CN107543689A - 一种切向交变载荷下测定双螺栓松弛试验装置 - Google Patents

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蔡力钢
张明洋
刘志峰
李迎
吕华峰
徐文祥
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Abstract

本发明公开了一种切向交变载荷下测定双螺栓松弛试验装置，属于机械工程与力学领域。该种装置结构简单，造价低廉，不仅能通过测定双螺栓轴向紧固力的衰减来反应螺栓松弛，而且还考虑了两螺栓的交互作用和结合面切向位移变化对螺栓松弛的影响，提高了测定双螺栓切向松弛的测试精度和数据准确性，具有较高的灵敏度和较快的响应速度。包括上连接件、预埋式应变计螺栓、电涡流传感器、下连接件。采用精度更高的预埋式应变计螺栓，能够实时输出数据和保存，同时结合拉伸试验机的高精度加载和频率控制，这些都保证数据的精确性。对于后续分析提了大量的、精确的数据基础，提高了测量的精度。该装置是在拧紧和加载过程中通过两螺栓的预紧力变化和松弛曲线的不同来反映两螺栓的交互作用。

Description

一种切向交变载荷下测定双螺栓松弛试验装置
技术领域
本发明涉及一种切向交变载荷下测定双螺栓松弛试验装置，属于机械工程与力学领域。
背景技术
螺栓连接广泛用于机械结构中，它具有结构简单、连接可靠、拆卸方便等优点，且作为重要的连接部件，螺栓的性能对结构的可靠性和安全性至关重要。由于这些结构在长期的使用过程中,使具有一定螺栓预紧力的紧固件在交变外力作用下，其预紧力下降而导致螺栓连接件发生松弛，而螺栓紧固件的松动会导致机器设备发生故障，降低设备的使用寿命和可靠性，甚至会发生安全事故，严重威胁人身及财产安全。因此，需要通过实验找出螺栓连接件松弛与载荷、接合面、材料的关系，为螺栓连接结构的设计、制造、使用提供可靠的实验依据
目前在轴向交变载荷下的螺栓连接结构的松弛实验装置较多，能够很好的进行单螺栓连接件或螺栓组连接件松弛实验。然而对于切向交变载荷下的螺栓结构件的松弛试验装置较少，需要专门设计传动系统、夹具系统和测量系统，其结构复杂，价格昂贵，且大多数只能对单螺栓进行试验，而且大多数采用在上下夹具之间放置垫圈式压力传感器，并将其与试验机数据采集系统相连接，从而实时监测螺栓夹紧力的变化，测量螺栓紧固力的松弛。然而在实验过程中预紧力会对压力传感器有挤压，干扰性较大，会破坏压力传感器，造成实验数据的波动，灵敏度不高，并且很少考虑螺栓的交互作用和结合面间切向相对位移变化对螺栓松弛的影响。但在实际应用中，大多数机器的螺纹连接都是成对存在的，很少单个使用。
基于以上所述，为了解决以上问题且更加系统的研究螺栓松弛的规律，鉴于目前双螺栓松弛研究精度不高且很少考虑两螺栓的交互作用和结合面切向位移变化对螺栓松弛的影响，因此需要结构简单、测量数据更加精确和测量精度较高的装置。
发明内容
发明的目的是提供一种切向交变载荷下测定双螺栓松弛试验装置。如图1，该种装置结构简单，造价低廉，不仅能通过测定双螺栓轴向紧固力的衰减来反应螺栓松弛，而且还考虑了两螺栓的交互作用和结合面切向位移变化对螺栓松弛的影响考，提高了测定双螺栓切向松弛的测试精度和数据准确性，具有较高的灵敏度和较快的响应速度。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种切向交变载荷下测定双螺栓松弛试验装置，包括上连接件1、预埋式应变计螺栓2、电涡流传感器3、下连接件4。上连接件上端1.1设置在上连接件1的中间，上连接件下端设置在上连接件1的边部，上连接件上端1.1和上连接件下端错开布置；上连接件上端1.1与拉伸试验机上夹头连接，上连接件下端上开有用于穿过实验双螺栓的上板通孔1.2；下连接件4与上连接件1的结构相同；电涡流传感器3安装在上连接件1上，下连接件4上设有固定小平面以获得结合面的切向位移。下连接件上端4.1与拉伸试验机下夹头端连接，下连接件下端在与上连接件下端相对位置处开有穿过预埋式应变计螺栓2的下板通孔4.2。上板通孔1.2与下板通孔4.2的数量为两个。
首先将两个预埋式应变计螺栓2分别穿过两个位置相对应的下板通孔4.2和上板通孔1.2，随后通过扭力扳手对螺栓连接件施加初始预紧力矩拧紧预埋式应变计螺栓2，重复多次试验，通过预埋式应变计螺栓2记录计算机显示的预紧力。同时将电涡流传感器3安装在上连接件1上，下连接件4有固定小平面用来获得结合面的切向相对位移变化信号。再将下连接件上端4.1与拉伸试验机下接头连接，上连接件上端1.1与拉伸试验机的上夹头连接，并对上连接件1施加特定的频率、波形和一定幅值的交变载荷进行循环载荷下的拉伸试验，重复多次试验，通过预埋式应变计螺栓2测量螺栓松弛特性即夹紧力随时间的衰减曲线，同时使电涡流传感器3测得的位移数据发送到计算机，经过后期的数据处理获得两个预埋式应变计螺栓2在切向循环载荷下螺栓预紧力松弛曲线和循环载荷下结合面切线位移对螺栓松弛的关系，且通过在拧紧和加载过程中两个预埋式应变计螺栓2的预紧力变化和松弛曲线的不同来反映预埋式应变计螺栓2的交互作用。
有益效果
1)设计了一种结构简单、精度更高的切向交变载荷下测量双螺栓松弛试验装置，符合刚度需求，在能够获得实验数据和预期结果的同时没有改动螺栓结构，主要构成部件只有连接件和螺栓螺母。
2)采用精度更高的预埋式应变计螺栓，能够实时输出数据和保存，同时结合拉伸试验机的高精度加载和频率控制，这些都保证数据的精确性。对于后续分析提了大量的、精确的数据基础，提高了测量的精度。
3)该装置是在拧紧和加载过程中通过两螺栓的预紧力变化和松弛曲线的不同来反映两螺栓的交互作用。
4)说明了在切向循环载荷下结合面切向位移的变化和松弛之间的关系，表明了夹紧力的衰减和位移之间的关系。
附图说明
图1是切向双螺栓松弛测定试验装置时的装配图。
图2是切向双松弛测定装置时的装配剖面示意图。
具体实施方式
图1-2中一种切向交变载荷下测定双螺栓松弛试验装置，包括上连接件1、预埋式应变计螺栓2、电涡流传感器3、下连接件4。上连接件上端1.1设置在上连接件1的中间，上连接件下端设置在上连接件1的边部，上连接件上端1.1和上连接件下端错开布置；上连接件上端1.1与拉伸试验机上夹头连接，上连接件下端上开有用于穿过实验双螺栓的上板通孔1.2；下连接件4与上连接件1的结构相同；电涡流传感器3安装在上连接件1上，下连接件4上设有固定小平面以获得结合面的切向位移。下连接件上端4.1与拉伸试验机下夹头端连接，下连接件下端在与上连接件下端相对位置处开有穿过预埋式应变计螺栓2的下板通孔4.2。上板通孔1.2与下板通孔4.2的数量为两个。
首先将两个预埋式应变计螺栓2分别穿过两个位置相对应的下板通孔4.2和上板通孔1.2，随后通过扭力扳手对螺栓连接件施加初始预紧力矩拧紧预埋式应变计螺栓2，重复多次试验，通过预埋式应变计螺栓2记录计算机显示的预紧力。同时将电涡流传感器3安装在上连接件1上，下连接件4有固定小平面用来获得结合面的切向相对位移变化信号。再将下连接件上端4.1与拉伸试验机下接头连接，上连接件上端1.1与拉伸试验机的上夹头连接，并对上连接件1施加特定的频率、波形和一定幅值的交变载荷进行循环载荷下的拉伸试验，重复多次试验，通过预埋式应变计螺栓2测量螺栓松弛特性即夹紧力随时间的衰减曲线，同时使电涡流传感器3测得的位移数据发送到计算机，经过后期的数据处理获得两个预埋式应变计螺栓2在切向循环载荷下螺栓预紧力松弛曲线和循环载荷下结合面切线位移对螺栓松弛的关系，且通过在拧紧和加载过程中两个预埋式应变计螺栓2的预紧力变化和松弛曲线的不同来反映预埋式应变计螺栓2的交互作用。

Claims (2)

1.一种切向交变载荷下测定双螺栓松弛试验装置，其特征在于：该装置包括上连接件(1)、预埋式应变计螺栓(2)、电涡流传感器(3)、下连接件(4)；上连接件上端(1.1)设置在上连接件(1)的中间，上连接件下端设置在上连接件(1)的边部，上连接件上端(1.1)和上连接件下端错开布置；上连接件上端(1.1)与拉伸试验机上夹头连接，上连接件下端上开有用于穿过实验双螺栓的上板通孔(1.2)；下连接件(4)与上连接件(1)的结构相同；电涡流传感器(3)安装在上连接件(1)上，下连接件(4)上设有固定小平面以获得结合面的切向位移；下连接件上端(4.1)与拉伸试验机下夹头端连接，下连接件下端在与上连接件下端相对位置处开有穿过预埋式应变计螺栓(2)的下板通孔(4.2)；上板通孔(1.2)与下板通孔(4.2)的数量为两个。
2.根据权利要求1所述的一种切向交变载荷下测定双螺栓松弛试验装置，其特征在于：首先将两个预埋式应变计螺栓(2)分别穿过两个位置相对应的下板通孔(4.2)和上板通孔(1.2)，随后通过扭力扳手对螺栓连接件施加初始预紧力矩拧紧预埋式应变计螺栓(2)，重复多次试验，通过预埋式应变计螺栓(2)记录计算机显示的预紧力；同时将电涡流传感器(3)安装在上连接件(1)上，下连接件(4)有固定小平面用来获得结合面的切向相对位移变化信号；再将下连接件上端(4.1)与拉伸试验机下接头连接，上连接件上端(1.1)与拉伸试验机的上夹头连接，并对上连接件(1)施加特定的频率、波形和一定幅值的交变载荷进行循环载荷下的拉伸试验，重复多次试验，通过预埋式应变计螺栓(2)测量螺栓松弛特性即夹紧力随时间的衰减曲线，同时使电涡流传感器(3)测得的位移数据发送到计算机，经过后期的数据处理获得两个预埋式应变计螺栓(2)在切向循环载荷下螺栓预紧力松弛曲线和循环载荷下结合面切线位移对螺栓松弛的关系，且通过在拧紧和加载过程中两个预埋式应变计螺栓(2)的预紧力变化和松弛曲线的不同来反映预埋式应变计螺栓(2)的交互作用。
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