垫圈式螺栓预紧力传感器F10D

测力预紧力传感器---测力螺栓前言：螺纹紧固件装配联接方式具有结构简单、成本低廉、对装配工具要求不高、安装拆卸方便、便于维护更换等优点，因此在机械各行业都得到了非常广泛地应用。

这些螺栓虽小，但其所起的作用却不可小视，一旦其失效往往会导致整个机械装置无法工作，严重的甚至会导致机毁人亡的后果。

准确掌握螺栓预紧力并根据监测结果进行必要的修正，对安全生产尤为重要。

这也是许多汽车公司因为一个小的螺丝钉的质量问题而将全部车型召回的原因。

定义:螺栓的预紧力,是指所有的螺栓都需要拧紧,使连接在承受工作载荷之前,预先受到作用力。

预紧能提高螺栓连接的可靠性,防松能力和螺栓的抗疲劳程度,增强连接的紧密性和刚性。

但过高的预紧力,如果控制不当或偶然过载会导致连接失效。

通常化工装置和工业设备上的螺栓螺钉一般都有很多个,比如某型号发射装置中单台使用螺栓210 个,所以螺栓在拧紧过程中可能造成对应螺栓的松动,这样会带来不良后果。

所以螺栓预紧力的平衡检测是十分重要的。

以前螺栓预紧力传感器是市面上常见的环形垫圈称重传感器，这种传感器是一种典型的压式传感器演变而来，立创工控一直给广大客户提供比利时sensy 环形垫圈称重传感器，但在使用中客户往往会反应体积能不能再小一点？安装能不能再方便一点？那么今天我们就来聊一聊全新的螺栓预紧力测量的方法。

螺栓预紧力传感器分类:目前市面上常见的螺栓预紧力传感器主要分为两类，一类是直接测量螺栓产生的预紧力，一类是间接测量螺栓预紧力，而间接测量又可衍生出许许多多类型传感器，这里主要介绍针对螺栓预紧力测量的环形垫圈测力传感器。

第一类：测力螺栓/螺栓预紧力传感器这是一种把螺栓直接作为测力元件的传感器，以最直接的方式将作用在螺栓上的力测量出来，结构简单，测量准确，是科研及力学监测的首选。

第二类：环形垫圈称重传感器通过增加在螺栓处的垫圈传感器来间接测量螺帽处的压力，从而获得螺栓所受到的预紧力，环形垫圈要有足够的大小以安装感应装置，也是目前螺栓预紧力测试的主要方式之一。

一种临时紧固件及其预紧力测量方法
孙珍军;辛叶盛;唐伟
【期刊名称】《机械设计》
【年(卷),期】2024(41)4
【摘要】薄壁件在正式装配前一般需要通过临时紧固件进行定位和夹紧,定位和夹紧的质量直接影响薄壁件的后续工艺质量,乃至最终的薄壁件产品质量,而临时紧固件的夹紧力和预紧力又是影响装配质量关键之中的关键。

文中提出了一种能够测量临时紧固件预紧力的方法,该方法通过在临时紧固件内设置成组碟形弹簧片,来扩大临时紧固件在受力时产生的变形量,该变形量将被倚靠在内六角扳手上的压缩弹簧感知,进而被紧邻压缩弹簧的力传感器感知,所以,临时紧固件所受预紧力最后通过碟形弹簧片受力与变形之间的关系反推。

内六角扳手的另一端通过套筒联轴器与电机连接,内六角扳手的轴向位移量在套筒联轴器内部补偿,从而实现了临时紧固件的自动化装配与同步预紧力的测量,最终得出了配合M4临时紧固件使用的碟形弹簧片的参数、组合方式,以及监控预紧力时的变形范围。

【总页数】6页(P36-41)
【作者】孙珍军;辛叶盛;唐伟
【作者单位】福建农林大学机电工程学院;韶关学院智能工程学院机电系
【正文语种】中文
【中图分类】TP241.2;TH131.3;TH82
【相关文献】
1.一种基于垫片式力传感器的螺栓组连接预紧力测量方法
2.基于TC4紧固件在不同头型下扭矩与预紧力关系研究
3.高温合金紧固件拧紧力矩与预紧力关系试验研究
4.高精准度检测紧固件轴向预紧力的薄膜压电传感器的研究
5.机械车辆紧固件装配预紧力控制方法
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通孔式螺栓压紧力传感器产品介绍，通孔式螺栓压紧力传感器的工作原理随着中国自动化不断发展进步，工控自动化产品也是大众需求。

上海力恒传感技术有限公司致力于力传感器及其信号处理的系统工作，公司在力传感器领域有着不断的追求。

下面由力恒传感小编为大家讲解通孔式螺栓压紧力传感器的相关内容！
一、通孔式螺栓压紧力传感器产品介绍
型号：LH-S10D-43
中空43，外径100，高度34，精度0.5%，最高可测50吨力值，稳定性强，高速动态响应，抗偏载性强，通孔式螺栓压紧力传感器。

主要应用于螺钉、杆件的张力和压力、测力器感应头等多场合的测力。

二、通孔式螺栓压紧力传感器的工作原理
弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（mV电压），从而完成将外力变换为电信号的过程。

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随着中国自动化不断发展进步，我们团队积累了多年一线工作经验。

出于对自动化的理解和认识，公司始终坚持"因为专业、所以信服"的企业运作理念打造了一支自动化领域的专业团队，为客户提供系统的售前和售后服务，持续不断的提供质量稳定的产品，持续研发新的产品、最大限度的满足客户需求。

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法兰连接中螺栓预紧力的研究与分析摘要：分析了从预紧状态到操作状态过程中螺栓受力、垫片回弹等特性。

针对螺栓的预紧力进行了详细的分析和计算。

过大的预紧力会将垫片压坏导致密封失效，因此合理地确定螺栓预紧力是防止法兰密封面出现泄漏的重要因素。

关键词：垫片螺栓预紧力回弹法兰连接是压力容器上必不可少的重要部件，被广泛应用于石油化工、电力、轻工等领域。

法兰连接失效形式主要表现为泄漏。

一旦发生泄漏，不仅给工业生产带来安全隐患，而且会造成资源浪费和环境污染。

为了阻止介质泄漏，施加给螺栓保证密封完好，不发生泄漏的力称为预紧力。

预紧力是影响法兰密封的重要因素。

垫片属于密封元件，被安装于两个密封平面之间，以达到更好的流体密封效果，减少流体泄漏。

垫片在密封中的作用是比较明显的，由于机械加工工艺的限制，密封面很难呈现绝对的平整，垫片的使用则可以填补密封面之间的不规则处。

适当的预紧力可保证垫片在工作时还可保留一定的密封比压，预紧力过大则会把垫片压坏或挤出。

1、螺栓预紧力的作用法兰连接中螺栓预紧力有两个作用。

一是为垫片提供初始预紧力，保证法兰在设备升压初始阶段不发生泄漏。

二是在操作压力下螺栓发生拉伸变形后仍能提供足够的垫片压紧力，保证法兰在正常工况下不发生泄漏。

因此，需对两种工况下分别进行计算所需的螺栓预紧力数值，取其中较大值作为螺栓预紧力数值。

2、垫片压紧力及螺栓载荷分析2.1垫片压紧（详见参考文献[1]）2.1.1预紧状态下需要的最小垫片压紧力FG=Fa=3.14DGby2.1.2操作状态下需要的最小垫片压紧力FG=Fp=6.28DGbmPcDG———垫片压紧力作用中心圆直径b———垫片有效密封宽度y———垫片比压力m———垫片系数Pc———计算压力 Fp———操作状态下需要的最小垫片压紧力2.2螺栓载荷2.2.1预紧状态下需要的最小螺栓载荷Wa=Fa=3.14DGby2.2.2操作状态下需要的最小螺栓载荷Wp=F+Fp=0.785 DG2Pc+6.28DGbmPc通过以上公式可以看出在预紧状态下所需要的螺栓最小载荷Wa等于预紧状态下需要的最小垫片压紧力FG。

螺栓预紧力测量方法螺栓预紧力是指在螺栓连接中，通过施加一定的力使螺栓拉伸，从而提供足够的紧固力以防止连接松动或失效。

螺栓预紧力的准确测量对于确保连接的可靠性和安全性至关重要。

本文将介绍一种常用的螺栓预紧力测量方法。

一、螺栓预紧力的重要性在各种工程领域中，螺栓连接广泛应用于机械装配、结构连接和设备安装等方面。

螺栓预紧力的准确控制对于确保连接的可靠性至关重要。

如果螺栓预紧力过低，连接可能会松动；如果螺栓预紧力过高，可能导致螺栓断裂或连接件损坏。

因此，螺栓预紧力的测量是确保连接安全可靠的关键步骤。

二、螺栓预紧力测量的方法1. 直接测量法直接测量法是一种常见的螺栓预紧力测量方法。

它通过使用专门的螺栓预紧力测量工具，如扭矩扳手或张力测量仪器，直接施加力量到螺栓上，并测量施加力量的大小。

根据螺栓的材料和规格，可以通过查阅相应的标准或手册，确定所需的预紧力数值范围。

通过逐步调整施加力量，直到达到规定的预紧力为止。

这种方法简单直观，可以在实际操作中快速测量螺栓的预紧力。

2. 隔板法隔板法是一种间接测量螺栓预紧力的方法。

它利用螺栓连接中的弹性变形原理，通过测量隔板的变形量来间接推断螺栓的预紧力。

具体操作方法是，在螺栓连接处安装一个隔板，然后施加一定的力量，使螺栓产生弹性变形。

通过测量隔板的变形量，结合材料的弹性模量和螺栓连接的几何参数，可以计算出螺栓的预紧力。

这种方法相对复杂，需要一定的计算和分析，但在某些情况下可以提供更准确的预紧力测量结果。

3. 超声波法超声波法是一种非接触式的螺栓预紧力测量方法。

它利用超声波的传播特性，通过测量超声波在螺栓连接中的传播速度和反射信号的强度来推断螺栓的预紧力。

具体操作方法是，在螺栓连接处安装超声波传感器，将超声波信号发送到螺栓上，并接收反射信号。

通过分析反射信号的特征，可以推断螺栓的预紧力。

这种方法无需接触螺栓，可以在不破坏连接的情况下进行预紧力测量，因此在某些特殊情况下具有较大的优势。

常用高强度螺栓预紧力和拧紧扭矩(参考)预紧力Fv(kN)及扭紧力矩MA(N·m)计算方式决定施工高强度螺栓扭矩：Ma=1.1 k Pv d式中： k---扭矩系数，此数据由高强度螺栓制造商提供或在安装前实验得到。

通常k=0.11-0.15,详细数据见供货商的质量报告。

Pv---高强度螺栓预拉力， [kN]；d---高强度螺栓直径，mm。

如何确定机螺丝的紧固力矩关于如何紧固螺栓和螺母的文章已经有很多，但如何恰当地紧固机螺丝（Machine Screws）的文章较少。

与如何确保螺栓和螺母的安全连接一样，在紧固机螺丝时，恰当地选择合适的拧紧力矩十分重要。

恰当的、安全的连接直接关系到装配后产品的质量好坏。

因此在紧固机螺丝时，我们应该计算一下合理的拧紧力矩。

紧固机螺丝的这些力矩与紧固螺栓、螺母的力矩相比起来要小得多。

1、机螺丝拧紧力矩的计算常用的计算螺纹紧固件拧紧力矩的公式为：T=D×K×P其中：T：力矩（牛顿?米/英寸?磅1Nm=9 in.1b）D：螺纹的外径（1mm=0.03937 in）K：螺母的摩擦系数（光杆螺栓 K=0.20 镀锌螺栓 K=0.22 上蜡或带润滑螺栓 K=0.10）P：夹紧力（一般是屈服点抗拉强度值的75%）1．1米制机螺丝米制机螺丝（Metric Machine Screws）有不同的强度等级，每个等级都有相应合适的拧紧力矩。

在ISO国际标准中来制机螺丝（Metric Machine Screws）有两个主要的强度等级：4.8级（类似SAE 60M）和8.8级（类似SAE 120M）。

强度等级4.8表示最小的抗拉强度是480MPa，这约等于每英寸70，000磅（即70，000 Psi）。

强度等级8.8表示最小的抗拉强度是880MPa，约等于每英寸127，000磅（127，000Psi）。

米制电镀锌机螺丝拧紧力矩见表1。

1.2 英制机螺丝对于英制机螺丝（Inch Machine Screws）也有不同的强度等级，每个等级都有相应合适的拧紧力矩。

阀门承压件用紧固件的选用和预紧扭矩的计算一、阀门常用紧固件的结构⑴承压件用螺纹紧固件的螺距米制普通螺纹是阀门使用最多的机械紧固螺纹，一般每个公称直径的米制普通螺纹具有多个螺距，有粗牙、细牙、超细牙之分，在HG/T 20613《钢制管法兰用紧固件 PN系列》、HG/T 20634《钢制管法兰用紧固件 CLASS系列》、DL-439《火力发电厂高温紧固件技术导则》、GB/T 12234 《石油、天然气工业用螺柱连接阀盖的钢制闸阀》等阀门设计标准和紧固件技术导则中，均对紧固件螺距进行了规定。

通过对这些标准的分析后得出，一般公称直径≤M27的紧固件采用粗牙螺距，公称直径＞M27的紧固件采用螺距为3的细牙螺距，从中可以得出在螺纹公称直径较大时候，一般都选用较小螺距（细牙），这是因为细牙螺纹具有螺纹升角小，自锁能力强、拧紧时扭应力小和拧紧螺母时转动角大易控制等特点，但是螺距也不是越小越好，超细牙的螺距一般造价较高，常用于精密配合上。

（2）承压件用六角螺母的选择和螺柱配合的六角螺母一般分为I型六角螺母和Ⅱ型六角螺母，I型六角螺母的厚度m约为0.8d,Ⅱ型六角螺母的厚度约为1d，d为螺纹公称直径（见图1）。

在HG/T 20613《钢制管法兰用紧固件 PN系列》、HG/T 20634《钢制管法兰用紧固件 CLASS系列》中规定，与全螺纹螺柱配合使用的螺母，其形式和尺寸符合GB/T 6175、和GB/T 6176的规定，这两个标准均为Ⅱ型六角螺母，也就是通常所说的重型螺母。

因此承压件用六角螺母一般均为重型六角螺母。

图1 六角螺母（3）承压件用螺柱的选择螺柱是机械紧固件工作过程中的主要受力部件，在螺柱、螺母预紧状态下，螺柱会发生微量的弹性拉伸变形，通过拉伸变形量保证螺纹载荷的持续稳定性。

固件的载荷失效、或螺纹损坏的危险性。

行器的连接、支架与阀盖的连接。

d2：螺纹小径图4 全螺纹螺柱二、常用紧固件的材料选择常用紧固件材料按照材料的不同通常分为碳钢、低合金钢、不锈钢三种类别；按照使用工况的温度不同分为常温，低温、高温用紧固件。

中空垫圈力传感器体积小，中空6.6mm，中间凸起点环面为测力面，测试精度高。

主要应用于螺钉、杆件压力、测力器感应头、螺栓预紧力等多种场合的测力。

一、KR70由于其紧凑的设计，KR70力传感器非常适用于质量保证和材料测试中的测试任务。

这种精密力传感器的特点是厚度仅为12毫米的扁平结构。

类型：中空垫圈力传感器; 标称力：±20N;±50N;±100N; 准确度等级：0,1％; 尺寸：Ø70mm x 12 mm; 内径12 mm H7; 外圈58 mm，内圈30 mm; 连接：3米ME-SYSTEME.DE / 24-4 PUR; 材质：铝合金。

二、KR110a力传感器KR110a由于其紧凑的形式适合于质量保证和材料测试中的测试。

这种精密力传感器的特点是厚度仅为14毫米或20毫米的扁平结构。

类型：中空垫圈力传感器; 标称力：±50N; ±100N，±200N; ±500N，±1kN，±2kN，±5kN; 准确度等级：0,1％; 尺寸：Ø110mm x 14 mm /Ø110mm x 20mm; 内径25 mm H7; 外圈100mm，内圈50 mm; 连接：3米Unitronic FD CP Plus / 4 x 0,14; 材质：铝/不锈钢; 重量：264克/ 624克。

三、KR20力测量环KR20专为检查螺钉上的预紧力而开发。

由于其非常低的结构高度，传感器配备了Teflon电缆，外径仅为1.8mm。

力测量环配有覆盖整个区域的应变计。

因此，在各种安装位置实现了高水平的可重复性。

力测量环有一个Sub-D-15插头连接，包含内部微调电阻。

力测量环提供详细的工厂证书（5个点，3个安装位置的3个测量系列）。

类型：中空垫圈力传感器; 标称力：10kN，20kN，30kN，40kN，50kN，60kN，100kN，200kN; 准确度等级：1％; 尺寸：Ø16mmx 7 mm ......Ø40mm x 12 mm; 内径：6mm...... 16mm; 连接：3米STC-32T-4; 重量：80.6克。

螺栓连接系统的预紧力测试传感器为了准确测量螺栓连接系统的预紧力，设计制作了一种螺栓预紧力测量的简易传感器，通过对其标定及不断改进后，此传感器能够稳定、准确地测量螺栓连接系统的预紧力，从而帮助设计人员对高强螺栓连接的连接强度进行有效评估，保证螺栓连接结构安全、可靠。

标签：高强螺栓；力传感器；螺栓预紧力测量1 前言在高速列车上大量使用着高强螺栓连接副。

高强螺栓连接的一个重要指标是预紧力，预紧力的大小决定了高强螺栓的承载能力。

目前高速列车生产过程中，最常见的螺栓预紧方式为扭矩控制法。

由于扭矩扳手误差、螺纹之间以及螺栓头或螺母支撑面的摩擦系数分散等因素，按照给定的拧紧力矩进行螺栓预紧时预紧力大小会存在一定的分散。

根据德国工程师协会标准VDI 2230，螺栓预紧力的分散可达+/-28%左右。

而且由于材料的蠕变、连接表面压溃等原因，预紧力在一定的时间会逐渐下降。

为了确保螺栓预紧力能够满足结构设计要求，除了进行理论计算校核，对螺栓预紧力进行实际测量也是必要的。

螺栓预紧力的测量可以通过测量拧紧力矩及螺纹间及螺栓头或螺母支撑面的摩擦系数进行计算间接得到，也可借助各种传感器对预紧力进行直接测量。

而摩擦系数的测定比较困难，而且摩擦系数的分散值较大，故在实际测量中不采用此方法，而采取后者来测量预紧力。

直接测量螺栓预紧力的方式中目前较流行主要包括：采用压力传感器、高精度的百分表，或者在螺栓内部布置应变片等方法。

在实际生产中，由于螺栓连接方式及空间的限制、接触表面不平整、以及在螺栓连接系统中实际存在着拉、弯、扭的组合变形。

而市面上常见的传感器往往由于不能消除螺栓弯、扭导致的应变而产生较大的误差，这一点需要在实际测量中特别引起注意。

本文根据生产实际需要，设计自制了一种简易的预紧力测量传感器，通过不断地改进，使得传感器在适应实际连接方式要求的前提下，最大程度地减少螺栓弯、扭及不平度对预紧力测量造成的误差，能够对螺栓预紧力进行准确有效的测量，从而帮助设计人员对高强螺栓连接的连接强度进行有效评估，保证螺栓连接结构安全、可靠。