CN107609293B - 产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法，包括以下步骤：基于一产品，确定所述产品上待判断紧固件所承受的产品重量；对产品进行随机振动力学仿真，根据仿真获得产品上待判断紧固件处的响应加速度；根据所述待判断紧固件所承受的产品重量及所述响应加速度，计算所述待判断紧固件在随机振动下相应位置处的振动力；确定所述待判断紧固件在所述产品中的预紧力，确定所述待判断紧固件在工作条件下的静摩擦系数，根据所述静摩擦系数和所述预紧力计算该待判断紧固件拧紧时承受的静摩擦力；进行判断，当所述振动力大于等于所述静摩擦力时，判定紧固件松脱。实现无需上振动台就能判断产品紧固件是否会松脱。
Description
技术领域
本发明涉及电子产品环境试验技术领域，尤其涉及的是一种产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法。
背景技术
在产品设计过程中，计算机仿真一直是不可或缺的工具，它在节约研发经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用。随着计算机技术的发展，在产品的设计过程中通过计算机软件对不同设计方案进行仿真分析的需求越来越大。
目前通过对电子产品的力学仿真，可获得产品各点随机振动产生的应力、响应加速度和位移，但是无法判断产品或内部结构在振动中的实际安装状态，螺钉松脱情况一般在随机振动试验台上做试验时才会发现，而螺钉松脱可能导致产品的器件结构破坏或者电气信号超差，使产品的安全性受到威胁。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法，实现无需上振动台就能判断产品紧固件是否会松脱。
为解决上述问题，本发明提出一种产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法，包括以下步骤：
S1：基于一产品，确定所述产品上待判断紧固件所承受的产品重量；
S2：对产品进行随机振动力学仿真，根据仿真获得产品上待判断紧固件处的响应加速度；
S3：根据所述待判断紧固件所承受的产品重量及所述响应加速度，计算所述待判断紧固件在随机振动下相应位置处的振动力；
S4：确定所述待判断紧固件在所述产品中的预紧力，确定所述待判断紧固件在工作条件下的静摩擦系数，根据所述静摩擦系数和所述预紧力计算该待判断紧固件拧紧时承受的静摩擦力；
S5：进行判断，当所述振动力大于等于所述静摩擦力时，判定紧固件松脱。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S3中，根据随机振动的3σ原理，计算所述待判断紧固件在随机振动下相应位置处的振动力F，公式如下：
F＝3ma (1)
其中，m为所述待判断紧固件所承受的产品重量；a为所述待判断紧固件处的响应加速度。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S1中，根据产品的质量分布情况及紧固件在产品上的安装分布情况，评估所述产品上待判断紧固件所承受的产品重量。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S4中，确定所述待判断紧固件在所述产品中的预紧力包括：根据所述待判断紧固件的性能等级、规格，查获该待判断紧固件的预紧力矩Mt，计算出预紧力Fs，公式如下：
其中，
R＝0.475S
Mt，拧紧力矩；
Fs，预紧力；
R，紧固件支撑面的外圆半径，
r，紧固件支撑面的内圆半径；
d2，紧固件中径；
λ，紧固件升角；
ρ，紧固件连接副的当量摩擦角；
tan ρ，相应的当量摩擦系数；
P，紧固件螺距；
μ1，螺母与垫圈间的摩擦系数；
μ2，紧固件连接副的摩擦系数；
β，紧固件的牙型半角；
S，螺母的对边宽度；
D，螺母的公称直径。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S4中，根据所述静摩擦系数和所述预紧力计算该待判断紧固件拧紧时承受的静摩擦力，公式如下：
fs＝μs·Fs (3)
其中，μs为静摩擦系数，Fs为预紧力。
根据本发明的一个实施例，所述静摩擦系数为所述待判断紧固件在工作条件下的经验值或试验值。
根据本发明的一个实施例，所述产品为宇航电子设备。
根据本发明的一个实施例，所述宇航电子设备为层叠式结构。
根据本发明的一个实施例，所述产品上的紧固件安装分布为均匀分布或不均匀分布。
根据本发明的一个实施例，紧固件为螺钉。
采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：
依据随机振动力学仿真结果，通过计算即可判断产品螺钉是否松动、甚至脱落或有松脱危险，避免了产品需要在随机振动试验台上做试验时才发现螺钉松脱，导致产品的器件结构破坏或者电气信号超差，使产品的安全性受到威胁等的问题；缩短了产品研发周期，节约了产品研发经费。
附图说明
图1为本发明一实施例的产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法的流程示意图；
图2为本发明另一实施例的产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法的流程示意图；
图3为本发明另一实施例的产品的紧固件连接结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
参看图1，在一个实施例中，产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法，包括以下步骤：
S1：基于一产品，确定所述产品上待判断紧固件所承受的产品重量；
S2：对产品进行随机振动力学仿真，根据仿真获得产品上待判断紧固件处的响应加速度；
S3：根据所述待判断紧固件所承受的产品重量及所述响应加速度，计算所述待判断紧固件在随机振动下相应位置处的振动力；
S4：确定所述待判断紧固件在所述产品中的预紧力，确定所述待判断紧固件在工作条件下的静摩擦系数，根据所述静摩擦系数和所述预紧力计算该待判断紧固件拧紧时承受的静摩擦力；
S5：进行判断，当所述振动力大于等于所述静摩擦力时，判定紧固件松脱。
参看图1和图2，下面对本发明实施例的产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法进行更详细的描述，但不以此为限。
本发明实施例中的产品上，安装有至少四个紧固件，可以针对其中的一个紧固件是否松脱通过本发明实施例方法进行判断，通过重复执行可以将产品上的全部紧固件是否松脱均进行判断。紧固件优选为螺钉，当然不限于此，也可以是其他的紧固件。在一产品中，可以将螺钉作为连接结构，也可以同时将其他紧固件等作为连接结构，可以针对其中的一螺钉作为待判断紧固件执行本发明实施例方法，也可以针对其他的紧固件。由于松动之后极易脱落，因而也即为紧固件是否松脱的判定。
在步骤S1中，基于一产品，确定产品上待判断紧固件所承受的产品重量。由于产品的重量及其分布有所不同，且产品上的紧固件数量及分布位置不同，因而需要先确定待判断紧固件所承受的产品重量。
优选的，步骤S1中，根据产品的质量分布情况及紧固件在产品上的安装分布情况，评估产品上待判断紧固件所承受的产品重量。已知产品的总质量及质量的分布，和紧固件的数量及在产品上的位置分布，便可以根据几何分布关系，确定各个位置的紧固件所承受的产品质量。例如，在产品上均匀分布4个紧固件，则每个紧固件所承受的产品质量为产品总质量的1/4。
接着执行步骤S2，对产品进行随机振动力学仿真，根据仿真获得产品上待判断紧固件处的响应加速度。本发明实施例的仿真可以是现有的力学仿真，例如从仿真产品的各点随机振动产生的应力、响应加速度和位移中，获取待判断紧固件处的响应加速度。响应加速度是指，对产品的仿真模型进行随机振动模拟时，基于输入的参数而产生的加速度响应值。
接着执行步骤S3，根据待判断紧固件所承受的产品重量及响应加速度，计算待判断紧固件在随机振动下相应位置处的振动力。
具体的，步骤S3中，根据随机振动的3σ原理，计算所述待判断紧固件在随机振动下相应位置处的振动力F，公式如下：
F＝3ma (1)
其中，m为所述待判断紧固件所承受的产品重量，单位kg；a为所述待判断紧固件处的响应加速度，单位m/s2。
接着执行步骤S4，确定所述待判断紧固件在所述产品中的预紧力，确定所述待判断紧固件在工作条件下的静摩擦系数，根据所述静摩擦系数和所述预紧力计算该待判断紧固件拧紧时承受的静摩擦力。
参看图3，紧固件为螺钉1，与螺母4配合将第一被连接件2和第二被连接件连接3固定，螺钉1与第一被连接件2之间设置弹簧垫圈5和平垫圈6，螺母4与第二被连接件3之间设置弹簧垫圈5和平垫圈6。通过力矩扳手进行拧紧螺钉。
具体的，步骤S4中，确定所述待判断紧固件在所述产品中的预紧力包括：根据所述待判断紧固件的性能等级、规格，查获该待判断紧固件的预紧力矩Mt，计算出预紧力Fs，公式如下：
其中，
R＝0.475S
Mt为拧紧力矩，N·m；
Fs，预紧力，N，待计算；
R，紧固件支撑面的外圆半径，
r，紧固件支撑面的内圆半径；
d2，紧固件中径；
λ，紧固件升角；
ρ，紧固件连接副的当量摩擦角；
tanρ，相应的当量摩擦系数；
P，紧固件螺距；
μ1，螺母与垫圈间的摩擦系数；
μ2，紧固件连接副的摩擦系数；
β，紧固件的牙型半角；
S，螺母的对边宽度；
D，螺母的公称直径。
在图3中，紧固件的支撑面是指上面的第一垫圈5，螺母4与垫圈间的摩擦系数中的垫圈是指下面的第二垫圈6，紧固件连接副是指螺钉1与螺母4的拧紧连接关系。
待判断紧固件的性能等级可以为质量等级，紧固件的规格可以为公称直径。例如，《航天紧固件实用手册》234-235页，表9.2-2螺栓的预紧力和预紧力矩(参考值)可作为查询依据。
优选的，步骤S4中，根据所述静摩擦系数和所述预紧力计算该待判断紧固件拧紧时承受的静摩擦力，公式如下：
fs＝μs·Fs (3)
其中，μs为静摩擦系数，Fs为预紧力。
优选的，静摩擦系数为所述待判断紧固件在产品的工作条件下的经验值或试验值，根据试验或经验确定。
在一个实施例中，产品为宇航电子设备，也就是航天电子设备，例如宇航单机。优选的，宇航电子设备为层叠式结构，结构形式较为简单，产品的质量分布及螺钉分布均较容易确定。
产品上的螺钉安装分布可以为均匀分布或不均匀分布。优选来说，产品上的螺钉安装分布可以为均匀对称分布，便于评估产品上待判断紧固件所承受的产品重量，使得振动力的计算误差更小。
本发明实施例由于采用以上方法，使之具有以下优点和积极效果：依据随机振动力学仿真结果，通过计算即可判断产品螺钉是否松动、甚至脱落危险，避免了产品需要在随机振动试验台上做试验时才发现螺钉松脱，导致产品的器件结构破坏或者电气信号超差，使产品的安全性受到威胁等的问题；缩短了产品研发周期，节约了产品研发经费。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：基于一产品，确定所述产品上待判断紧固件所承受的产品重量；
S2：对产品进行随机振动力学仿真，根据仿真获得产品上待判断紧固件处的响应加速度；
S3：根据所述待判断紧固件所承受的产品重量及所述响应加速度，计算所述待判断紧固件在随机振动下相应位置处的振动力；
S4：确定所述待判断紧固件在所述产品中的预紧力，确定所述待判断紧固件在工作条件下的静摩擦系数，根据所述静摩擦系数和所述预紧力计算该待判断紧固件拧紧时承受的静摩擦力；
S5：进行判断，当所述振动力大于等于所述静摩擦力时，判定紧固件松脱。
2.如权利要求1所述的产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法，其特征在于，所述步骤S3中，根据随机振动的3σ原理，计算所述待判断紧固件在随机振动下相应位置处的振动力F，公式如下：
F＝3ma (1)
其中，m为所述待判断紧固件所承受的产品重量；a为所述待判断紧固件处的响应加速度。
3.如权利要求1或2所述的产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法，其特征在于，所述步骤S1中，根据产品的质量分布情况及紧固件在产品上的安装分布情况，评估所述产品上待判断紧固件所承受的产品重量。
4.如权利要求1所述的产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法，其特征在于，所述步骤S4中，确定所述待判断紧固件在所述产品中的预紧力包括：根据所述待判断紧固件的性能等级、规格，查获该待判断紧固件的预紧力矩Mt，计算出预紧力Fs，公式如下：
其中，
R＝0.475S，
Mt，拧紧力矩；
Fs，预紧力；
R，紧固件支撑面的外圆半径，
r，紧固件支撑面的内圆半径；
d2，紧固件中径；
λ，紧固件升角；
ρ，紧固件连接副的当量摩擦角；
tanρ，相应的当量摩擦系数；
P，紧固件螺距；
μ1，螺母与垫圈间的摩擦系数；
μ2，紧固件连接副的摩擦系数；
β，紧固件的牙型半角；
S，螺母的对边宽度；
D，螺母的公称直径。
5.如权利要求1或4所述的产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据所述静摩擦系数和所述预紧力计算该待判断紧固件拧紧时承受的静摩擦力，公式如下：
fs＝μs·Fs (3)
其中，μs为静摩擦系数，Fs为预紧力。
6.如权利要求5所述的产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法，其特征在于，所述静摩擦系数为所述待判断紧固件在工作条件下的经验值或试验值。
7.如权利要求1所述的产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法，其特征在于，所述产品为宇航电子设备。
8.如权利要求7所述的产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法，其特征在于，所述宇航电子设备为层叠式结构。
9.如权利要求1或7或8所述的产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法，其特征在于，所述产品上的紧固件安装分布为均匀分布或不均匀分布。
10.如权利要求1所述的产品在随机振动中紧固件松脱的判断方法，其特征在于，紧固件为螺钉。
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