CN113432819A - 轴向振动下螺钉松动机理检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了轴向振动下螺钉松动机理检测装置及方法，包括基座，基座的两侧对称固定有第一侧立柱和第二侧立柱，第一侧立柱上连接有L型的第一立柱连接件，第二侧立柱上连接有L型的第二立柱连接件，第一立柱连接件和第二立柱连接件之间连接有激振器支架，激振器支架的中部连接有激振器，基座的中心位置设置有法兰，法兰通过一组预埋有应变片的测量螺钉与基座上表面的螺纹孔连接，激振器倒立设置，且激振器正下方的顶杆中心与法兰中心对正连接，测量螺钉连接至数据采集仪。本发明结构简单，可以进行多螺钉在轴向振动情况下出现松动的全过程监测，探究在轴向振动状态下螺钉连接预紧力下降导致的松动过程及机理，可以为螺钉连接防松提供实验基础。

Description

轴向振动下螺钉松动机理检测装置及方法
技术领域
本发明属于螺钉检测实验技术领域，具体涉及一种轴向振动下螺钉松动机理检测装置及方法。
背景技术
螺纹连接由于其易于装配和维修，是工程机械中应用量最大的一种连接。在工程机械中，螺纹连接常被用于重要连接部位的连接。用于连接的螺纹其设计的螺旋升角满足自锁条件，在静连接和温度变化不大的情况下一般螺纹连接不会松脱。但是，工程机械工作过程中，由于其复杂和恶劣的工作环境，螺纹连接常常受到冲击、振动和变载荷，从而导致连接副松脱，引起严重后果，监测振动载荷下螺栓预紧力的变化，研究螺纹连接在轴向振动载荷下的松动机理对螺纹连接实施防松有重要意义。
工程机械由于结构尺寸较大，大量的螺纹连接采用螺钉连接。螺钉连接在工作过程中由于冲击振动等导致预紧力下降导致松动，目前进行螺纹松动测量的实验大多都采用螺栓螺母连接形式；对螺纹连接轴向载荷的实验也主要是施加轴向力已有采用带应变计的实验大多目的是能更准确的控制螺栓拧紧力。首先，工程机械中轴向振动也是导致螺钉连接松动的主要原因之一。其次，螺纹连接的初始松动阶段，螺纹材料在外载荷作用下发生的变形导致材料内部应力下降，但这一阶段内外螺纹间尚无明显的相对运动；当螺纹连接承受载荷过大，材料出现高应力区，在振动等交变载荷作用下，材料塑性变形累计加速，预紧力急剧下降，内外螺纹间出现明显结构性松动，但这一理论中螺纹受载后。从材料松动到结构松动的变化发生的规律在多螺栓实验中尚无验证。基于以上两点原因，为进一步深入研究螺钉连接在轴向振动的状态下的松动机理，进一步检测在轴向振动下螺钉连接从材料松动到结构松动的详细变化，进而实现在发生结构松动前有效防松，有必要提供在轴向振动状态下采用带有应变计的多个螺钉松动机理测量的装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轴向振动下螺钉松动机理检测装置及方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明结构简单，可以进行多螺钉在轴向振动情况下出现松动的全过程监测，探究在轴向振动状态下螺钉连接预紧力下降导致的松动过程及机理，可以为螺钉连接防松提供实验基础。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
轴向振动下螺钉松动机理检测装置，包括基座，基座的两侧对称固定有第一侧立柱和第二侧立柱，所述第一侧立柱上连接有L型的第一立柱连接件，所述第二侧立柱上连接有L型的第二立柱连接件，所述第一立柱连接件和第二立柱连接件之间连接有激振器支架，所述激振器支架的中部连接有激振器，且激振器位于基座的正上方，所述基座的中心位置设置有法兰，所述法兰通过一组预埋有应变片的测量螺钉与基座上表面的螺纹孔连接，所述激振器倒立设置，且激振器正下方的顶杆中心与法兰中心对正连接，所述测量螺钉连接至数据采集仪。
进一步地，所述基座的两侧对称设置有若干T型槽，所述第一侧立柱和第二侧立柱上设置有若干螺栓孔，所述第一侧立柱和第二侧立柱通过穿插在螺栓孔中的T型螺栓与T型槽固定。
进一步地，所述测量螺钉设置有8个，且测量螺钉均匀的分布在法兰的周向上。
进一步地，所述第一侧立柱和第一立柱连接件之间以及第二侧立柱和第二立柱连接件之间均通过螺栓连接。
轴向振动下螺钉松动机理检测方法，包括以下步骤：
步骤一：按照顺序依次拧紧测量螺钉至A％的最大预紧力，A＜100，然后通过激振器进行N个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律；
步骤二：选取第一对照组与步骤一尺寸规格相同的测量螺钉，按照顺序依次拧紧螺钉至100％的最大预紧力，然后通过激振器进行N个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律；
步骤三：选取第二对照组与步骤一尺寸规格相同的测量螺钉，按照顺序给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的B％，再按照顺序给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的C％，再按照顺序给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的A％，再按照顺序给每个测量螺钉施加预紧力至100％的最大预紧力，其中，B＜C＜A＜100，然后通过激振器进行N个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律；
步骤四：选取与步骤一尺寸规格相同的测量螺钉，按照先奇数位后偶数位的顺序依次拧紧测量螺钉至A％的最大预紧力，然后通过激振器进行N个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律；
步骤五：选取第三对照组与步骤一尺寸规格相同的测量螺钉，按照步骤四的顺序依次拧紧测量螺钉至100％的最大预紧力，然后通过激振器进行N个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律；
步骤六：选取第四对照组与步骤一尺寸规格相同的测量螺钉，按照步骤四的顺序依次给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的B％，再按照步骤四的顺序依次给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的C％，再按照步骤四的顺序依次给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的A％，再按照步骤四的顺序依次给每个螺钉施加预紧力至100％的最大预紧力，然后通过激振器进行N个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律。
进一步地，所述A＝70。
进一步地，所述B＝30。
进一步地，所述C＝50。
进一步地，所述N＝10万。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明装置可以在对一组多个测量螺钉施加轴向振动，通过预埋在测量螺钉上的应变片，可以对在轴向振动载荷的情况下，安装于不同位置的一组测量螺钉连接预紧力变化进行全过程实时监测，进一步检测在轴向振动下螺钉连接从材料松动到结构松动过程的预紧力的详细变化，深层次揭示测量螺钉连接的松动机理。对连接法兰与基座的一组测量螺钉进行不同的预紧力施加组合交叉变化试验，研究测量螺钉预紧力施加方式与拧紧顺序的变化对测量螺钉松动的影响。
附图说明
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明整体装配等轴测图；
图2是本发明测量螺钉组安装图；
图3是法兰螺钉位置编号图。
其中，1.基座；2.激振器；3.第一侧立柱；4.第一立柱连接件；5.激振器支架；6.第二立柱连接件；7第二侧立柱；8.测量螺钉；9.法兰。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种在轴向往复振动情况下螺钉连接松动机理检测装置，包括含有T型槽和螺纹孔的基座1，两个侧立柱通过T型螺栓固定在基座1两侧，激振器2通过激振器支架5和立柱连接件倒立安装在两侧立柱中间，可向下对法兰9上端施加激振力，有多个通孔的法兰9通过多个预埋有应变片的测量螺钉8与基座1上的螺纹孔连接。
下面结合附图和实施例对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
参见图1至图3，一种在轴向振动情况下螺钉连接松动机理检测装置，包括两侧有T型槽并上表面有多个螺纹孔的基座1，基座1放置于平整的地面；第一侧立柱3和第二侧立柱7通过两组T型螺栓固定在基座1两侧的T型槽内；激振器支架5通过第一立柱连接件4和第二立柱连接件6安装于基座1的后上方；激振器2安装在激振器支架5中间，激振器2倒立并且激振器2正下方的顶杆中心与法兰9中心对正并连接；通过激振器2的顶杆与法兰9连接并向下对法兰9上端施加激振力；法兰9通过一组预埋有应变片的测量螺钉8与基座1上表面的螺纹孔连接；
一种在轴向振动情况下螺钉连接松动机理检测方法按照以下步骤进行：①选取一组8个装有应变片的M8x40测量螺钉，如图3位置编号从A1到A8依次拧紧测量螺钉至70％的最大预紧力，然后通过激振器进行10万个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律。②选取第一对照组与上述实验尺寸规格相同的测量螺钉，如图3位置编号从A1到A8依次拧紧测量螺钉至100％的最大预紧力，然后通过激振器进行10万个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律。③选取第二对照组与上述实验尺寸规格相同的测量螺钉，如图3位置编号从A1到A8的顺序给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的30％，再从A1到A8的顺序给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的50％，再从A1到A8的顺序给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的70％，再从A1到A8的顺序给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力，然后通过激振器进行10万个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律。④选取与上述实验尺寸规格相同的测量螺钉，如图3位置编号改变拧紧测量螺钉的顺序，如图3位置编号按照A1、A3、A5、A7、A2、A4、A6到A8的顺序依次拧紧测量螺钉至70％的最大预紧力，然后通过激振器进行10万个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律。⑤选取第三对照组与上述实验尺寸规格相同的测量螺钉，如图3位置编号按照A1、A3、A5、A7、A2、A4、A6到A8的顺序依次拧紧测量螺钉至100％的最大预紧力，然后通过激振器进行10万个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律。⑥选取第四对照组与上述实验尺寸规格相同的测量螺钉，如图3位置编号按照A1、A3、A5、A7、A2、A4、A6到A8的顺序依次给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的30％，再如图3位置编号按照A1、A3、A5、A7、A2、A4、A6到A8的顺序依次给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的50％，再如图3位置编号按照A1、A3、A5、A7、A2、A4、A6到A8的顺序依次给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的70％，再如图3位置编号按照A1、A3、A5、A7、A2、A4、A6到A8的顺序依次给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力，然后通过激振器进行10万个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.轴向振动下螺钉松动机理检测装置，其特征在于，包括基座(1)，基座(1)的两侧对称固定有第一侧立柱(3)和第二侧立柱(7)，所述第一侧立柱(3)上连接有L型的第一立柱连接件(4)，所述第二侧立柱(7)上连接有L型的第二立柱连接件(6)，所述第一立柱连接件(4)和第二立柱连接件(6)之间连接有激振器支架(5)，所述激振器支架(5)的中部连接有激振器(2)，且激振器(2)位于基座(1)的正上方，所述基座(1)的中心位置设置有法兰(9)，所述法兰(9)通过一组预埋有应变片的测量螺钉(8)与基座(1)上表面的螺纹孔连接，所述激振器(2)倒立设置，且激振器(2)正下方的顶杆中心与法兰(9)中心对正连接，所述测量螺钉(8)连接至数据采集仪。
2.根据权利要求1所述的轴向振动下螺钉松动机理检测装置，其特征在于，所述基座(1)的两侧对称设置有若干T型槽，所述第一侧立柱(3)和第二侧立柱(7)上设置有若干螺栓孔，所述第一侧立柱(3)和第二侧立柱(7)通过穿插在螺栓孔中的T型螺栓与T型槽固定。
3.根据权利要求1所述的轴向振动下螺钉松动机理检测装置，其特征在于，所述测量螺钉(8)设置有8个，且测量螺钉均匀的分布在法兰(9)的周向上。
4.根据权利要求1所述的轴向振动下螺钉松动机理检测装置，其特征在于，所述第一侧立柱(3)和第一立柱连接件(4)之间以及第二侧立柱(7)和第二立柱连接件(6)之间均通过螺栓连接。
5.轴向振动下螺钉松动机理检测方法，采用权利要求1所述的轴向振动下螺钉松动机理检测装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照顺序依次拧紧测量螺钉至A％的最大预紧力，A＜100，然后通过激振器进行N个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律；
步骤二：选取第一对照组与步骤一尺寸规格相同的测量螺钉，按照顺序依次拧紧螺钉至100％的最大预紧力，然后通过激振器进行N个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律；
步骤三：选取第二对照组与步骤一尺寸规格相同的测量螺钉，按照顺序给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的B％，再按照顺序给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的C％，再按照顺序给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的A％，再按照顺序给每个测量螺钉施加预紧力至100％的最大预紧力，其中，B＜C＜A＜100，然后通过激振器进行N个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律；
步骤四：选取与步骤一尺寸规格相同的测量螺钉，按照先奇数位后偶数位的顺序依次拧紧测量螺钉至A％的最大预紧力，然后通过激振器进行N个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律；
步骤五：选取第三对照组与步骤一尺寸规格相同的测量螺钉，按照步骤四的顺序依次拧紧测量螺钉至100％的最大预紧力，然后通过激振器进行N个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律；
步骤六：选取第四对照组与步骤一尺寸规格相同的测量螺钉，按照步骤四的顺序依次给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的B％，再按照步骤四的顺序依次给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的C％，再按照步骤四的顺序依次给每个测量螺钉施加预紧力至最大预紧力的A％，再按照步骤四的顺序依次给每个螺钉施加预紧力至100％的最大预紧力，然后通过激振器进行N个轴向振动的加载循环，同时通过与测量螺钉连接的数据采集仪监测轴向振动施加过程中预紧力的变化规律。
6.根据权利要求5所述的轴向振动下螺钉松动机理检测方法，其特征在于，所述A＝70。
7.根据权利要求6所述的轴向振动下螺钉松动机理检测方法，其特征在于，所述B＝30。
8.根据权利要求7所述的轴向振动下螺钉松动机理检测方法，其特征在于，所述C＝50。
9.根据权利要求5所述的轴向振动下螺钉松动机理检测方法，其特征在于，所述N＝10万。
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