CN113639975A

CN113639975A - 一种振动过程中螺栓预紧力衰减测试装置及测试方法

Info

Publication number: CN113639975A
Application number: CN202110705507.7A
Authority: CN
Inventors: 韩帅帅; 王灿; 丁鹏
Original assignee: Jiangsu XCMG Construction Machinery Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu XCMG Construction Machinery Institute Co Ltd
Priority date: 2021-06-24
Filing date: 2021-06-24
Publication date: 2021-11-12

Abstract

本发明公开了一种振动过程中螺栓预紧力衰减测试装置及测试方法，该装置包括支架、螺栓固定及预紧力测试单元、被测试螺栓组件和角度测试单元，螺栓固定及预紧力测试单元包括固定在支架上的螺栓固定套螺栓固定套的外周还固定有连接板；被测试螺栓组件包括被测螺栓，被测螺栓的一端连接在螺栓固定套内，伸出于螺栓固定套外的一端连接有被测螺母，连接板和被测螺母之间设有滑动板；角度测试单元包括角度传感器、螺母套和磁性块，角度传感器连接在支架上，螺母套套接在被测螺母的外周，磁性块连接在螺母套的外周；本发明能够准确的获取转动预紧力损失和非转动预紧力损失，结构简单、易于实现。

Description

一种振动过程中螺栓预紧力衰减测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及螺栓预紧力检测技术领域，具体涉及一种振动过程中螺栓预紧力衰减测试装置及测试方法。

背景技术

螺栓连接是工程机械主要的连接形式，预紧力衰减导致螺栓松动，甚至断裂等现象发生，严重影响了主机产品连接的可靠性。螺栓预紧力的衰减因素的主要因素为螺母转动和被连接件接触面塑性变形、蠕变等（非转动）导致的预紧力衰减。螺母转动导致的预紧力衰减可通过增加尼龙自锁螺母、金属锁片螺母等来改善；接触面塑性变形、蠕变等（非转动）导致的预紧力衰减可改变接触面的状态（硬度、表面粗糙度等）来改善。在螺栓振动过程中如何准确识别螺栓松动的主要因素（螺母转动或接触面非转动）对于提高连接系统的可靠性具有重要意义。

如申请号为201510927665.1的专利，需要实验室建立大量的振动信号与预紧力样本数据库作为检测基础，造成检测成本高。同时，振动信号对应关系准确度直接影响预紧力检测精度。实际检测中的振动信号如果不在振动信号样本数据库中，就无法获得准确的预紧力，更不能准确获得螺母转动或非转动松动导致的预紧力衰减。

目前，尚无有效的检测装置和方法准确的识别出螺母转动和非转动导致的预紧力衰减。

发明内容

本发明的目的在于提供一种振动过程中螺栓预紧力衰减测试装置及测试方法，以解决现有技术中导致的不能准确的识别出螺母转动和非转动导致的预紧力损失的问题。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明提供了一种振动过程中螺栓预紧力衰减测试装置，包括：

支架；

螺栓固定及预紧力测试单元，包括固定在所述支架上的螺栓固定套和设置在所述螺栓固定套外周的压力传感器，所述螺栓固定套的外周还固定有连接板；

被测试螺栓组件，包括被测螺栓，所述被测螺栓的一端连接在所述螺栓固定套内，伸出于所述螺栓固定套外的一端连接有被测螺母，所述连接板和所述被测螺母之间设有滑动板；

角度测试单元，包括角度传感器、螺母套和多个磁性块，所述角度传感器连接在所述支架上，所述螺母套套接在所述被测螺母的外周，多个所述磁性块均布在所述螺母套的外周；

所述滑动板滑动使所述被测试螺栓组件的预紧力衰减，通过所述角度传感器和压力传感器获取转动预紧力损失和非转动预紧力损失。

进一步地，所述角度传感器通过推力电动缸连接在所述支架上，所述推力电动缸用于调节所述角度传感器和螺母套之间的距离。通过设置的推力电动缸调节距离，当被测螺母尺寸增大时，调节角度传感器向远离螺母套一侧的运动，当被测螺母尺寸减小时，调节角度传感器向靠近螺母套的一侧运动，使角度传感器和螺母套的距离保持在测试范围，使本申请能够适应不同型号尺寸的被测螺母组件的测试。

进一步地，所述推力电动缸和所述支架之间设有阻尼垫块。阻尼垫块的设置防止支架振动过程对角度测量的影响，进而保证了角度传感器测量角度的精准度。

进一步地，所述螺母套和所述被测螺母之间设有环形软垫。环形软垫的设置确保磁性螺母套在振动过程中不晃动，减少了角度测量的影响。

进一步地，所述磁性块的数量有四个，四个所述磁性块两两对称设置。

进一步地，所述固定支架上安装有用于测量所述滑动板横向振动位移的位移传感器。

进一步地，所述螺栓固定套通过T形销固定在支撑架上，所述支撑架固定在所述支架上。

进一步地，所述固定板和连接板之间设有减磨垫。减磨垫的设置能够减小固定板和连接板之间的滑动摩擦，保证连接板在动力源的带动下的滑动效果，保证了装置的使用寿命，并保证螺栓组件预紧力衰减的效果。

本发明根据上述的螺栓预紧力衰减测试装置，还提供了一种测试方法，包括如下步骤：

压力传感器获取被测试螺栓组件的初始预紧力；

滑动板滑动以使所述被测试螺栓组件的预紧力衰减；

角度传感器通过所述磁性块获取被测螺母的转动角度；

根据所述被测螺母的转动角度计算出转动预紧力损失；

压力传感器获取被测试螺栓组件的残余预紧力；

根据所述初始预紧力、转动预紧力损失和残余预紧力计算出非转动预紧力损失。

进一步地，所述被测试螺栓组件的预紧力衰减包括：被测螺母转动造成的预紧力衰减和被测螺栓连接各配合面塑性变形、蠕变导致的预紧力损失。

根据上述技术方案，本发明的实施例至少具有以下效果：

1、本申请设计的测试装置，通过压力传感器获取被测试螺栓组件的初始预紧力，滑动板运动提供横向振动使螺母松动，振动后的残余预紧力通过压力传感器获取，角度测试单元通过磁性块的磁场变化能够对准确的获取螺母的转动角度进而获取转动预紧力损失，通过初始预紧力、残余预紧力和转动预紧力损失能够获取非转动预紧力损失，本发明结构简单、易于实现；

2、本申请通过在螺栓固定套上设置的压力传感器、能够使螺母松动的滑动板和角度测试单元即可获取转动预紧力损失和非转动预紧力损失，具有适用范围广、调整方便，检测动作灵活的优点。

附图说明

图1为本发明具体实施方式测试装置的整体结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中角度测试单元的布置结构示意图；

图3为本发明具体实施方式中被测试螺栓组件和螺栓固定及预紧力测试单元的连接剖视图；

图4为本发明具体实施方式中被测试螺栓组件的预紧力分析示意图。

其中：1、电动缸；2、联轴器；3、滑动板；4、被测试螺栓组件；5、角度测试单元；6、固定板；7、螺栓固定及预紧力测试单元；8、T型滑轨；9、位移传感器；10、支架；5.1、角度传感器；5.2、螺母套；5.3、环形软垫；5.4、磁性块；5.5、阻尼垫块；5.6、推力电动缸；4.1、被测螺母；4.2、被测螺栓；6、固定板；7.1、环形垫片；7.2、减磨垫；7.3、连接板；7.4、压力传感器；7.5、支撑架；7.6、T形销；7.7、螺栓固定套。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本发明所要解决的技术问题是解决螺栓在振动过程中检测出螺栓由转动和非转动（接触面塑性变形、蠕变等）原因导致的预紧力损失，应用该发明能够实现螺栓预紧力衰减过程中区分出螺母转动、接触面塑性变形等导致的预紧力损失，可更好的指导螺栓连接设计、工艺的改进，提升连接可靠性、稳定性，提高产品的使用性能。

实施例1

如图1至图4所示，一种振动过程中螺栓预紧力衰减测试装置，包括支架10、螺栓固定及预紧力测试单元7、被测试螺栓组件4和角度测试单元5，螺栓固定及预紧力测试单元7包括固定在支架10上的螺栓固定套7.7和设置在螺栓固定套7.7外周的压力传感器7.4，螺栓固定套7.7的外周还固定有连接板7.3；被测试螺栓组件4包括被测螺栓4.2，被测螺栓4.2的一端连接在螺栓固定套7.7内，伸出于螺栓固定套7.7外的一端连接有被测螺母4.1，连接板7.3和被测螺母4.1之间设有滑动板3；角度测试单元5包括角度传感器5.1、螺母套5.2和多个磁性块5.4，角度传感器5.1连接在支架10上，螺母套5.2套接在被测螺母4.1的外周，多个磁性块5.4均布在螺母套5.2的外周；滑动板3滑动使被测试螺栓组件4的预紧力衰减，通过角度传感器5.1和压力传感器7.4获取转动预紧力损失和非转动预紧力损失。

本申请设计的测试装置，通过压力传感器获取被测试螺栓组件的初始预紧力，滑动板运动提供横向振动使螺母松动，振动后的残余预紧力通过压力传感器获取，角度测试单元通过磁性块的磁场变化能够对准确的获取螺母的转动角度进而获取转动预紧力损失，通过初始预紧力、残余预紧力和转动预紧力损失能够获取非转动预紧力损失，本发明结构简单、易于实现。

如图1所示，包括电动缸1、联轴器2、滑动板3、被测试螺栓组件4、角度测试单元5、固定板6、螺栓固定及预紧力测试单元7、T型滑轨8、位移传感器9、支架10等。

电动缸1通过联轴器与滑动板3相连接，位移传感器9固定在支架10上，用于检测滑动板3产生的横向位移。被测试螺栓组件4通过螺栓固定及预紧力测试单元7进行固定。

螺栓固定及预紧力测试单元7包括环形垫片7.1、减磨垫7.2、连接板7.3、压力传感器7.4、支撑架7.5、T形销7.6、螺栓固定套7.7，被测试螺栓4.2通过螺栓固定套7.7进行固定，螺栓套7.7通过T形销7.6固定在支撑架7.5上，支撑架7.5固定在支架10上。滑动板3连接在连接板7.3和被测螺母4.1之间，环形垫片7.1设置在滑动板3内，被测螺母将环形垫片压紧。滑动板3与连接板7.3上设置有减磨垫7.2，可降低滑动板在振动过程中的摩擦力。

角度测试单元5包括角度传感器5.1、螺母套5.2、环形软垫5.3、磁性块5.4、阻尼垫块5.5、推力电动缸5.6，角度传感器5.1通过检测螺母套5.2上的磁性块5.4磁场的变化来获取角度值。

螺母套5.2通过环形软垫5.3套接在被测试螺栓组件4中的被测螺母4.1的外周。螺母套5.2的外周均布有四个磁性块5.4。角度传感器5.1连接在推力电动缸5.6的输出端，推力电动缸5.6通过阻尼垫块5.5固定在固定板6上。

进一步地，螺栓固定及预紧力测试单元7位于支架10的右侧，电动缸1位于支架的左侧，电动缸1工作带动滑动板3在T型滑轨8上左右横向运动。滑动板3滑动通过环形垫片7.1带动被测螺母振动松动，使其预紧力衰减。进而通过角度传感器5.1和压力传感器7.4获取转动预紧力损失和非转动预紧力损失。

实施例2

基于实施例1中的测试装置，本实施例还提供了一种测试方法，该测试方法包括如下：通过压力传感器7.4获取被测试螺栓组件4的初始预紧力。

动力源驱动滑动板3运动，滑动板3滑动以使被测试螺栓组件4的预紧力衰减。

在被测试螺栓组件4的预紧力衰减过程中，角度传感器5.1通过磁性块5.4的磁场变化获取被测螺母4.1的转动角度。

根据所述被测螺母4.1的转动角度计算出转动预紧力损失。

压力传感器7.4获取被测试螺栓组件4的残余预紧力；根据所述初始预紧力、转动预紧力损失和残余预紧力计算出非转动预紧力损失。

具体的，被测试螺栓组件4拧紧后通过压力传感器7.4获得初始预紧力

，通过电动缸驱动滑动板6提供横向振动迫使螺栓松动，位移传感器9用于检测横向振动的位移，保证试验参数的稳定性，振动后的残余预紧力

也通过压力传感器7.4。振动过程中通过安装固定板3上的角度传感器5.1检测螺母套5.2上磁性块5.4磁场的变化实现螺母转动角度的检测，由公式

（E为弹性模量，可p为螺距、L为啮合长度，均为已知量），得出螺母转动导致的预紧力损失。非转动松动导致的预紧力损失

，如图4 所示。

在本实施例中，被测试螺栓组件4的预紧力衰减包括：被测螺母4.1转动造成的预紧力衰减和被测螺栓4.2连接各配合面塑性变形、蠕变导致的预紧力损失。各配合面塑性变形、蠕变包括被测螺母4.2底面与环形垫片7.1的接触配合面，滑动板3和减摩垫7.2之间的接触面，减摩垫7.2和连接板7.3之间的接触面。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims

1.一种振动过程中螺栓预紧力衰减测试装置，其特征在于，包括：

支架（10）；

螺栓固定及预紧力测试单元（7），包括固定在所述支架（10）上的螺栓固定套（7.7）和设置在所述螺栓固定套（7.7）外周的压力传感器（7.4），所述螺栓固定套（7.7）的外周还固定有连接板（7.3）；

被测试螺栓组件（4），包括被测螺栓（4.2），所述被测螺栓（4.2）的一端连接在所述螺栓固定套（7.7）内，伸出于所述螺栓固定套（7.7）外的一端连接有被测螺母（4.1），所述连接板（7.3）和所述被测螺母（4.1）之间设有滑动板（3）；

角度测试单元（5），包括角度传感器（5.1）、螺母套（5.2）和多个磁性块（5.4），所述角度传感器（5.1）连接在所述支架（10）上，所述螺母套（5.2）套接在所述被测螺母（4.1）的外周，多个所述磁性块（5.4）均布在所述螺母套（5.2）的外周；

所述滑动板（3）滑动使所述被测试螺栓组件（4）的预紧力衰减，通过所述角度传感器（5.1）和压力传感器（7.4）获取转动预紧力损失和非转动预紧力损失。

2.根据权利要求1所述的螺栓预紧力衰减测试装置，其特征在于，所述角度传感器（5.1）通过推力电动缸（5.6）连接在所述支架（10）上，所述推力电动缸（5.6）用于调节所述角度传感器（5.1）和螺母套（5.2）之间的距离。

3.根据权利要求1所述的螺栓预紧力衰减测试装置，其特征在于，所述推力电动缸（5.6）和所述支架之间设有阻尼垫块（5.5）。

4.根据权利要求1所述的螺栓预紧力衰减测试装置，其特征在于，所述螺母套（5.2）和所述被测螺母（4.1）之间设有环形软垫（5.3）。

5.根据权利要求1所述的螺栓预紧力衰减测试装置，其特征在于，所述磁性块（5.4）的数量有四个，四个所述磁性块（5.4）两两对称设置。

6.根据权利要求1所述的螺栓预紧力衰减测试装置，其特征在于，所述固定支架（10）上安装有用于测量所述滑动板（3）横向振动位移的位移传感器（9）。

7.根据权利要求1所述的螺栓预紧力衰减测试装置，其特征在于，所述螺栓固定套（7.7）通过T形销（7.6）固定在支撑架（7.5）上，所述支撑架（7.5）固定在所述支架（10）上。

8.根据权利要求1所述的螺栓预紧力衰减测试装置，其特征在于，所述固定板（6）和连接板（7.3）之间设有减磨垫（7.2）。

9.根据权利要求1至8任一项所述的螺栓预紧力衰减测试装置的测试方法，包括如下步骤：

压力传感器（7.4）获取被测试螺栓组件（4）的初始预紧力；

滑动板（3）滑动以使所述被测试螺栓组件（4）的预紧力衰减；

角度传感器（5.1）通过所述磁性块（5.4）获取被测螺母（4.1）的转动角度；

根据所述被测螺母（4.1）的转动角度计算出转动预紧力损失；

压力传感器（7.4）获取被测试螺栓组件（4）的残余预紧力；

10.根据权利要求9所述的螺栓预紧力衰减测试装置的测试方法，其特征在于，所述被测试螺栓组件（4）的预紧力衰减包括：被测螺母（4.1）转动造成的预紧力衰减和被测螺栓（4.2）连接各配合面塑性变形、蠕变导致的预紧力损失。