CN107490431B - 振动驱动装置及具有其的螺栓拧紧振动性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动驱动装置及具有其的螺栓拧紧振动性能测试系统，所述振动驱动装置包括：至少两个振动源，各所述振动源输出的机械振动以叠加的方式作用到待驱动件，以驱动所述待驱动件按照接近于实际振动频率和振动幅度振动。本发明能够提供接近于实际振动频率和振动幅度振动的机械波，为积累多种螺栓在不同振动条件下的拧紧参数和实际耐久数据提供有利条件，进而为螺栓的选择做数据支撑。

Description

振动驱动装置及具有其的螺栓拧紧振动性能测试系统

技术领域

本发明涉及一种测试装置，特别是涉及一种振动驱动装置及具有其的螺栓拧紧振动性能测试系统。

背景技术

螺栓连接是汽车零件装配方式中的一种很重要的连接方式。为了保证螺栓连接的预紧力，传统方法多为参考已有行业标准，在螺栓拧紧后进行整车测试，来检验设定拧紧工艺参数是否能满足要求。但是，传统的测试方法会导致螺栓拧紧参数和后期验证周期长，验证成本高，而且提供的螺栓拧紧振动性能验证数据少，无法给出最优的拧紧参数和数据。此外，测试方法受螺栓制造质量等参数影响大，验证结果可靠性差。另外，传统测试方法使用的振动装置输出的机械波的频率和振动幅度过于单一，与车辆在实际路况过程中的振动相差较远，无法为螺栓拧紧振动性能的测试提供真实的数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种振动驱动装置来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

为实现上述目的，本发明提供一种振动驱动装置，振动驱动装置包括：

至少两个振动源，各所述振动源输出的机械振动以叠加的方式作用到待驱动件，以驱动所述待驱动件按照接近于实际振动频率和振动幅度振动；

连杆组件，所述连杆组件以联动的方式与各所述振动源和所述待驱动件连接，使各所述振动源输出的机械振动通过所述连杆组件叠加后作用到所述待驱动件，

所述连杆组件包括：连杆，其横向布置在各所述振动源和所述待驱动件的上方，且两个端部分别通过推杆与所述振动源的输出端铰接，所述两个端部之间的部位通过推杆与所述待驱动件铰接；各所述输出端分别能够输出沿推杆的中心轴线方向往复运动的机械振动。

进一步地，各所述振动源包括：壳体及内置于所述壳体中的励磁线圈和振动磁芯，其中：所述励磁线圈电连接所述控制装置，其输入电流大小和方向均受控于所述控制装置；所述振动磁芯置于所述励磁线圈的轴向中心孔中，并在所述励磁线圈提供的交变电磁场中能够在所述励磁线圈的轴向中心孔中沿轴向往复运动，所述输出端位于所述振动磁芯的第一端。

进一步地，各所述振动源还包括：缓冲机构，其具有轴向弹力，一端固定连接，另一端固定连接所述振动磁芯的第二端。

进一步地，所述壳体上设有冷却风道。

本发明还提供一种螺栓拧紧振动性能测试系统，所述螺栓拧紧振动性能测试系统包括：第一连接件，其固定设置；第二连接件，其通过待测试螺栓固定连接所述第一连接件，所述待测试螺栓按照接近于实际扭矩的方式拧紧所述第一连接件和所述第二连接件；振动驱动装置，其为如上所述的振动驱动装置，其用于产生作用到所述第二连接件上的机械振动；和性能参数采集装置，其用于采集测试过程中的实际性能参数，所述实际性能参数包括待测试螺栓的松脱时间。

进一步地，所述待测试螺栓以不同螺栓的组合连接方式按照接近于实际扭矩的方式拧紧所述第一连接件和所述第二连接件。

进一步地，所述螺栓拧紧振动性能测试系统还包括：控制装置，其电连接所述振动驱动装置，用于控制所述振动驱动装置产生的机械振动的振动频率和振动幅度以及接收所述性能参数采集装置采集到的实际性能参数，以判断所述待测试螺栓的振动性能。

本发明能够提供接近于实际振动频率和振动幅度振动的机械波，为积累多种螺栓在不同振动条件下的拧紧参数和实际耐久数据提供有利条件，进而为螺栓的选择做数据支撑。

附图说明

图1是本发明提供的螺栓拧紧振动性能测试系统的结构原理示意图。

图2是图1中的振动驱动装置的一优选实施例的结构示意图。

图3是图2中的螺栓连接平台的立体结构示意图。

附图标记：

1	第一连接件	2	第二连接件
				3	待测试螺栓	4	振动驱动装置
5	性能参数采集装置	6	控制装置
				7	连杆组件	41	振动源
1a	第一板件	1b	第一柱体
				2a	第二板件	2b	第二柱体
4a	振动源的输出端	4b	励磁线圈
				4c	振动磁芯	4d	缓冲机构
4e	限位机构	4f	滑轨
				4g	壳体	4h	冷却风道
4i	固定块	4j	推杆

具体实施方式

在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1和图3所示，本实施例所提供的螺栓拧紧振动性能测试系统包括第一连接件1、第二连接件2、待测试螺栓3、振动驱动装置4、性能参数采集装置5和控制装置6，其中：

第一连接件1固定设置。具体地，第一连接件1包括第一板件1a和第一柱体1b，其中，第一板件1a加工成圆盘状，其上可以按照模拟车辆被螺栓连接的两个部件的厚度、制作材料以及其上的螺栓数量及其螺栓孔的布置位置，加工第一板件1a和螺栓孔，使其尽可能地接近模拟车辆的实际使用工况。第一连接件1的底面固定连接在第一柱体1b的一端，第一柱体1b的另一端固定连接在固定基座上，以将第一连接件1固定设置。

第二连接件2固定连接第一连接件1。第二连接件2包括第二板件2a和第二柱体2b，其中，第二连接件2与第一连接件1类似，加工成圆盘状，其上可以按照模拟车辆被螺栓连接的两个部件的厚度、制作材料以及其上的螺栓数量及其螺栓孔的布置位置，加工第二板件2a和螺栓孔，使其尽可能地接近模拟车辆的实际使用工况。第二板件2a的下表面与第一板件1a的上表面贴合，上表面固定连接第二柱体2b的下端。

待测试螺栓3可根据实际使用工况，按照接近于实际扭矩的方式拧紧第一连接件1和第二连接件2，具体地，待第一板件1a和第二板件2a用于模拟车辆被螺栓连接的两个部件，测试螺栓3固定连接第一板件1a和第二板件2a。待测试螺栓3 的拧紧方法例如可以是：采用扭力扳手控制拧紧待测试螺栓3时的动态扭矩，待拧紧之后，再测量待测试螺栓3的静态扭矩，该静态扭矩用于后续的待测试螺栓3振动性能分析判断。

待测试螺栓3可以选用与车辆上相同型号的螺栓，并且按照在车辆上的安装方式进行安装。也就是说，待测试螺栓3可以以不同螺栓的组合连接方式按照接近于实际扭矩的方式拧紧第一连接件1的第一板件1a和第二连接件2的第二板件2a。

振动驱动装置4用于产生作用到第二连接件2上的机械振动，以驱动第二连接件2按照接近于实际振动频率和振动幅度进行振动，这样，由于第一连接件1固定设置，因此，该振动将带动待测试螺栓3做机械振动，这种机械振动的振动频率、振动幅度和松脱时间都能够导致待测试螺栓3松脱。

性能参数采集装置5用于采集测试过程中的实际性能参数，实际性能参数包括待测试螺栓的松脱时间。性能参数采集装置5包括计时器和塞尺，其中：计时器用于测试待测试螺栓3的松脱时间，塞尺用于检测待测试螺栓3与紧固面之间的间隙大小，在待测试螺栓3与紧固面之间的间隙达到某一数值的时候，则可视为待测试螺栓3已经松脱，然后利用计数器记录待测试螺栓3松脱时间即可。

控制装置6可以采用计算机设备，电连接振动驱动装置4，控制装置6用于控制振动驱动装置4产生的机械振动的振动频率和振动幅度以及接收性能参数采集装置5采集到的实际性能参数，以判断待测试螺栓3的振动性能。判断待测试螺栓3的振动性能包括如下内容：

不同扭矩下拧紧待测试螺栓3，在相同时间，相同振动频率下的振动性能比较。

相同扭矩下，相同时间，不同振动频率下的振动性能比较。

相同扭矩，相同振动频率下，不同时间的振动性能比较。

通过以上数据的比对分析，得出最优螺栓安装组合和最优拧紧扭矩。

下面列举几组数据说明判断待测试螺栓3的振动性能的方法：

例如：将振动频率设置为50HZ，振动幅度设置为0.2mm,仅设置一个震动源输入的前提下，每个待测试螺栓3的拧紧扭矩为18N.m，拧紧后在振动条件下，2400min后出现松脱；当使用扭矩19N.m拧紧时，相同振动条件下，2568min出现松脱，测试多组数据后，发现在此振动条件下，18.7N.m为最佳拧紧扭矩。

本实施例能够提供接近于实际振动频率和振动幅度振动的机械波，为积累多种螺栓在不同振动条件下的拧紧参数和实际耐久数据提供有利条件，进而为螺栓的选择做数据支撑。

在一个实施例中，如图2所示，振动驱动装置4包括至少两个振动源41，各振动源41输出的机械振动以叠加的方式作用到第二连接件2，以驱动第二连接件2按照接近于实际振动频率和振动幅度进行振动。单个振动源41输出的机械振动波过于单一，本实施例通过采用多个振动源41，叠加形成多种形式的机械振动波（例如异型），使该机械振动波尽可能地接近车辆在行驶过程中的实际工况，为得到测试结果提供更真实的实验环境。

在一个实施例中，所述螺栓拧紧振动性能测试系统还包括连杆组件7，连杆组件7以联动的方式与各振动源41和第二连接件2连接，使各振动源41输出的机械振动通过连杆组件7叠加后作用到所述第二连接件2。本实施例提供了一种机械连接结构，实现各振动源41输出的机械振动以叠加的方式作用到第二连接件2。

在一个实施例中，连杆组件7包括连杆7a，连杆7a横向布置在各振动源41和第二连接件2的上方，且连杆7a的两个端部分别通过推杆与振动源41的输出端4a铰接，连杆7a的两个端部之间的部位（比如图中示意的中部）通过推杆与第二连接件2铰接。各振动源41的输出端4a分别能够输出沿推杆的中心轴线方向往复运动的机械振动。这种机械振动容易叠加，形成按照接近于实际振动频率和振动幅度的机械振动。本实施例中，“中部”并不严格限定在物体的中点，只要在物体的中点附近即可。“两端”也并不严格限定在物体的两个端部，只要在物体的端部附近即可。

在一个实施例中，为在不同频率励磁电流作用下，产生不同频率的机械振动，并由单个或多个连杆组件7对各个振动源41的机械振动进行叠加，产生不同振动幅度和振动频率的机械振动。各振动源41包括壳体4g及内置于壳体4g中的励磁线圈4b和振动磁芯4c，其中：励磁线圈4b电连接控制装置5，励磁线圈4b的输入电流大小和方向均由控制装置5控制，使振动驱动装置4按照接近于实际振动频率和振动幅度机械振动。

振动磁芯4c置于励磁线圈4b的轴向中心孔中，励磁线圈4b的轴向中心孔在布置有沿励磁线圈4b的轴向中心孔的轴线延伸的滑轨4f。在励磁线圈4b提供的交变电磁场中能够在励磁线圈4b的轴向中心孔中，在滑轨4f上沿轴向往复运动，输出端4a位于振动磁芯4c的第一端。

在一个实施例中，各振动源41还包括缓冲机构4d，缓冲机构4d可以采用弹簧或摊片，其具有轴向弹力。缓冲机构4d的一端通过固定块4i固定连接在壳体4g中，另一端固定连振动磁芯4c的第二端。通过缓冲机构4d，一方面可以对振动磁芯4c起到减速和缓冲作用，另一方面，可以避免振动磁芯4c从励磁线圈4b的轴向中心孔滑脱出去。

在一个实施例中，各振动源41还包括限位机构4e，用于限制推杆4j朝两侧晃动，利于振动磁芯4c在励磁线圈4b的轴向中心孔中沿轴向往复运动。

由于振动磁芯4c的机械振动，摩擦必然产生大量的热量，为了及时散热，壳体4上设有冷却风道4h，以便于对振动源41及时散热。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种振动驱动装置，其特征在于，包括：

两个振动源（41），各所述振动源（41）输出的机械振动以叠加的方式作用到待驱动件，以驱动所述待驱动件按照接近于实际振动频率和振动幅度振动；

连杆组件（7），所述连杆组件（7）以联动的方式与各所述振动源（41）和所述待驱动件连接，使各所述振动源（41）输出的机械振动通过所述连杆组件（7）叠加后作用到所述待驱动件，

所述连杆组件（7）包括：

连杆（7a），其横向布置在各所述振动源（41）和所述待驱动件的上方，且两个端部分别通过推杆与所述振动源（41）的输出端（4a）铰接，所述两个端部之间的部位通过推杆与所述待驱动件铰接；

各所述输出端（4a）分别能够输出沿推杆的中心轴线方向往复运动的机械振动；

所述待驱动件包括圆盘状的第二连接件（2），所述第二连接件（2）包括第二板件（2a）和第二柱体（2b），所述第二柱体（2b）铰接在两个所述振动源（41）的输出端（4a）之间的下部，两个所述振动源（41）的输出端（4a）的机械振动作用到所述第二柱体（2b）的上端，所述第二板件（2a）的上表面固定连接在所述第二柱体（2b）的下端，所述第二板件（2a）的下表面通过待测试螺栓（3）与第一连接件（1）中的第一板件（1a）的上表面连接，且所述第二板件（2a）的下表面与所述第一板件（1a）的上表面贴合，所述第一板件（1a）的下表面一体连接有第一柱体（1b），所述第一柱体（1b）固定设置，所述第一板件（1a）和所述第二板件（2a）按照模拟车辆被螺栓连接的两个部件的厚度、制作材料以及其上的螺栓数量及其螺栓孔的布置位置进行设置，该螺栓孔用于穿设所述待测试螺栓（3），所述待测试螺栓（3）竖向设置；所述机械振动将带动所述待测试螺栓（3）做机械振动，测试能够导致所述待测试螺栓（3）松脱的该机械振动的振动频率、振动幅度和松脱时间。

2.如权利要求1所述的振动驱动装置，其特征在于，各所述振动源（41）包括：

壳体（4g）及内置于所述壳体（4g）中的励磁线圈（4b）和振动磁芯（4c），其中：

所述励磁线圈（4b）电连接控制装置（5），其输入电流大小和方向均受控于所述控制装置（5）；

所述振动磁芯（4c）置于所述励磁线圈（4b）的轴向中心孔中，并在所述励磁线圈（4b）提供的交变电磁场中能够在所述励磁线圈（4b）的轴向中心孔中沿轴向往复运动，所述输出端（4a）位于所述振动磁芯（4c）的第一端。

3.如权利要求2所述的振动驱动装置，其特征在于，各所述振动源（41）还包括：

缓冲机构（4d），其具有轴向弹力，一端固定连接，另一端固定连接所述振动磁芯（4c）的第二端。

4.如权利要求3所述的振动驱动装置，其特征在于，所述壳体（4g）上设有冷却风道（4h）。

5.一种螺栓拧紧振动性能测试系统，其特征在于，包括：

第一连接件（1），其固定设置；

第二连接件（2），其通过待测试螺栓（3）固定连接所述第一连接件（1），所述待测试螺栓（3）按照接近于实际扭矩的方式拧紧所述第一连接件（1）和所述第二连接件（2）；

振动驱动装置，其为权利要求1至4中任一项所述的振动驱动装置，其用于产生作用到所述第二连接件（2）上的机械振动；和

性能参数采集装置（5），其用于采集测试过程中的实际性能参数，所述实际性能参数包括待测试螺栓的松脱时间。

6.如权利要求5所述的螺栓拧紧振动性能测试系统，其特征在于，所述待测试螺栓（3）以不同螺栓的组合连接方式按照接近于实际扭矩的方式拧紧所述第一连接件（1）和所述第二连接件（2）。

7.如权利要求5或6所述的螺栓拧紧振动性能测试系统，其特征在于，还包括：

控制装置（6），其电连接所述振动驱动装置（4），用于控制所述振动驱动装置（4）产生的机械振动的振动频率和振动幅度以及接收所述性能参数采集装置（5）采集到的实际性能参数，以判断所述待测试螺栓（3）的振动性能。

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