一种管接头扭拉关系和摩擦系数测量方法与流程

本申请属于飞机管接头设计领域，特别涉及一种管接头扭拉关系和摩擦系数测量方法。

背景技术：

1、管路接头(简称管接头)广泛应用于各种机械产品(如飞机、火箭、船舶)的管路系统中，管路接头将导管、阀门、传感器等结构连接起来构成整个输送系统，并起到防止管路系统中的高压介质泄漏的作用。管路接头在服役期间受振动、高低温环境等作用，可以出现流体泄漏的问题，严重影响机械产品的可靠性。为了确保管接头的密封性能，应该使管接头具有足够大的预紧力。预紧力大小决定了密封界面上的接触压强，是影响密封性能的关键参数，因此管接头的扭拉关系是影响密封影响的关键因素。

2、工程上的管接头通常使用特定大小的安装力矩进行安装，而安装力矩与其所形成的预紧力之间的关系(简称扭拉关系)尚未可知。也就是说，工程人员并不知道管接头安装后的预紧力(单位是牛顿)，只是知道安装力矩(单位是牛米)。

3、工程中对于螺栓和螺母组成的螺纹连接的扭拉关系有非常成熟的测量方法，可以通过专用的扭拉关系试验台对其进行测量，但是对于管接头，目前没有专用的扭拉关系试验台。这主要是因为管接头的结构紧凑，而且其预紧力是外套螺母与另外两部分之间的内力，我们无法通过外部的压力传感器直接测量其预紧力。

4、因此，如何测量管接头的扭拉关系是一个需要解决的问题。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供了一种管接头扭拉关系和摩擦系数测量方法，以解决现有技术中难以对管接头的扭拉关系进行测量的问题。

2、本申请的技术方案是：一种管接头扭拉关系和摩擦系数测量方法，包括：

3、通过扭矩扳手测量管接头在拧紧过程中的拧紧扭矩，并在外套螺母外表面粘贴应变片，通过应变片同步测量应变与不同拧紧力矩之间的关系，而后通过插值得到拧紧力矩与应变之间的第一比例系数；

4、通过万能试验机对外套螺母施加预紧力，测量应变与不同预紧力之间的关系，而后通过插值得到预紧力与应变之间的第二比例系数；

5、通过第一比例系数和第二比例系数确定在外套螺母的相同应变下拧紧力矩与预紧力之间的扭拉关系，得到扭矩系数，并通过扭拉关系进一步得到管接头螺纹面摩擦系数与管接头端面摩擦系数。

6、优选地，所述外套螺母应变与不同拧紧力矩之间的关系通过加载工装获得；所述加载工装包括第一设备接头、第二设备接头、第一外锥接头、第一内锥接头，所述第一设备接头与第一外锥接头相连，所述第二设备接头与第一内锥接头相连，所述第一设备接头和第二设备接头分别连接不同的加载设备，所述第一外锥接头与第一内锥接头通过锥面贴合，所述第一外锥接头和第一内锥接头的外表面均开设有螺纹，所述外套螺母分别与第一外锥接头和第二外锥接头的外表面螺纹配合，并且外套螺母的内壁上设有多组应变片；在加载时保持一个设备接头不同、另一设备接头施加拧紧力矩，通过应变片采集外套螺母内部的应变大小。

7、优选地，所述外套螺母应变与不同预紧力之间的关系通过万能试验机加载获得，在所述万能试验机上分别设置第一加载工装和第二加载工装，所述第一加载工装端部开设有内锥面，所述第二加载工装端部设有外锥面，所述第一加载工装和第二加载工装端部通过锥面贴合，所述第一加载工装和第二加载工装外侧均开设有螺纹，所述外套螺母分别与第一加载工装和第二加载工装的外表面螺纹配合，并且外套螺母的内壁上设有多组应变片；在加载时控制万能试验机分别对第一加载工装和第二加载工装施加拉力，通过应变片采集外套螺母内部的应变大小。

8、优选地，所述拧紧力矩t与应变之间的关系为：

9、t＝k1ε

10、式中，k1是拧紧力矩t与应变之间的第一比例系数，ε为应变；

11、所述预紧力f与应变之间的关系为：

12、f＝k2ε

13、式中，k2是预紧力f与应变之间的第二比例系数。

14、优选地，所述拧紧力矩t与预紧力f之间的关系为：

15、

16、

17、式中，μb是端面摩擦系数，rb是端面有效半径，μt是螺纹面摩擦系数，rt是螺纹面有效半径，p是螺纹螺距，α是螺纹牙型角；

18、所述管接头螺纹面摩擦系数μt与管接头端面摩擦系数μb为：

19、

20、式中，μ＝μt＝μb。

21、优选地，所述管接头的螺纹牙型角α＝60°。

22、本申请的一种管接头扭拉关系和摩擦系数测量方法，将扭拉关系中的拧紧力矩和预紧力进行拆分，分别测量拧紧力矩与应变的关系，而后再测量预紧力与应变的关系，在测量拧紧力矩与应变之间的关系是，通过设置专用的工装，在外套螺母外表面粘贴应变片，通过应变片同步测量应变与不同拧紧力矩之间的关系，而后通过插值得到拧紧力矩与应变之间的第一比例系数；通过万能试验机对外套螺母施加预紧力，测量应变与不同预紧力之间的关系，而后通过插值得到预紧力与应变之间的第二比例系数；最后通过第一比例系数和第二比例系数确定扭矩系数，从而简单高效地实现了管接头的扭拉关系的测量。

技术特征：

1.一种管接头扭拉关系和摩擦系数测量方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的管接头扭拉关系和摩擦系数测量方法，其特征在于：所述外套螺母(8)应变与不同拧紧力矩之间的关系通过加载工装获得；所述加载工装包括第一设备接头(1)、第二设备接头(2)、第一外锥接头(3)、第一内锥接头(4)，所述第一设备接头(1)与第一外锥接头(3)相连，所述第二设备接头(2)与第一内锥接头(4)相连，所述第一设备接头(1)和第二设备接头(2)分别连接不同的加载设备，所述第一外锥接头(3)与第一内锥接头(4)通过锥面贴合，所述第一外锥接头(3)和第一内锥接头(4)的外表面均开设有螺纹，所述外套螺母(8)分别与第一外锥接头(3)和第二外锥接头的外表面螺纹配合，并且外套螺母(8)的内壁上设有多组应变片(5)；在加载时保持一个设备接头不同、另一设备接头施加拧紧力矩，通过应变片(5)采集外套螺母(8)内部的应变大小。

3.如权利要求1所述的管接头扭拉关系和摩擦系数测量方法，其特征在于：所述外套螺母(8)应变与不同预紧力之间的关系通过万能试验机加载获得，在所述万能试验机上分别设置第一加载工装(6)和第二加载工装(7)，所述第一加载工装(6)端部开设有内锥面，所述第二加载工装(7)端部设有外锥面，所述第一加载工装(6)和第二加载工装(7)端部通过锥面贴合，所述第一加载工装(6)和第二加载工装(7)外侧均开设有螺纹，所述外套螺母(8)分别与第一加载工装(6)和第二加载工装(7)的外表面螺纹配合，并且外套螺母(8)的内壁上设有多组应变片(5)；在加载时控制万能试验机分别对第一加载工装(6)和第二加载工装(7)施加拉力，通过应变片(5)采集外套螺母(8)内部的应变大小。

4.如权利要求1所述的管接头扭拉关系和摩擦系数测量方法，其特征在于，所述拧紧力矩t与应变之间的关系为：

5.如权利要求4所述的管接头扭拉关系和摩擦系数测量方法，其特征在于，所述拧紧力矩t与预紧力f之间的关系为：

6.如权利要求5所述的管接头扭拉关系和摩擦系数测量方法，其特征在于，所述管接头的螺纹牙型角α＝60°。

技术总结
本申请属于飞机管接头设计领域，为一种管接头扭拉关系和摩擦系数测量方法，将扭拉关系中的拧紧力矩和预紧力进行拆分，分别测量拧紧力矩与应变的关系，而后再测量预紧力与应变的关系，在测量拧紧力矩与应变之间的关系是，通过设置专用的工装，在外套螺母外表面粘贴应变片，通过应变片同步测量应变与不同拧紧力矩之间的关系，而后通过插值得到拧紧力矩与应变之间的第一比例系数；通过万能试验机对外套螺母施加预紧力，测量应变与不同预紧力之间的关系，而后通过插值得到预紧力与应变之间的第二比例系数；最后通过第一比例系数和第二比例系数确定扭矩系数，从而简单高效地实现了管接头的扭拉关系的测量。

技术研发人员：贾铎,丁晓宇,刘博,李同日,高东武
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22