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超声波测量螺栓预紧力的简单原理

2018-11-28 8:39:00

只可间接测量

螺栓的作用在于紧固,可想而知预紧力(夹紧力)是最重要的测量参数。但预紧力又不像扭矩那样可以直接测得,只能通过间接的方式测得,测量方式也是五花八门,传统方式有应变片法、垫圈传感器法,而使用超声波来测量预紧力相比其他方法,确有不少优势,可以做到无损测量、真实测量、信息保存、成本节省。

既然有这么多好处,那超声波到底是如何实现预紧力测量的呢?

长度=力度

螺栓在自由状态下,内部不存在预紧力,而螺栓在紧固状态下,由于预紧力的作用,螺栓将发生形变,因此此时螺栓的变形量为ΔL,iBolt智能螺栓系统依据ΔL与预紧力F之间的数学关系,计算得到预紧力F,该数学关系如下:

其中,F为螺栓的预紧力;E为螺栓材质的弹性模量;S为螺栓截面积;ΔL为螺栓的变形量;L为螺栓副的装夹长度。依据公式,智能螺栓系统依据ΔL计算得到当前智能螺栓的预紧力F。

飞行时间=长度

智能螺栓系统发射和接收超声波脉冲电信号、测量并计算发射和回波电信号之间时间差。(下图蓝色薄片为压电片,将电信号转换为超声波在螺栓内沿直线飞行)

螺栓在自由状态下,发射和接收电信号之间的时间差为T0,螺栓在紧固状态下,螺栓发射和接收电信号之间的时间差为T1,由此依据电信号收发时间差与螺栓的变形量的关系,得到螺栓的变形量ΔL,最终由智能螺栓系统依据ΔL并结合上文公

式可得到当前状态下的智能螺栓的预紧力。智能螺栓系统测量原理示意图如下:


iBolt螺栓预紧力测量系统原理



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