CN107505124A - 一种精确控制横向载荷松脱试验机 - Google Patents

一种精确控制横向载荷松脱试验机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种精确控制横向载荷松脱试验机，属于机械试验设备技术领域。该精确控制横向载荷松脱试验机通过电机控制产生的横向位移，通过控制电机来控制产生的横向载荷，通过传感器反馈的信号反馈控制电机可以让产生的横向载荷保持在一个固定值的很小范围内基本保持稳定。区别于此前存在的横向载荷松脱试验机只能提供一个固定的横向位移载荷，本发明可以提供想要的稳定的横向位移载荷，而且可以提供出想要的稳定的横向力载荷，以适应对于不同螺栓受载情况模拟实验。

Description

一种精确控制横向载荷松脱试验机
技术领域
本发明属于机械试验设备技术领域，涉及一种精确控制横向载荷松脱试验机。
背景技术
横向载荷松脱试验机可以用来研究螺栓在承受横向交变载荷的情况下松脱的情况，现在使用的横向载荷松脱试验机分为以下几种
1.是Junker式松脱试验方法
如GB/T 10431-2008。Junker式松脱试验机主要是通过对加预紧力的紧固件施加交变的横向载荷使之产生横向移动。这种横向移动使螺栓螺母之间相对摇摆，从而导致更大的螺纹接触面微观滑移，使紧固件迅速出现松转。它比以往任何一种试验法都能更快地使紧固件松转。
2.电-液伺服控制式振动法
试验时将被试紧固件拧紧在装夹台架上，并产生规定的预紧力，通过伺服液压缸使被夹紧的两金属板之间产生交变横向位移，导致夹紧力减少，甚至丧失。连续记录夹紧力的瞬时，通过对比判断紧固件的防松性能。
3.NAS振动试验法
将试件拧紧在试验套筒内，并在零件和套筒上做出位置标记，然后将套筒置于振动试验台上作往复运动。开机后，套筒在导槽内往复冲击导槽的两端，产生较大的冲击力，致使试件松动。在试验过程中定时停机记录试件位置变化，并据此判定试件的防松性能。
以上方法对于某些实际工作状态是可行的，即一些螺栓主要起限位作用的时候，螺栓横向只在一个固定的位移内交变运动。但是对于一些螺栓用来横向受载的情况下，即螺栓横向承受一个固定大小的力的情况，却不适用。
螺栓在工作中受的横向载荷力F不改变时，但是随着螺栓的松脱，横向载荷力F产生的横向位移的大小一直是在改变的，而琼克松脱试验机，是对螺栓施加一个横向的位移载荷A不改变，但是随着螺栓的松脱，横向的位移载荷A产生的横向载荷是一直在改变的，这两种工作状态是相反的，所以也是不准确的。应该让试验机能够保证一个固定的横向载荷力，这样才能更好地模拟出工作中的单螺栓松脱情况，目前在螺栓横向载荷松脱试验机方面尚无相关专利，基于这一考虑对试验机进行了优化。
发明内容
本发明为了解决上述问题，发明了种精确控制横向载荷松脱试验机。机构运动简图如图，通过改变x的长度就可以得到不同的水平位移幅值y，关系式为：
本发明的技术方案：
一种精确控制横向载荷松脱试验机，包括载荷传递部分和载荷控制部分；
所述的载荷传递部分包括框架结构件1、位移传感器支撑架2、电涡流位移传感器3、连接板4、销5、限位板6、第一支撑架7-1、第二支撑架7-2、S型柱式位移传感器8、弹性杆9、第一直线轴承10-1、第二直线轴承10-2、T槽导轨22、短头螺纹杆23、长头螺纹杆24、基台26、可旋杆27、圆垫28、垫片式压力传感器29、套筒30和试件螺栓31；两支撑架和框架结构件1均固定在基台26上，两支撑架同轴并间隔一定距离，框架结构件1位于两支撑架的一侧；T槽导轨22穿过第一直线轴承10-1，第一直线轴承10-1固定在第一支撑架7-1上，T槽导轨22与弹性杆9的一端榫接；弹性杆9的另一端与短头螺纹杆23榫接，短头螺纹杆23与S型柱式位移传感器8的一端螺纹配合；S型柱式位移传感器8的另一端与长头螺纹杆24螺纹配合，长头螺纹杆24穿过第二直线轴承10-2，第二直线轴承10-2固定在第二支撑架7-2上；长头螺纹杆24与可旋杆27榫接，可旋杆27置于连接板4的U型槽内，通过限位板6进行限位，连接板4置于框架结构件1的上阶梯；位移传感器支撑架2固定在框架结构件1的下阶梯，电涡流位移传感器3固定在位移传感器支撑架2上；所述的框架结构件1的平面为阶梯式；
连接板4上设有通孔，圆垫28与通孔过盈连接；框架结构件1的平面上设有阶梯孔，阶梯孔与通孔同轴，垫片式压力传感器29置于阶梯孔内，套筒30穿过垫片式压力传感器29，试件螺栓31依次穿过阶梯孔与通孔，并固定；
载荷控制部分包括载荷产生电机11、偏心联轴器12、双支架13、滑块14、导轨15、丝杆16、载荷控制电机17、滑台18、受力架19、摇杆20和轴21；受力架19由横向支架、纵向支架和基座组成，受力架19通过基座固定在基台26上；丝杆16的一端穿过横向支架，并连接载荷控制电机17，载荷控制电机17固定在纵向支架上，丝杆16的另一端固定在基座上；滑台18与丝杆16的滚珠丝杆结构连接在一起；两导轨15固定在纵向支架上，两个滑块14套在导轨15上；双支架13由两侧板和一底板组成，底板固定在两个滑块14及滑台18上；轴21穿过双支架13的两侧板，并固定；摇杆20的一端为圆套结构，另一端设有槽口和T型凸台，摇杆20的通孔穿过轴21，位于两侧板间；载荷产生电机11固定在基台26上，偏心联轴器12一端与载荷产生电机11的输出轴相连，偏心联轴器12的另一端限制于摇杆20的槽口中；摇杆20的T型凸台与T槽导轨22配合。
一种精确控制横向载荷松脱试验机试验方法，步骤如下：
1、保证横向位移载荷
由公式可知，一个固定的x值对应唯一一个y值，通过载荷控制电机17转动，驱动丝杆16带动滑台18上下移动，滑台的上下移动使双支架13上的轴21上下移动，即摇杆20的末端产生位移，x的值改变，所产生的横向位移最大幅值随之改变。摇杆20末端的每一个位置代表着一个横向位移最大幅值，通过控制载荷控制电机17即可获得想要的横向位移。
2、保证横向力载荷
在试验机提供出一个横向位移幅值的时候，会同时产生一个横向力载荷，随着松脱的发生，此固定横向位移所能产生的横向力载荷会逐渐减小，此时如果想要保持一个固定的横向力载荷大小不变，就必须要逐步增大所产生的横向位移幅值，此时只要控制载荷控制电机使产生的横向位移载荷增大一些，直到S型柱式拉力传感器测得的力达到预定的
3、将圆垫28加工出直径相同厚度不同的一系列尺寸，将不同厚度的圆垫放在连接板4里面，则可以针对不同厚度的连接板做实验。
本发明的有益效果：本发明旨在提出一种试验机结构能够精确控制载荷大小，该设计用一个电机控制产生的横向位移，通过控制电机来控制产生的横向载荷，通过传感器反馈的信号反馈控制电机可以让产生的横向载荷保持在一个固定值的很小范围内基本保持稳定。区别于此前存在的横向载荷松脱试验机只能提供一个固定的横向位移载荷，本发明可以提供想要的稳定的横向位移载荷，而且可以提供出想要的稳定的横向力载荷，以适应对于不同螺栓受载情况模拟实验。
附图说明
图1为机构运动简图。
图2为整个试验台的正三轴测图。
图3为夹具部分俯视图。
图4为夹具结构。
图中：1框架结构件；2位移传感器支撑架；3电涡流位移传感器；4连接板；5销；6限位板；7-1第一支撑架；7-2第二支撑架；8S型柱式位移传感器；9弹性杆；10-1第一直线轴承；10-2第二直线轴承；11载荷产生电机；12偏心联轴器；13双支架；14滑块；15导轨；16丝杆；17载荷控制电机；18滑台；19受力架；20摇杆；21轴；22T槽导轨；23短头螺纹杆；24长头螺纹杆；25T型螺栓；26基台；27可旋杆；28圆垫；29垫片式压力传感器；30套筒；31试件螺栓。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
载荷产生电机11转动，电机轴连接偏心联轴器12，通过摇杆21将位移传递到T槽导轨上，形成一个横向位移，通过弹性杆9，起到一个缓冲作用，由S型柱式压力传感器8将所产生的轴向力测量记录下来，于是横向载荷拉动连接板，当这个横向的力载荷传递到试件螺栓连接的时候，由电涡流位移传感器3将此横向力载荷所产生的横向位移载荷测量记录下来，同时垫片式压力传感器将螺栓轴向预紧力测量记录下来。
通过S型柱式压力传感器8采集到的力数值，反馈到载荷控制电机17的控制系统里面，载荷控制电机17驱动丝杆16带动滑台18往下移动，滑台的往下移动使双支架13上的轴21往下移动，即摇杆20的末端产生向下的位移，x减小的值改变，所产生的横向位移最大幅值随之增大，于是产生的横向力载荷也随之增大，通过多次逐渐地调整，最终会使横向的力载荷恢复到预期值。
安装载荷传递部分的结构，首先将第一支撑架7-1用T型螺栓25固定在基台26上，再将第一直线轴承10-1穿过第一支撑架7-1固定住，并将将T槽导轨22穿过第一直线轴承10-1。然后将弹性杆9扣在T槽导轨22一端。再将S型柱式位移传感器8两端分别拧上短头螺纹杆23和长头螺纹杆24备用。再把第二直线轴承10-2穿过第二支撑架7-2固定住，作为右边的支撑，接着把带有短头螺纹杆23和长头螺纹杆24的S型柱式位移传感器8的长端穿过用来做右边支撑的第二直线轴承10-2里面。再把整体扣在弹性杆9的另一端，同时用T型螺栓25把第二支撑架7固定在基台26上。
然后，把框架结构件1用T型螺栓25安放在基台26上，先不拧紧。再将电涡流位移传感器3穿过位移传感器支撑架2，拧紧固定。再把位移传感器支撑架2固定在框架结构件1上面，接着把连接板4放在框架结构件1上面，接着把可旋杆27放在连接板4的U型槽里面，然后扣上长头螺纹杆24，最后放入限位板6，插入两个销5。最后拧紧T型螺栓25，把框架结构件1固定在基台26上，完成横向位移载荷部分的装配。
安装载荷控制部分结构。首先把受力架19用T型螺栓25安放在基台26上，先不拧紧。然后把导轨15安装在受力架19上面，把两个滑块14套进导轨15上，接着固定上双支架13，穿入轴21和摇杆20，卡上卡簧。随后将滑台18穿入丝杆16，再把丝杆16也固定在受力架19上面，接着把滑台18跟双支架13连接在一起。把载荷控制电机17安装在丝杆16上。最后将摇杆20套在T槽导轨22上面，拧紧T型螺栓25，把受力架19固定在基台26上。把偏心联轴器12套在载荷产生电机11轴上，然后将偏心联轴器12套进摇杆20里面，拧紧载荷产生电机11固定在基台26上，完成装配。
试验方法：
1、保证横向位移载荷
由公式可知，一个固定的x值对应唯一一个y值，通过载荷控制电机17转动，驱动丝杆16带动滑台18上下移动，x值的改变，滑台的上下移动使双支架13上的轴21上下移动，即摇杆20的末端产生位移，从而实现y值的改变，即所产生的横向位移最大幅值随之改变。摇杆20末端的每一个位置代表着一个横向位移最大幅值，通过控制载荷控制电机17即可获得想要的横向位移。
2、保证横向力载荷
在试验机提供出一个横向位移幅值的时候，会同时产生一个横向力载荷，随着松脱的发生，此固定横向位移所能产生的横向力载荷会逐渐减小，此时如果想要保持一个固定的横向力载荷大小不变，就必须要逐步增大所产生的横向位移幅值。
3、将圆垫28加工出直径相同厚度不同的一系列尺寸，将不同厚度的圆垫放在连接板4里面，则可以针对不同厚度的连接板做实验。

Claims (1)

1.一种精确控制横向载荷松脱试验机，其特征在于，所述的精确控制横向载荷松脱试验机包括载荷传递部分和载荷控制部分；
所述的载荷传递部分包括框架结构件(1)、位移传感器支撑架(2)、电涡流位移传感器(3)、连接板(4)、销(5)、限位板(6)、第一支撑架(7-1)、第二支撑架(7-2)、S型柱式位移传感器(8)、弹性杆(9)、第一直线轴承(10-1)、第二直线轴承(10-2)、T槽导轨(22)、短头螺纹杆(23)、长头螺纹杆(24)、基台(26)、可旋杆(27)、圆垫(28)、垫片式压力传感器(29)、套筒(30)和试件螺栓(31)；两支撑架和框架结构件(1)均固定在基台(26)上，两支撑架同轴并间隔一定距离，框架结构件(1)位于两支撑架的一侧；T槽导轨(22)穿过第一直线轴承(10-1)，第一直线轴承(10-1)固定在第一支撑架(7-1)上，T槽导轨(22)与弹性杆(9)的一端榫接；弹性杆(9)的另一端与短头螺纹杆(23)榫接，短头螺纹杆(23)与S型柱式位移传感器(8)的一端螺纹配合；S型柱式位移传感器(8)的另一端与长头螺纹杆(24)螺纹配合，长头螺纹杆(24)穿过第二直线轴承(10-2)，第二直线轴承(10-2)固定在第二支撑架(7-2)上；长头螺纹杆(24)与可旋杆(27)榫接，可旋杆(27)置于连接板(4)的U型槽内，通过限位板(6)进行限位，连接板(4)置于框架结构件(1)的上阶梯；位移传感器支撑架(2)固定在框架结构件(1)的下阶梯，电涡流位移传感器(3)固定在位移传感器支撑架(2)上；所述的框架结构件(1)的平面为阶梯式；
连接板(4)上设有通孔，圆垫(28)与通孔过盈连接；框架结构件(1)的平面上设有阶梯孔，阶梯孔与通孔同轴，垫片式压力传感器(29)置于阶梯孔内，套筒(30)穿过垫片式压力传感器(29)，试件螺栓(31)依次穿过阶梯孔与通孔，并固定；
载荷控制部分包括载荷产生电机(11)、偏心联轴器(12)、双支架(13)、滑块(14)、导轨(15)、丝杆(16)、载荷控制电机(17)、滑台(18)、受力架(19)、摇杆(20)和轴(21)；受力架(19)由横向支架、纵向支架和基座组成，受力架(19)通过基座固定在基台(26)上；丝杆(16)的一端穿过横向支架，并连接载荷控制电机(17)，载荷控制电机(17)固定在纵向支架上，丝杆(16)的另一端固定在基座上；滑台(18)与丝杆(16)的滚珠丝杆结构连接在一起；两导轨(15)固定在纵向支架上，两个滑块(14)套在导轨(15)上；双支架(13)由两侧板和一底板组成，底板固定在两个滑块(14)及滑台(18)上；轴(21)穿过双支架(13)的两侧板，并固定；摇杆(20)的一端为圆套结构，另一端设有槽口和T型凸台，摇杆(20)的通孔穿过轴(21)，位于两侧板间；载荷产生电机(11)固定在基台(26)上，偏心联轴器(12)一端与载荷产生电机(11)的输出轴相连，偏心联轴器(12)的另一端限制于摇杆(20)的槽口中；摇杆(20)的T型凸台与T槽导轨(22)配合。
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