CN112284708A - 一种振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置及使用方法，装置包括加载支架、作动器、推杆、销、力臂、扭矩传感器、连接轴、固定支架、振动台、控制系统；加载支架、固定支架底部均固定在振动台上；作动器一端固定在加载支架上，作动器另一端与推杆固定连接；推杆与力臂通过销铰接；力臂与扭矩传感器的输入端传动连接；被测螺栓连接组件一端可拆卸的固定在固定支架上，连接轴两端连接被测螺栓连接组件、扭矩传感器的输出端，用于将扭矩传递到被测螺栓连接组件上；作动器用于产生推、拉力，并通过推杆、力臂转换为扭矩；振动台提供振动；控制系统用于控制施加到被测螺栓连接组件上的扭矩、振动。

Description

一种振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置及使用方法

技术领域

本发明属于机械技术领域，具体涉及一种振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置及使用方法。

背景技术

在机械装备行业，螺栓经常用于两个或多个零件之间的连接。由于载荷、振动、环境等的影响，螺栓松脱失效时有发生，影响产品的质量和可靠性。准确的评判螺栓连接的防松效果，对指导螺栓连接的设计和工程应用具有重要意义。

法兰、轴和盘类零部件广泛存在于工程机械主机和核心零部件中，如变速箱中盖、传动轴、轮辋等，是工程机械产品重要的组成部分。这类零部件工作时既受扭矩的作用，又存在一定程度的振动，如何进行相应工况下螺栓连接性能的测试和评估成为难题。

目前，螺栓连接性能测试最主要的设备是横向振动试验机。但是，横向振动试验机存在以下几个问题：1）只能施加垂直于螺栓轴线方向的振动，不能满足复杂工况螺栓连接防松性能测试的需要；2）只能进行单螺栓测试，不能进行多螺栓测试。因此，横向振动试验机多用于实验室研究过程，测试结果也难以直接反应实际工况下螺栓连接的效果。

现有的中国公开专利201721236370.0存在以下问题：①扭矩量值无法精确检测和控制，更不具备变扭矩工况模拟试验能力；②载荷类型单一。中国公开专利201810223486.4存在以下问题：①不适用于工作在振动工况下螺栓连接的防松性能的测试；②适用对象单一，非法兰盘类零部件适用性差。

因此，有必要提出一种螺栓连接性能测试装置，其可以同时对被测螺栓连接部位施加扭矩和振动，实现复杂工况下法兰、轴和盘类零部件螺栓连接性能的测试。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置及使用方法，能够方便、有效的实现同时受振动、扭矩复合载荷作用的法兰、轴和盘类零部件螺栓连接性能的测试和评判。

本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置，包括加载支架、作动器、推杆、销、力臂、扭矩传感器、连接轴、固定支架、振动台、液压动力站、控制系统；

所述加载支架、固定支架底部均固定在振动台上；

所述作动器一端固定在加载支架上，作动器另一端与推杆固定连接；推杆与力臂通过销铰接；力臂与扭矩传感器的输入端传动连接；

被测螺栓连接组件一端可拆卸的固定在固定支架上，连接轴第一端与被测螺栓连接组件的另一端连接，连接轴第二端与扭矩传感器的输出端连接，用于将扭矩传递到被测螺栓连接组件上；

所述液压动力站通过液压管路与作动器、振动台相连，为作动器、振动台提供动力；所述作动器用于产生推、拉力，并通过推杆、力臂转换为扭矩；所述振动台用于为被测螺栓连接组件提供振动；

所述控制系统，分别与作动器、扭矩传感器、振动台和液压动力站信号连接，用于控制施加到被测螺栓连接组件上的扭矩、振动。

在一些实施例中，所述的振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置，还包括传感器座，所述传感器座底部固定在振动台上，所述扭矩传感器安装在传感器座上。

所述推杆用于连接作动器和销，将作动器产生的推、拉力传递给销；

所述销用于连接推杆和力臂，将推杆上的作用力传递到力臂上；

所述力臂用于将推、拉力转换成扭矩；

所述扭矩传感器用于检测力臂施加到被测螺栓连接组件上的扭矩。

所述连接轴用于连接扭矩传感器和被测螺栓连接组件，将扭矩传递到被测螺栓连接组件上；

所述固定支架用于固定被测螺栓连接组件，使被测螺栓连接组件在外部扭矩、振动作用下仍能保持位置相对固定。

在一些实施例中，所述推杆包括相连接的底座和立块，底座用于和作动器固定连接；立块上开设有用于安装销的通孔，力臂上开设有用于安装销的通孔，立块与力臂通过销铰接。

在一些实施例中，所述力臂一侧设置有键槽或花键，力臂通过键槽或花键与扭矩传感器的输入端传动连接。

在一些实施例中，所述连接轴第一端通过平键或花键与被测螺栓连接组件的另一端连接，连接轴第二端通过平键或花键与扭矩传感器的输出端连接。

在一些实施例中，所述作动器上设置有用于监测作动器推拉力的推拉力传感器，和/或，作动器上设置有用于监测作动器伸缩位移的位移传感器。

在一些实施例中，所述振动台上设置有振动传感器，用于监测振动振幅、频率。

在一些实施例中，所述振动台的上表面固定设置有支撑板，所述加载支架、固定支架底部安装在支撑板上。

第二方面，本发明还提供上述振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置的使用方法，包括：

将固定支架、被测螺栓连接组件、连接轴、扭矩传感器组装到一起，并固定到振动台的支撑板上；将销、推杆、力臂和扭矩传感器组装到一起；将推杆、作动器、加载支架依次连接，并将加载支架固定到振动台的支撑板上；

依据测试要求确认被测螺栓连接组件上的螺栓拧紧；

通过控制系统设置作动器的加载参数，对被测螺栓连接组件施加扭矩；通过扭矩传感器实时检测施加到被测螺栓连接组件上的实际扭矩，并根据需要由装置自动调整或人工调整作动器的加载参数，实现加载扭矩的闭环控制；

通过控制系统设置振动台的振动参数，对被测螺栓连接组件施加垂直方向的振动，并实时监测振动台的振动情况；

依据制定的预紧力检测方案，检测被测螺栓连接组件上螺栓的预紧力衰减情况。

有益效果：本发明提供的振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置及使用方法，具有以下优点：（1）可以对被测部件同时施加可变的振动和扭矩，有效模拟实际工况，提升螺栓连接性能测试结论的可靠性。

（2）适用范围广，可应用于法兰、轴、盘等类零部件螺栓连接性能的测试。

（3）使用方便、操作简单，控制精度高。

附图说明

图1为实施例的振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置的结构示意图；

图2为实施例中推杆的结构示意图；

图3为实施例中力臂的结构示意图；

图4为实施例中振动台的结构示意图；

图5为实施例中被测螺栓连接组件示意图：A为法兰类被测螺栓连接组件，B为轴类被测螺栓连接组件；

图中：加载支架1、作动器2、推杆3、销4、传感器座5、力臂6、扭矩传感器7、连接轴8、固定支架9、振动台10、液压动力站11、控制系统12、被测螺栓连接组件13、第一被连接件131、螺栓132、第二被连接件133。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

实施例1

如图1所示，一种振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置，包括加载支架1、作动器2、推杆3、销4、力臂6、扭矩传感器7、连接轴8、固定支架9、振动台10、液压动力站11、控制系统12。

所述加载支架1、固定支架9底部均固定在振动台10上；

所述作动器2一端固定在加载支架1上，作动器2另一端与推杆3固定连接；推杆3与力臂6通过销4铰接；力臂6与扭矩传感器7的输入端传动连接；

被测螺栓连接组件13一端可拆卸的固定在固定支架9上，连接轴8第一端与被测螺栓连接组件13的另一端连接，连接轴8第二端与扭矩传感器7的输出端连接，用于将扭矩传递到被测螺栓连接组件上；

所述液压动力站11通过液压管路与作动器2、振动台10相连，为作动器2、振动台10提供动力；所述作动器用于产生推、拉力，并通过推杆、力臂转换为扭矩；所述振动台用于为被测螺栓连接组件提供振动；

所述控制系统12，分别与作动器2、扭矩传感器5、振动台10和液压动力站11信号连接，用于控制施加到被测螺栓连接组件上的扭矩、振动。

在一些实施例中，如图1所示，所述的振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置，还包括传感器座5，所述传感器座5底部固定在振动台10上，所述扭矩传感器5安装在传感器座5上。所述传感器座用于固定扭矩传感器，防止扭矩传感器发生相对运动。

所述推杆用于连接作动器和销，将作动器产生的推、拉力传递给销；

所述销用于连接推杆和力臂，将推杆上的作用力传递到力臂上；

所述力臂用于将推、拉力转换成扭矩；

所述扭矩传感器用于检测力臂施加到被测螺栓连接组件上的扭矩。

所述连接轴用于连接扭矩传感器和被测螺栓连接组件，将扭矩传递到被测螺栓连接组件上；

所述固定支架用于固定被测螺栓连接组件，使被测螺栓连接组件在外部扭矩、振动作用下仍能保持位置相对固定。

在一些实施例中，如图1、图2所示，所述推杆3包括相连接的底座31和立块32，底座31用于和作动器2固定连接；

立块32上开设有用于安装销4的第一通孔33，力臂6上开设有用于安装销4的第二通孔62，立块32与力臂6通过销4铰接。

在一些实施例中，如图1、图3所示，所述力臂6一侧设置有键槽或花键61，力臂6通过键槽或花键61与扭矩传感器7的输入端传动连接。

在一些实施例中，所述连接轴8第一端通过平键或花键与被测螺栓连接组件13的另一端连接，连接轴8第二端通过平键或花键与扭矩传感器7的输出端连接。

在一些实施例中，所述作动器2上设置有用于监测作动器推拉力的推拉力传感器，以及用于监测作动器伸缩位移的位移传感器。

在一些实施例中，所述振动台10上设置有振动传感器，用于监测振动振幅、频率。

在一些实施例中，如图1、图4所示，所述振动台10的上表面固定设置有支撑板101，所述加载支架1、传感器座5、固定支架9底部安装在支撑板101上。

在一些实施例中，如图1、图5所示，所述被测螺栓连接组件13包括第一被连接件131、螺栓132、第二被连接件133。

在本实施例中，所述加载支架1，底部固定在振动台10的支撑板101上，其上部通过螺栓、螺母与作动器2连接；所述加载支架用于固定作动器，避免作动器从振动台上滑落，并辅助作动器产生推/拉力；

所述作动器2，尾部固定在加载支架1上，头部通过螺栓、螺母与推杆3的底座31相连；所述作动器用于产生推/拉力，并具备推/拉力及活塞杆位移检测能力，以实现推/拉力的精确控制；

所述推杆3，由底座31和立块32组成，底座31用于和作动器2头部连接；立块32上开设有第一通孔33，用于和销4配合；所述推杆用于连接作动器和销，将作动器产生的推/拉力传递给销；

所述销4，安装于第一通孔33中，并通过轴承和力臂6下部的第二通孔62相连接；所述销用于连接推杆和力臂，将推杆上的作用力传递到力臂上；

所述传感器座5，底部固定在支撑板101上，顶部与扭矩传感器7相连；所述传感器座用于固定扭矩传感器，防止其发生相对运动；

所述力臂6，其上部设有键槽或花键61，用于和扭矩传感器7的输入轴相连。下部设有第二通孔62，经由轴承与销4相连。可实现分别绕传感器7输入轴和销4的轴线旋转；所述力臂用于将推/拉力转换成扭矩；

所述扭矩传感器7，底部固定在传感器座5上，输入端通过平键或花键与力臂6上的键槽或花键61相连，输出端通过平键或花键与连接轴8相连；所述扭矩传感器用于检测力臂输出的扭矩，以便于精确控制施加到被测螺栓连接组件上的扭矩；

所述连接轴8，两端分别通过平键或花键与扭矩传感器7的输出端和第一被连接件131相连；所述连接轴用于连接扭矩传感器和被测螺栓连接组件，将扭矩传递到被测螺栓连接组件上；

所述固定支架9，底部固定在支撑板101上，上部通过螺栓、花键或其它形式与第二被连接件133相连；所述固定支架用于固定被测螺栓连接组件，使其在外部扭矩、振动作用下仍能保持位置相对固定；

所述振动台10，顶部通过支撑板101与加载支架1、传感器座5和固定支架9连接，底部固定在试验场地地面上；所述振动台用于为被测螺栓连接组件等零部件提供垂直方向的振动激励，使上述零部件可以沿垂直方向振动；

所述液压动力站11，通过液压管路等与作动器2、振动台10相连，为两者提供动力，保证系统能稳定工作。所述液压动力站用于为作动器和振动台提供动力；

所述控制系统12，通过信号线缆与作动器2、扭矩传感器5、振动台10和液压动力站11等相连。所述控制系统用于控制作动器、振动台、液压动力站等元件的工作，并监测试验过程中的各项参数，如实时扭矩、推/拉力、振幅、频率等。

实施例2

上述振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置的使用方法，包括：

第一步，将固定支架9、被测螺栓连接组件13、连接轴8、扭矩传感器7、传感器座5等安装到一起，并将固定支架9、传感器座5固定到振动台10的支撑板101上；

第二步，将销4、推杆3、力臂6和扭矩传感器7组装到一起；

第三步，将推杆3和作动器2、加载支架1依次连接，并将加载支架1固定到支撑板101上；

第四步，依据相关要求将被测螺栓连接组件13上的螺栓拧紧，如已拧紧，则跳过此步直接进行下一步；

第五步，通过控制系统12设置作动器2的加载参数，对被测螺栓连接组件13施加扭矩。通过扭矩传感器7实时检测施加到被测螺栓连接组件13上的实际扭矩，并根据需要由系统自动或人工调整作动器2的加载参数，实现加载扭矩的闭环控制；

第六步，通过控制系统12设置振动台10的振动参数，对被测螺栓连接组件13施加垂直方向的振动，并实时监测振动台10的振动情况；

第七步，依据制定的预紧力检测方案，检测螺栓132的预紧力衰减情况；

第八步，实验结束，关闭试验测试系统，进行数据分析和螺栓连接性能评判等工作。

在本申请的描述中，需要理解的是，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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置，其特征在于，包括加载支架、作动器、推杆、销、力臂、扭矩传感器、连接轴、固定支架、振动台、液压动力站、控制系统；

所述加载支架、固定支架底部均固定在振动台上；

所述作动器一端固定在加载支架上，作动器另一端与推杆固定连接；推杆与力臂通过销铰接；力臂与扭矩传感器的输入端传动连接；

被测螺栓连接组件一端可拆卸的固定在固定支架上，连接轴第一端与被测螺栓连接组件的另一端连接，连接轴第二端与扭矩传感器的输出端连接，用于将扭矩传递到被测螺栓连接组件上；

所述液压动力站通过液压管路与作动器、振动台相连，为作动器、振动台提供动力；所述作动器用于产生推、拉力，并通过推杆、力臂转换为扭矩；所述振动台用于为被测螺栓连接组件提供振动；

所述控制系统，分别与作动器、扭矩传感器、振动台和液压动力站信号连接，用于控制施加到被测螺栓连接组件上的扭矩、振动。

2.根据权利要求1所述的振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置，其特征在于，还包括传感器座，所述传感器座底部固定在振动台上，所述扭矩传感器安装在传感器座上。

3.根据权利要求1所述的振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置，其特征在于，所述推杆用于连接作动器和销，将作动器产生的推、拉力传递给销；

所述销用于连接推杆和力臂，将推杆上的作用力传递到力臂上；

所述力臂用于将推、拉力转换成扭矩；

所述扭矩传感器用于检测力臂施加到被测螺栓连接组件上的扭矩；

所述连接轴用于连接扭矩传感器和被测螺栓连接组件，将扭矩传递到被测螺栓连接组件上；

所述固定支架用于固定被测螺栓连接组件，使被测螺栓连接组件在外部扭矩、振动作用下仍能保持位置相对固定。

4.根据权利要求1所述的振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置，其特征在于，所述推杆包括相连接的底座和立块，底座用于和作动器固定连接；

立块上开设有用于安装销的通孔，力臂上开设有用于安装销的通孔，立块与力臂通过销铰接。

5.根据权利要求1所述的振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置，其特征在于，所述力臂一侧设置有键槽或花键，力臂通过键槽或花键与扭矩传感器的输入端传动连接。

6.根据权利要求1所述的振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置，其特征在于，所述连接轴第一端通过平键或花键与被测螺栓连接组件的另一端连接，连接轴第二端通过平键或花键与扭矩传感器的输出端连接。

7.根据权利要求1所述的振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置，其特征在于，所述作动器上设置有用于监测作动器推拉力的推拉力传感器，和/或，作动器上设置有用于监测作动器伸缩位移的位移传感器。

8.根据权利要求1所述的振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置，其特征在于，所述振动台上设置有振动传感器，用于监测振动振幅、频率。

9.根据权利要求1-8任一项所述的振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置，其特征在于，所述振动台的上表面固定设置有支撑板，所述加载支架、固定支架底部安装在支撑板上。

10.如权利要求1-9任一项所述的振、扭复合螺栓连接性能测试辅助装置的使用方法，其特征在于，包括：

将固定支架、被测螺栓连接组件、连接轴、扭矩传感器组装到一起，并固定到振动台的支撑板上；将销、推杆、力臂和扭矩传感器组装到一起；将推杆、作动器、加载支架依次连接，并将加载支架固定到振动台的支撑板上；

依据测试要求确认被测螺栓连接组件上的螺栓拧紧；

通过控制系统设置作动器的加载参数，对被测螺栓连接组件施加扭矩；通过扭矩传感器实时检测施加到被测螺栓连接组件上的实际扭矩，并根据需要由装置自动调整或人工调整作动器的加载参数，实现加载扭矩的闭环控制；

通过控制系统设置振动台的振动参数，对被测螺栓连接组件施加垂直方向的振动，并实时监测振动台的振动情况；

依据制定的预紧力检测方案，检测被测螺栓连接组件上螺栓的预紧力衰减情况。

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