CN102507175A - 栓接结合面的法向静力学特性测试实验装置 - Google Patents

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刘志峰
张东梅
郭铁能
蔡力钢
张爱平
王晶晶
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Abstract

本发明公开了一种栓接结合面的法向静力学特性测试实验装置，其包括：两个螺杆，钢结构用高强度大六角头螺栓组件，三个电涡流位移传感器，上压块、有孔定位法兰，无孔法兰和下压块组成。两个螺杆分别和上压块、下压块由螺纹连接，电涡流位移传感器通过螺纹连接固定在有孔定位法兰的上下面，上压块和下压块由钢结构用高强度大六角头螺栓组件通过贯穿上、下压块轴心的通孔连接。本发明保证了试件拉伸实验时的对心性，极大的减少了悬臂梁结构对试验结果的影响，提高了预紧力加载的准确度，提供了结合面变形的实时追踪，提高了结合面处弹性变形的测量精确度。

Description

栓接结合面的法向静力学特性测试实验装置
技术领域
本发明属于机械设计与制造领域，涉及栓接结合面法向力学特性测试，特别涉及研究栓接结合面的法向静力学特性测试实验装置。
背景技术
应用于在现代生产生活的各个领域的机械，通常情况下都是由许多零件装配组成，机械结构中最典型的结合面就是螺栓结合面。由于结合面的接触刚度和变形对机床总刚度及变形影响很大，因此机械结构的结合面静态力学特性研究很重要。
在结合面静态试验过程中，我们需要准确获得的数据包括：两个结合面间的初始预紧力；实验过程中加载的拉力；两个接触结合面间在外力作用下的变形。现在科研机构或者院校中进行结合面法向试验的试验装置有的不能准确获取螺栓初始预紧力，有些则是不能精确得出对两结合面实验过程中的变形，还有些实验装置结构做成悬臂梁的形式。由于具有这样或者那样的缺陷，导致实验数据精确度有待提高。
综上所述，设计能够采集到可靠数据的实验装置，以便能够更准确掌握结合面静态力学特性显得很重要。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种能较准确采集结合面拉伸实验过程中的变形以及最后的变形结果，且所加预紧力能精确测定，以及克服悬臂梁方式对实验结果影响的栓接结合面的法向静力学特性测试实验装置。
为实现以上目的，该实验装置采用了以下技术方案：一种栓接结合面的法向静力学特性测试实验装置，该装置是由两个螺杆1、钢结构用高强度大六角头螺栓组件2、电涡流位移传感器3、上压块4、有孔定位法兰5、无孔法兰6和下压块7构成。两个螺杆1分别和上压块4和下压块7由螺纹连接，上压块4的圆柱端面和下压块7的圆柱端面相互贴合构成结合面。钢结构用高强度大六角头螺栓组件2穿过上压块4和下压块7轴心处的通孔且与结合面垂直；钢结构用高强度大六角头螺栓组件2中的螺栓中预埋了应变片；电涡流位移传感器3沿上压块4和下压块7构成的结合面布置。
上压块4和下压块7的外圆周面靠近结合面处有不连续凸台，所述的凸台分别用来定位有孔定位法兰5、无孔法兰6。
有孔定位法兰5采用点焊方式焊接在上压块4的凸台上，无孔法兰6采用同样的方式焊接在下压块7的凸台上。
3个电涡流位移传感器3隔120°夹角均布在结合面外缘的法兰上，用两个螺母分别压紧在有孔定位法兰的上下表面。
钢结构用高强度大六角头螺栓组件2头部打孔，在孔壁上粘贴应变片，应变片上连接的输出线引出后与应变仪相连。
采用以上设计方案，其优点是：上下两个螺杆在施加外力时能够自动调整位置对正使其所受到的外力仅有拉力，排除了扭转力矩对螺杆的影响；均布在结合面圆周的三个位移传感器保证了结合面处的位移数据的准确性，数据采集系统实时采集三个位移传感器的输出数据；螺栓内的应变片通过应变仪及采集系统能精确反应出加载的预紧力；上压块和下压块构成的结合面上螺栓孔的轴心与外加拉力的中心重合，避免了悬臂梁结构。
附图说明
附图1是本发明的应用示意图。
附图2是本发明的剖视结构示意图。
附图3是有孔法兰与压块焊接后的位置详图。
图中1、螺杆，2、钢结构用高强度大六角头螺栓组件，3、电涡流位移传感器，4、上压块，5、有孔定位法兰，6、无孔法兰，7、下压块。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本说明进行详细描述。
如图1所示为系统结构框图，实验装置夹紧在拉伸强度试验机上，由拉伸强度试验机对实验装置施加一定的拉力，拉力的大小由人机交互界面控制。实验装置上连接螺栓所施加的预紧力通过电桥与应变仪连接，预紧力数据由数据采集系统通过应变仪采集，采集的数据显示在人机界面上，同时，人机界面对实验过程及加载方式进行控制。由拉伸强度试验机内置的力传感器和安装在实验装置上的电涡流位移传感器所采集的数据均由数据采集系统采集并显示在计算机上，通过相关软件的处理即可得到所测结合面在不同面压下的刚度和相应的变形值。
如图2所示，一种栓接结合面的法向静力学特性测试实验装置的结构简图，图中1为螺杆，2为钢结构用高强度大六角头螺栓组件，3为电涡流位移传感器，4为上压块，5是有孔定位法兰，6是无孔法兰，7是下压块。两个螺杆1分别和上压块4和下压块7由螺纹连接，上压块4的圆柱端面和下压块7的圆柱端面相互贴合构成结合面。钢结构用高强度大六角头螺栓组件2穿过上压块4和下压块7轴心处的通孔且与结合面垂直；钢结构用高强度大六角头螺栓组件2中的螺栓中预埋了应变片；电涡流位移传感器3沿上压块4和下压块7构成的结合面布置。螺杆1与上、下压块由螺纹连接，所以当试验机夹紧螺杆1两端的方头时，可以通过螺纹部位的旋转，使上下两个方头自动调整到合适的对正位置，有效的去除了试件不对正受到的扭转力矩。螺杆1和压紧结合面的钢结构用高强度大六角头螺栓组件2为同轴心，去除了悬臂梁结构对实验结果的影响。
图3为有孔定位法兰5与上压块4焊接时摆放位置的简图，有孔定位法兰5上的3个孔要放置在上压块上凸台的3个豁口的中心位置，这样可以扩大电涡流位移传感器3上的螺母空间，不但便于夹紧定位，而且使得结构紧凑。

Claims (5)

1.一种栓接结合面的法向静力学特性测试实验装置，该装置是由两个螺杆(1)、钢结构用高强度大六角头螺栓组件(2)、电涡流位移传感器(3)、上压块(4)、有孔定位法兰(5)、无孔法兰(6)和下压块(7)构成；其特征在于，两个螺杆(1)分别和上压块(4)和下压块(7)由螺纹连接，上压块(4)的圆柱端面和下压块(7)的圆柱端面相互贴合构成结合面；钢结构用高强度大六角头螺栓组件(2)穿过上压块(4)和下压块(7)轴心处的通孔且与结合面垂直；钢结构用高强度大六角头螺栓组件(2)中的螺栓中预埋了应变片；电涡流位移传感器(3)沿上压块(4)和下压块(7)构成的结合面布置。
2.根据权利要求1所述的测试实验装置，其特征在于，上压块(4)和下压块(7)的外圆周面靠近结合面处有不连续凸台，所述的凸台分别用来定位有孔定位法兰(5)、无孔法兰(6)。
3.根据权利要求1中所述的测试实验装置，其特征在于，有孔定位法兰(5)采用点焊方式焊接在上压块(4)的凸台上，无孔法兰(6)采用同样的方式焊接在下压块(7)的凸台上。
4.根据权利要求1中所述的测试实验装置，其特征在于，3个电涡流位移传感器(3)隔120°夹角均布在结合面外缘的法兰上，用两个螺母分别压紧在有孔定位法兰的上下表面。
5.根据权利要求1中所述的测试实验装置，其特征在于，钢结构用高强度大六角头螺栓组件(2)头部打孔，在孔壁上粘贴应变片，应变片上连接的输出线引出后与应变仪相连。
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