形通孔，四个螺母10分别螺纹连接在四个螺栓6的头部，并紧靠下底卡件17的底部。

从图3可以看出，本实施例立柱组件包括两个立柱，每个立柱均包括与底座9固连的立柱外筒7及与上梁4固连的立柱内筒5；两个立柱外筒7分别固定在等腰梯形框架下底边的两端，两个立柱内筒5分别固定在等腰三角形框架底边的两端；立柱外筒7与立柱内筒5内均开设z向长条形通孔，立柱内筒5套设在立柱外筒7内，并能在立柱外筒内沿Z向自由滑动，调节上梁z向位置；待达到所需位置后，第二紧固螺钉8插入z向长条形通孔对上梁z向位置进行定位。在其他实施例中，可根据需求对框架的形状进行调节，相应立柱组件的数量及安装位置也可根据需求调整。

从图3可以看出，等腰三角形框架的顶角处开设转向套筒11的安装孔，转向套筒11嵌入安装孔内，并在外力作用下能够在安装孔内绕其中心轴线转动；转向套筒11的一端与扭矩扳手1卡接，另一端用于紧固被测件15的顶端，限制被测件15的转动自由度；控制扭矩扳手1在xy平面内沿转向套筒中心轴线转动，同时带动转向套筒在安装孔内转动，向被测件施加扭矩。

为了使得扭矩扳手的扭矩能充分加载到被测件上；该扭矩加载装置还包括转向套筒紧固件13；从图6可以看出，转向套筒的另一端具有与转向套筒紧固件相适配的缺口；转向套筒紧固件13位于缺口处且与转向套筒11通过第四紧固螺钉14相连；转向套筒紧固件13的半圆形孔与转向套筒11的内孔配合形成椭圆形孔；被测件15的径向截面为圆形，被测件15的顶端插入椭圆形孔内，通过第四紧固螺钉14锁紧被测件，限制被测件的转动自由度。

由图7可见，该扭矩加载装置还包括定位块3，定位块3通过第一紧固螺钉2固定在上梁4的底边上,定位块3相邻两个不同方位的侧壁上分别开有螺钉孔位，从两个方向进行共同锁紧。当扭矩扳手1达到预加载的扭矩值时，可使用定位块3配合第一紧固螺钉2进行固定，达到保持扭矩加载的目的。

本实施例中未明确扭矩加载装置及方法的具体尺寸，上述内容可根据被测件的尺寸大小及特殊要求进行计算和制造。

应说明的是，以上描述了本发明的基本原理和主要特征,本行业的技术人员应该了解,本实用发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内,本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。