CN107091709B - 一种销约束的轴向单螺栓松弛测量装置 - Google Patents

一种销约束的轴向单螺栓松弛测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种销约束的轴向单螺栓松弛测量装置，属于机械制造领域，包括连接件、螺栓、销、传感器。螺栓杆穿过上下连接件，用一对开口销对两连接件进行周向固定，接触面为特定尺寸和粗糙度的表面，采用压力传感器测量螺栓夹紧力的衰减；位移传感器来测量接触面间的位移；三维形貌仪测量表面粗糙度；拉伸试验机进行循环拉伸试验，模拟螺栓工况。通过获取的轴向位移、轴向夹紧力和表面粗糙度来分析螺栓松弛的特性。本装置结构简单，不仅保证了连接件轴向连接的稳定特性，还解决了试验时连接件转动问题，并且考虑了表面粗糙度对螺栓松弛的影响，同时也提高了螺栓松弛的测量精度。

Description

一种销约束的轴向单螺栓松弛测量装置
技术领域
本发明涉及一种销约束的轴向单螺栓松弛测量装置，属于机械制造领域。
背景技术
受某种因素作用,使螺栓预紧力(最初给予螺栓连接件的紧固力)下降的现象叫做螺栓的松弛。影响螺栓松弛的因素繁多，其中关键影响因素之一是螺栓连接结构接触表面的粗糙度，其微观上的定义是三维形貌表面微凸体的算数平均高度。研究表明：接触表面粗糙度会极大地影响接触区和压力峰值，从而大大影响整体栓接性能导致螺栓松弛。然而，现有研究却很少虑及这一因素，且多对表面粗糙度与刚度的关系进行分析。通过改变结合面的粗糙度、螺栓预紧力和施加载荷的力与频率来探究特定结合面下螺栓松弛的规律。
为了系统性地探究结合面粗糙度对轴向螺栓松弛的规律，且鉴于现有的单螺栓连接实验装置中都没有考虑连接件周向转动问题，需要结构简单又能解决试验中连接件发生转动问题且测量精度较高的装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对装置结构复杂、测量精度不高、试验中连接件发生转动现象、松弛过程接触表面粗糙度无法测量的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种销约束的轴向单螺栓松弛测量装置，该装置采用三维表面形貌测量仪来测量表面粗糙度，用拉伸试验机夹持轴向螺栓试件，并给其提供可变周期、频率以及加载力大小的载荷并加载循环力，随着循环加载，获得力学、位移随时间变化数据，分析获得轴向螺栓松弛规律，再将松弛阶段划分，在不同粗糙度的结合面下在进行拉伸试验，拉伸试验完成后在表面粗糙度数据、力学数据和位移数据综合分析下得出精度高，较为准确的结合面粗糙度对于轴向螺栓松弛影响的规律。
一种销约束的轴向单螺栓松弛测量装置，该装置包括：拉伸试验机1、下连接件2、螺母3、电涡流位移传感器4、上连接件5、螺杆6、压力传感器7、开口销8，对应的传感器数据采集系统和计算机、三维表面形貌测量仪、数显力矩扳手。三维表面形貌测量仪其最高精度可以达到100nm，用来扫描测量试件接触面的表面粗糙度。上述下连接件2与上连接件5的中间部分通过螺杆6与螺母3连接，螺母3通过数显力矩扳手拧紧。下连接件2与上连接件5的端部通过一对开口销8进行周向固定，压力传感器7串联在螺杆6与上连接件5之间，上连接件5的端部有方形带孔薄板，方形带孔薄板用以固定电涡流位移传感器4，并实现电涡流位移传感器4的上下调节，将电涡流位移传感器4的下端探头安装至距离下连接件2侧部的方形薄板上端2-3mm处，然后依次连接数字信号放大器9和数据采集卡10最终将测得的数据实时输出至计算机对应采集软件11中。
轴向装置的上连接件5和下连接件2的两端分别夹在拉伸实验机上，并且用一对开口销进行周向固定，防止拉伸试验中发生转动现象，如图1所示。利用拉伸试验机加载循环载荷，目的是加速实验，缩短螺栓松动时间。拉伸试验机能够改变加载的力和频率，同时可控制加载循环的次数。
与现有技术相比，本发明的优点在于设计了一套精度高、结构简单又能解决试验中连接件发生转动现象并且考虑结合面粗糙度的螺栓松弛测量装置。采用特制、精度更高的压力传感器，保证数据的准确性。采用了三维形貌仪，扫描并且测量了接触表面的三维数据，为结合面粗糙度的影响提供了基础。说明了振动下连接件位移和松弛的关系，表明了夹紧力的衰减和粗糙度的关系。
附图说明
图1是轴向螺栓松弛测定装置及其附件构成系统图。
图2是轴向结构主要装置剖面图。
图3是轴向螺栓装置上连接件主视图。
图4是轴向螺栓装置上连接件A向视图。
图5是轴向螺栓装置下连接件主视图。
图6是轴向螺栓装置下连接件B向视图。
图中：1--拉伸试验机、2--上连接件、3--螺母、4--电涡流位移传感器、5--下连接件、6--螺杆、7--压力传感器、8--开口销、9--数字信号放大器、10—信号采集卡、11—电脑采集软件。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示的考虑结合面粗糙度的轴向螺栓松弛的测量装置。上述下连接件2与上连接件5的中间部分通过螺杆6与螺母3连接，螺母3通过数显力矩扳手拧紧。下连接件2与上连接件5的端部通过一对开口销8进行周向固定，压力传感器7串联在螺杆6与上连接件5之间，上连接件5的端部有方形带孔薄板，方形带孔薄板用以固定电涡流位移传感器4，并实现电涡流位移传感器4的上下调节，将电涡流位移传感器4的下端探头安装至距离下连接件2侧部的方形薄板上端2-3mm处，然后依次连接数字信号放大器9和数据采集卡10最终将测得的数据实时输出至计算机对应采集软件11中。
首先使用三维形貌测量仪扫描扫描上连接件5和下连接2结合面处表面形貌，获得结合面粗糙度数据，作为分析对比基础。然后将所连接的试件夹在拉伸试验机1上，使用特制传感器和电涡流位移传感器配合拉伸试验机的拉伸特性，设定加载频率和加载力大小，并设置循环类型和循环周期，开启拉伸试验。通过计算机数据采集系统实时监测螺栓夹紧力以及轴向位移，可以获得螺栓夹紧力随着时间变化的F-t曲线图以及获得精度较高的振动下接触面间的位移时间的S-t曲线图。
试验中这些设备需要来采集包括表面数据、力学、位移和时间信号。其中分别是:力学信号二维数组F-t图、位移信号二维数组S-t图、接触面表面粗糙度数据。通过分析不同接触表面粗糙度下螺栓连接结构夹紧力及位移随时间的变化曲线，反映在特定结合面下螺栓松弛的规律。

Claims (2)

1.一种销约束的轴向单螺栓松弛测量装置，其特征在于：该装置包括：拉伸试验机(1)、下连接件(2)、螺母(3)、电涡流位移传感器(4)、上连接件(5)、螺杆(6)、压力传感器(7)、开口销(8)，对应的传感器数据采集系统和计算机、三维表面形貌测量仪、数显力矩扳手；三维表面形貌测量仪其最高精度达到100nm，用来扫描测量试件接触面的表面粗糙度；上述下连接件(2)与上连接件(5)的中间部分通过螺杆(6)与螺母(3)连接，螺母(3)通过数显力矩扳手拧紧；下连接件(2)与上连接件(5)的端部通过一对开口销(8)进行周向固定，压力传感器(7)串联在螺杆(6)与上连接件(5)之间，上连接件(5)的端部有方形带孔薄板，方形带孔薄板用以固定电涡流位移传感器(4)，并实现电涡流位移传感器(4)的上下调节，将电涡流位移传感器(4)的下端探头安装至距离下连接件(2)侧部的方形薄板上端2-3mm处，然后依次连接数字信号放大器(9)和数据采集卡(10)， 最终将测得的数据实时输出至计算机对应采集软件(11)中。
2.根据权利要求1所述的一种销约束的轴向单螺栓松弛测量装置，其特征在于：试验中需要采集表面数据、力学、位移和时间信号：力学信号二维数组F-t图、位移信号二维数组S-t图、接触面表面粗糙度数据；通过分析不同接触表面粗糙度下螺栓连接结构夹紧力及位移随时间的变化曲线，反映在特定结合面下螺栓松弛的规律。
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