CN109855828A - 一种螺栓组连接振动可靠性实验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种螺栓组连接振动可靠性实验装置及测试方法，包括底座以及安装在底座上的应变传感器、激振装置和测力装置，底座为铸件且设有T型槽，尾部设有工作载荷装置，通过T型槽安装有激振装置和测力装置；通过更换激振装置上偏心块的位置、大小以及改变变频电机转速，可实现不同幅值和频率的振动加载；通过测力装置的传感器，可监测振动载荷的时间历程；通过安装于工作载荷装置上的应变传感器，可测试螺栓在振动载荷下的预紧力变化。本发明具有易用、可调节性，可以很方便的测试螺栓布局和螺栓间距对连接振动可靠性的影响，也可以研究振动载荷下螺栓连接预紧力的变化，为螺栓振动松脱、振动疲劳测试方面的研究提供可靠的实验平台，具有重要的研究价值。

Description

一种螺栓组连接振动可靠性实验装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种螺栓组连接振动可靠性测试装置及方法。

背景技术

螺栓连接具有结构简单、装拆方便、易于维护和成本低廉等优势，广泛应用于各类机械装备等领域中。因此，螺栓连接的可靠性对于机械装备的安全运行至关重要。然而，随着现代机械朝着高速、高温及高压方向的发展，振动贯穿于机械运转的各个环节。对于动力机械上使用的螺栓连接结构而言，连接件必须经受振动载荷的持续作用，螺栓连接结构很有可能出现松动、松脱，甚至疲劳断裂等问题。尤其是，当螺栓连接结构发生共振时，螺栓连接的可靠性受到严重挑战。鉴于螺栓连接结构设计参数（比如螺栓个数、螺栓布局、螺栓安装边距、螺栓与孔的间隙、螺栓材料和被连接件材料、预紧力等）对连接结构振动可靠性有影响，研究螺栓连接结构的振动、刚度和强度等问题一直是国内外学者的焦点。为了探究螺栓连接的可靠性，人们开展了大量的理论与实验研究，但是大多数研究大都是停留在静力分析上。而且实验作为螺栓连接力学性能研究的重要手段，现有的大多数螺栓连接力学性能测试实验装置集中在静力加载上，鲜有测试螺栓连接振动性能的实验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺栓组连接振动可靠性实验装置及测试方法，克服螺栓组连接的可靠性研究及失效分析无实验装置验证的缺点。

一种螺栓组连接振动可靠性实验装置，其特征在于：包括底座以及安装在底座上的应变传感器、激振装置和测力装置，所述底座为铸件且设置有T型槽、在尾部设有工作载荷装置，工作载荷装置包含应变传感器，通过安装孔位安装被测螺栓组，应变传感器通过被测螺栓组安装在工作载荷装置上，通过T型槽安装有激振装置和测力装置，所述激振装置包括固定在工作载荷装置上的悬臂件、变频电机、激振圆盘、偏心块以及顶杆，其中激振圆盘上安装有位置可调的偏心块，激振圆盘安装在变频电机上，变频电机安装于悬臂件末端。在悬臂件上装有顶杆，用于平衡激振装置重力并实时输出激振力。

一种螺栓组连接振动可靠性实验装置，其特征在于：所述测力装置包括传感器支座、固定螺栓、力传感器以及与顶杆相连的联轴器，其中传感器支座通过固定螺栓连接在底座上，力传感器一端固定于传感器支座上，另一端固定联轴器与顶杆相连；其中联轴器一端为碗状、另一端为球状以便于使输入传感器的力都是竖直向下的方向。

一种螺栓组连接振动可靠性实验测试方法，其步骤如下：

1）将所要测试的工作螺栓组安装于底座尾部的工作载荷装置上，拧紧螺栓，通过应变传感器来控制所施加预紧力的大小；

2）将激振装置上的顶杆底端与联轴器压紧，然后调节顶杆旋柄使其向力传感器施力来平衡激振装置的重力，保证测试时激振装置的重力不会影响测试结果，应变传感器、力传感器外联信号分析仪连接计算机；

3）选择大小合适的偏心块固定于激振圆盘上，调节偏心块的位置可以设置不同的激振方式，如果只需要施加竖直方向的激振力，则两激振圆盘上的偏心块对称安装，如果需要同时施加扭转与竖直方向的激振力则两激振圆盘上的偏心块非对称安装；

4）设定变频电机的输入电源参数，通过输出不同的转速或者改变偏心块的大小、位置以满足不同的激振力大小的要求；

5）记录工作螺栓组的初始位置、应变参数、力传感器初始参数，打开变频电机电源开始测试；

6）记录应变传感器、力传感器的实时响应输出，实时观察工作螺栓组的状态，记录螺栓组失效的时间；

7）更换不同的螺栓组或者改变其布局来进行不同的试验研究。

本发明的优点是：本发明能够对不同螺栓布局、不同螺栓数量和不同预紧力下的螺栓组连接振动可靠性进行测试，提供可靠并且易用的操作方式，具有测试方法简单、易于调节、实验可靠性高的特点，也能够方便的测量某一螺栓组布局下在动载荷下的应力应变关系，对螺栓组振动疲劳失效以及螺栓振动防松方面的研究具有重要价值，填补螺栓连接在动载荷情况下的实际应用场景领域实验平台空白。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明底座结构示意图；

图3为本发明激振装置立体结构示意图；

图4为本发明测力装置结构立体示意图；

图5为一种工作螺栓组方形布局示意图；

图6为一种工作螺栓组环形布局示意图；

图中：1-底座，11-T型槽，12-应变传感器，13-安装孔，14-工作螺栓组，15-工作载荷装置；2-激振装置， 21-变频电机，22-激振圆盘，23-悬臂件，24-偏心块，25-顶杆；3-测力装置，31-传感器支座，32-固定螺栓，33-力传感器，34-联轴器。

具体实施方式

现结合附图详细说明本发明结构的实施方式：

一种螺栓组连接振动可靠性实验装置，其特征在于：包括底座1，所述底座1设置有T型槽11、尾部设有工作载荷装置15，所述底座1以及其尾部的工作载荷装置15采用铸造工艺加工保证刚度，通过T型槽11安装有激振装置2和测力装置3，所述底座1尾部的工作载荷装置15安装有应变传感器12以及工作螺栓组14，所述激振装置2包括悬臂件23、变频电机21、激振圆盘22、偏心块24以及顶杆25；所述悬臂件23通过工作螺栓组14与底座1上的工作载荷装置15连接，中间安装有应变传感器12，所述变频电机22安装在悬臂件23的末端；激振圆盘22对称安装在变频电机21上，偏心块24安装在激振圆盘22上，顶杆25安装在悬臂件23上，所述测力装置3包括传感器支座31、固定螺栓32、力传感器33和联轴器34；所述传感器支座31通过固定螺栓32安装在底座1的T型槽11上；力传感器33安装在传感器支座31上；联轴器34一端与力传感器33连接，另一端与顶杆25连接，联轴器34一端为碗状、另一端为球状，以便于使输入传感器的力都是竖直向下的方向。

一种螺栓组连接振动可靠性实验测试方法，步骤如下：

1）将所要测试的工作螺栓组14安装在底座1尾部的工作载荷装置15上，拧紧时需要通过应变传感器12来控制所施加预紧力的大小；

2）将激振装置2上的顶杆25底端与联轴器34压紧，然后调节顶杆25旋柄使其向力传感器33施力来平衡激振装置2的重力，保证测试时激振装置2的重力不会影响测试结果，应变传感器12、力传感器33外联信号分析仪连接计算机；

3）选择大小合适的偏心块24固定于激振圆盘22上，调节偏心块24的位置来设置不同的激振方式，如果只需要施加竖直方向的激振力，则两激振圆盘22上的偏心块24对称安装，如果需要同时施加扭转与竖直方向的激振力则两激振圆盘22上的偏心块24非对称安装；

4）设定变频电机21的输入电源参数以满足不同的激振力大小的要求；

5）记录工作螺栓组14的初始位置、应变参数、力传感器初始参数，打开变频电机21电源开始测试；

6）记录应变传感器12、力传感器33的实时响应输出，实时观察工作螺栓组14的状态，并记录失效时间；

7）更换不同的工作螺栓组14或者改变其布局能够进行不同的试验研究，工作螺栓组14的布局可以为5a所示的方形布局或者5b所示的环形布局。

本发明通过调节或者更换工作载荷装置上螺栓数量和位置，可以改变螺栓的布局和螺栓间距；通过更换激振装置上偏心块的位置、大小以及改变变频电机转速，可以实现不同幅值和频率的振动加载；通过测力装置的传感器，可以监测振动载荷的时间历程；通过安装于工作载荷装置上的应变传感器，可以测试螺栓在振动载荷下的预紧力变化。本发明具有易用、可调节性，可以很方便的测试螺栓布局和螺栓间距对连接振动可靠性的影响，也可以研究振动载荷下螺栓连接预紧力的变化，为螺栓振动松脱、振动疲劳测试方面的研究提供可靠的实验平台，具有重要的研究价值。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，旨在帮助读者理解本发明的具体方法及其核心思想。由于文字表达的局限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本测试方式来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，这些改进的润饰或变化方案直接应用于其他场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种螺栓组连接振动可靠性实验装置，其特征在于：包括底座（1）以及安装在底座（1）上的应变传感器（12）、激振装置（2）和测力装置（3），所述底座（1）为铸件且设置有T型槽（11）、在尾部设有工作载荷装置（15），工作载荷装置（15）包含应变传感器（12），通过安装孔位（13）安装被测螺栓组（14），应变传感器（12）通过被测螺栓组（14）安装在工作载荷装置（15）上，通过T型槽（11）安装有激振装置（2）和测力装置（3），所述激振装置（2）包括固定在工作载荷装置（15）上的悬臂件（23）、变频电机（21）、激振圆盘（22）、偏心块（24）以及顶杆（25），其中激振圆盘（22）上安装有位置可调的偏心块（24），激振圆盘（22）安装在变频电机（21）上，变频电机（21）安装于悬臂件（23）末端，在悬臂件上装有顶杆（25）。

2.根据权利要求1所述的螺栓组连接振动可靠性实验装置，其特征在于：所述测力装置（3）包括传感器支座（31）、固定螺栓（32）、力传感器（33）以及与顶杆相连的联轴器（34），其中传感器支座（31）通过固定螺栓（32）连接在底座（1）上，力传感器（33）一端固定于传感器支座（31）上，另一端固定联轴器（34）与顶杆（25）相连，联轴器（34）一端为碗状、另一端为球状，以便于使输入传感器的力都是竖直向下的方向。

3.应用权利要求1或2所述的螺栓组连接振动可靠性实验装置的测试方法，其步骤如下：

1）将所要测试的工作螺栓组（14）安装于底座（1）尾部的工作载荷装置（15）上，拧紧螺栓，通过应变传感器（12）来测量所施加预紧力的大小；

2）将激振装置（2）上的顶杆（25）底端与联轴器（34）压紧，然后调节顶杆（25）旋柄使其向力传感器（33）施力来平衡激振装置（2）的重力，保证测试时激振装置（2）的重力不会影响测试结果，应变传感器（12）、力传感器（33）外联信号分析仪连接计算机；

3）选择大小合适的偏心块（24）固定于激振圆盘（22）上，调节偏心块（24）的位置可以设置不同的激振方式，如果只需要施加竖直方向的激振力，则两激振圆盘上的偏心块（24）对称安装，如果需要同时施加扭转与竖直方向的激振力则两激振圆盘上的偏心块（24）非对称安装；

4）设定变频电机（21）的输入电源参数，通过输出不同的转速或者改变偏心块的大小、位置以满足不同的激振力大小的要求；

5）记录工作螺栓组（14）的初始位置、应变参数、力传感器初始参数，打开变频电机（21）电源开始测试；

6）记录应变传感器（12）、力传感器（33）的实时响应输出，实时观察工作螺栓组（14）的状态，记录螺栓组失效的时间；

7）更换不同的螺栓组（14）或者改变其布局来进行不同的试验研究。