CN114112266B - 一种紧固件组件防松性能测定方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种紧固件组件防松性能测定方法，通过测试不同紧固件组件的各个紧固件在发生松动的时候的紧固轴力，将紧固件组件中各紧固件的预紧力在发生松动时的值按照从大到小排序分别为F1·F2·F3……Fn，定义紧固件组件的防松性能值为N，通过对比N的大小判断不同的紧固件组件的防松能力，N值越大的，则防松性能相对较低；t时刻为当紧固件组件发生松动后。能够对由多个紧固件组成的紧固件组件进行防松性能的测定，实现多组不同紧固形式的紧固件组件之间的防松性能比较，更加准确判定不同紧固件组件紧固形式的防松性能优劣，便于设计人员在设计过程中进行选型设计。
Description
技术领域
本发明涉及紧固件防松性能测试领域，更具体地，涉及一种紧固件组件防松性能测定方法及其装置。
背景技术
紧固件组件(如法兰等)广泛的应用在各种机械设备当中，如飞机、车辆、船舶、铁路、桥梁等。紧固件组件在承担连接作用时，经常会受到横向或者纵向的振动载荷等作用，在这种载荷力的日积月累下，紧固件组件就会慢慢出现松动，松动到一定程度后，就会导致紧固件组件丧失其联接的作用，造成设备或者部件失效或破坏,甚至酿成安全事故。现有的技术中对于紧固件的测试均是针对单个螺纹紧固件，但是紧固件组件防松性能测试与单个紧固件不同，需要同时对组件内若干紧固件同时进行监测，并且紧固件间的紧固力属于联动状态，单个紧固件防松性能的测试并不能代表整个紧固件组件的防松性能，因此现有对单个紧固件的防松性能测试难以用于评估对整个紧固件组件的防松性能。同时，不同的紧固件的紧固形式对于防松性能也是具有很大的影响，在对比不同紧固件组件防松性能的时候，往往只是单独对比一个紧固件的防松性能，会出现一种情况是，两个紧固件组件在进行防松性能比较的时候，单个紧固件防松性能较好的紧固形式在组成紧固件组件的时候，其紧固件组件的防松性能反而较差。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中缺少对紧固件组件的防松性能评定的问题，提供一种紧固件组件防松性能测定方法及其装置，对紧固件组件进行防松性能测试并对紧固件组件的防松性能进行评定。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种紧固件组件防松性能测定方法，包括以下步骤：
步骤一：将紧固件组件安装在测试环境中；使用多个紧固件将两个测试板连接在一起，多个紧固件构成将两个测试板固定连接的紧固件组；在每个紧固件的通孔串接紧固轴力传感器，并将紧固轴力传感器与采集仪电连接，采集仪采集紧固轴力传感器的紧固轴力，按照标准件使用规定的初始预紧力拧紧每个紧固件；第一测试板或第二测试板在进行测试的过程中进行固定。
步骤二：通过振动装置向测试板提供振动激励，并保持采集仪一直处于收集紧固轴力传感器数据的状态；
步骤三：逐渐增加振动装置的振动驱动幅值，直至紧固件组件发生松动并记录该状态下的振动驱动幅值；在进行对紧固件组件进行正式试验前，先通过预试验获得让紧固件发生松动的振动驱动幅值，使得在对紧固件组件进行正式试验的时候，紧固件能够在较短时间内依次发生松动，进而紧固件组件的连接强度发生显著衰减，让测试获得准确的数据。同时，该振动驱动幅值为不同紧固件组件所共用的振动参数，保持该振动参数不变，通过控制变量，让不同紧固件组件之间的防松性能的对比更加可靠和准确。
步骤四：关闭振动装置，重新按照标准件使用规定的初始预紧力拧紧每个紧固件；
步骤五：开启振动装置，并令振动装置按照步骤三中所记录的振动驱动幅值进行测试，并保持对紧固轴力传感器的数据的检测和保存；
步骤六：当紧固件组件发生松动，停止测试并保存测试数据；
步骤七：将紧固件全部拆下后更换其他样式的紧固件；更换其他样式的紧固件包括更换不同的垫片、螺栓和螺母的型号。
步骤八：重复步骤四至步骤七至少三次后，根据测试数据绘制振动时间-紧固力曲线；
步骤九：将紧固件组件中各紧固件的预紧力在t时刻的值按照从大到小排序分别为F1、F2、F3……Fn，定义紧固件组件的防松性能值为N，通过对比N的大小判断紧固件组件的防松能力，N值越大的，则防松性能相对较低；t时刻为当紧固件组件发生松动后。
在上述的技术方案中，在测试的过程中获取同一紧固件组件中不同紧固件在发生松动时的紧固件变化，并将同一紧固件组件所有的紧固件的紧固力归结为一个防松性能值N，通过对比不同紧固件组件的防松性能值，判定不同紧固件组件的防松性能。
优选的，紧固件组件发生松动定义为紧固件的紧固轴力下降至初始预紧力的90％以下。当全部紧固件的预紧力下降至初始预紧力的90％以下，紧固件组件就会失去保持两个测试板连接状态的能力且能够肉眼可见的发现紧固件松动，在测试过程中能够给测试人员一个明显指令。
优选的，在所述步骤三中，按振动试验台标准的扫频操作方法扫频并找到振动装置的一阶共振频率并一阶共振频率驱动下逐渐增加振动装置的振动驱动幅值。在一阶共振频率下逐渐增加振动装置的振动驱动幅值可以让紧固件组件在更合适的时间内发生松动，避免因为共振频率太小导致试验时间太长或紧固件组件不会松动，共振频率太大导致紧固件组件松动太快而不便于监测紧固件的松动过程。
优选的，振动装置提供正弦振动激励。采用正弦振动激励更便于共振点实验。
优选的，在步骤三中，从逐渐增加振动装置的振动驱动幅值至紧固件组件发生松动的时间需要大于预设的时间阈值，若低于预设的时间阈值，则调整振动驱动幅值的增加幅度并重新从步骤一开始进行测定。通过设置时间阈值，只有超过该时间阈值，才能让在紧固件组件松动的正式测试中有足够的测试时间，让测试人员能够有充足的时间监测紧固件的松动过程并获取数据。
优选的，在步骤一中，在紧固件上涂抹润滑油；在步骤三中，监测紧固件的温度不超过预设的阈值。润滑油可以避免紧固件在测试过程中咬死，而当在测试过程中发现紧固件的温度高于阈值，说明紧固件发生咬死现象，会影响测试结果，需要重新进行测试，在步骤三中确定的振动驱动幅值需要紧固件在测试过程中不会发生咬死现象，从而确保后续的测试步骤中紧固件不会发生咬死现象。
优选的，在所述步骤一中，测试板安装有配重块。配重块在测试的过程中能构提供足够大的惯性交变力，使得紧固件组件发生错位移动更加显著，紧固件组件的连接强度可以发生更显著的变化。
一种用于上述的紧固件组件防松性能测定方法的装置，包括第一测试板和第二测试板，所述第一测试板和所述第二测试板上均设置有多个呈圆周阵列分布的紧固件安装孔，且所述第一测试板的紧固件安装孔和所述第二测试板的紧固件安装孔一一对应；所述第一测试板的紧固件安装孔处的表面装有紧固轴力传感器。
在上述的技术方案中，在进行紧固件测试的时候，将第一测试板和第二测试板的紧固件安装孔一一对齐后装入待测试的紧固件，然后固定第一测试板后通过令第二测试板连接振动装置，令第二测试板发生振动。第二测试板发生振动令紧固件发生松脱并令紧固轴力传感器实时检测紧固件的紧固轴力。紧固轴力传感器在使用的时候连接采集仪。
优选的，所述第一测试板的远离紧固件安装孔的一端设置有用于固定于水平面上的底座板；所述第二测试板的远离紧固件安装孔的一端设置有安装板，所述安装板上安装有配重块。第一测试板通过底座板可以固定或放置于平面上，令第一测试板无需进行额外的固定也可以进行测试。配重块的重量可以根据紧固件组件的紧固力进行选择，在振动过程中提供足够大的惯性交变力，使得紧固件组件发生错位移动，促使紧固件较短时间内依次发生松动，进而紧固件组件的连接强度发生显著衰减。
优选的，所述第二测试板设置有锥形孔，所述锥形孔内装有锥形垫圈。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够对由多个紧固件组成的紧固件组件进行防松性能的测定，实现多组不同紧固形式的紧固件组件之间的防松性能比较，更加准确判定不同紧固件组件紧固形式的防松性能优劣，便于设计人员在设计过程中进行选型设计。
附图说明
图1为本发明的一种紧固件组件防松性能测定方法的流程图；
图2为本发明的振动时间-紧固力曲线；
图3为本发明的用于紧固件组件防松性能测定方法的装置的结构示意图；
图4为本发明的紧固件安装的结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例1
如图1所示为一种紧固件组件防松性能测定方法的实施例1，包括以下步骤：
步骤一：将紧固件组件安装在测试环境中；使用多个紧固件将两个测试板连接在一起，多个紧固件构成将两个测试板固定连接的紧固件组；在每个紧固件的通孔串接紧固轴力传感器，并将紧固轴力传感器与采集仪电连接，采集仪采集紧固轴力传感器的紧固轴力，按照标准件使用规定的初始预紧力拧紧每个紧固件；第一测试板或第二测试板在进行测试的过程中进行固定。
步骤二：通过振动装置向测试板提供振动激励，并保持采集仪一直处于收集紧固轴力传感器数据的状态；
步骤三：逐渐增加振动装置的振动驱动幅值，直至紧固件组件发生松动并记录该状态下的振动驱动幅值。在进行对紧固件组件进行正式试验前，先通过预试验获得让紧固件发生松动的振动驱动幅值，使得在对紧固件组件进行正式试验的时候，紧固件能够在较短时间内依次发生松动，进而紧固件组件的连接强度发生显著衰减，让测试获得准确的数据。同时，该振动驱动幅值为不同紧固件组件所共用的振动参数，保持该振动参数不变，通过控制变量，让不同紧固件组件之间的防松性能的对比更加可靠和准确。
步骤四：关闭振动装置，重新按照标准件使用规定的初始预紧力拧紧每个紧固件；
步骤五：开启振动装置，并令振动装置按照步骤三中所记录的振动驱动幅值进行测试，并保持对紧固轴力传感器的数据的检测和保存；
步骤六：当紧固件组件发生松动，停止测试并保存测试数据；
步骤七：将紧固件全部拆下后更换其他样式的紧固件；更换其他样式的紧固件包括更换不同的垫片、螺栓和螺母的型号。
步骤八：重复步骤四至步骤七至少三次后，根据测试数据绘制如图2所示的振动时间-紧固力曲线；
步骤九：将紧固件组件中各紧固件的预紧力在t时刻的值按照从大到小排序分别为F1、F2、F3……Fn，定义紧固件组件的防松性能值为N，通过对比N的大小判断紧固件组件的防松能力，N值越大的，则防松性能相对较低；t时刻为当紧固件组件发生松动后。根据图2，N值越小，说明紧固轴力曲线预紧力附近小范围波动，说明预紧力没有显著改变，说明防松性能好。
本实施例的有益效果：在测试的过程中获取同一紧固件组件中不同紧固件在发生松动时的紧固力变化，并将同一紧固件组件所有的紧固件的紧固力归结为一个防松性能值N，通过对比不同紧固件组件的防松性能值，判定不同紧固件组件的防松性能。能够对由多个紧固件组成的紧固件组件进行防松性能的测定，实现多组不同紧固形式的紧固件组件之间的防松性能比较，更加准确判定不同紧固件组件紧固形式的防松性能优劣，便于设计人员在设计过程中进行选型设计。
不同紧固形式指的是组成紧固件组的紧固件由不同型号的螺栓、螺母和垫片连接而成。
实施例2
一种紧固件组件防松性能测定方法的实施例2，包括以下步骤：
步骤一：将紧固件组件安装在测试环境中；使用多个紧固件将两个测试板连接在一起并在紧固件上涂抹润滑油，多个紧固件构成将两个测试板固定连接的紧固件组，其中一个测试板或者两个测试板上装有配重块；在每个紧固件的通孔串接紧固轴力传感器，并将紧固轴力传感器与采集仪电连接，采集仪采集紧固轴力传感器的紧固轴力，按照标准件使用规定的初始预紧力拧紧每个紧固件；第一测试板或第二测试板在进行测试的过程中进行固定。
步骤二：通过振动装置向测试板提供正弦振动激励，并保持采集仪一直处于收集紧固轴力传感器数据的状态；
步骤三：按振动试验台标准的扫频操作方法扫频并找到振动装置的一阶共振频率并一阶共振频率驱动下逐渐增加振动装置的振动驱动幅值，直至紧固件组件的各个紧固件的紧固轴力下降至初始预紧力的90％以下并记录该状态下的振动驱动幅值；在进行对紧固件组件进行正式试验前，先通过预试验获得让紧固件发生松动的振动驱动幅值，使得在对紧固件组件进行正式试验的时候，紧固件能够在较短时间内依次发生松动，进而紧固件组件的连接强度发生显著衰减，让测试获得准确的数据。同时，该振动驱动幅值为不同紧固件组件所共用的振动参数，保持该振动参数不变，通过控制变量，让不同紧固件组件之间的防松性能的对比更加可靠和准确。
本实施例中，从逐渐增加振动装置的振动驱动幅值至各个紧固件的紧固轴力下降至初始预紧力的90％以下的时间需要大于预设的时间阈值，本实施例的时间阈值为10秒，若低于预设的时间阈值，则调整振动驱动幅值的增加幅度并重新从步骤一开始进行测定。通过设置时间阈值，只有超过该时间阈值，才能让在紧固件组件松动的正式测试中有足够的测试时间，让测试人员能够有充足的时间监测紧固件的松动过程并获取数据。在测试过程中，监测紧固件的温度不超过预设的阈值，若超过阈值则重新进行测试。
步骤四：关闭振动装置，重新按照标准件使用规定的初始预紧力拧紧每个紧固件；
步骤五：开启振动装置，并令振动装置按照步骤三中所记录的振动驱动幅值进行测试，并保持对紧固轴力传感器的数据的检测和保存；
步骤六：当紧固件组件的紧固件的紧固轴力下降至初始预紧力的90％以下，停止测试并保存测试数据；
步骤七：将紧固件全部拆下后更换其他样式的紧固件；更换其他样式的紧固件包括更换不同的垫片、螺栓和螺母的型号。
步骤八：重复步骤四至步骤七至少三次后，根据测试数据绘制振动时间-紧固力曲线；
步骤九：将紧固件组件中各紧固件的预紧力在t时刻的值按照从大到小排序分别为F1、F2、F3……Fn，定义紧固件组件的防松性能值为N，通过对比N的大小判断紧固件组件的防松能力，N值越大的，则防松性能相对较低；t时刻为当紧固件组件的紧固件的紧固轴力下降至初始预紧力的90％以下。
实施例3
一种用于实施例1或实施例2的测定方法的装置，如图2所示，包括第一测试板1和第二测试板2，第一测试板1和第二测试板2上均设置有多个呈圆周阵列分布的紧固件安装孔，且第一测试板1的紧固件安装孔和第二测试板2的紧固件安装孔一一对应；第一测试板1的紧固件安装孔处的表面装有紧固轴力传感器3。
具体的，第一测试板1的远离紧固件安装孔的一端设置有用于固定于水平面上的底座板101；第二测试板2的远离紧固件安装孔的一端设置有安装板201，安装板201上安装有配重块202。第一测试板1通过底座板101可以固定或放置于平面上，令第一测试板1无需进行额外的固定也可以进行测试。配重块202的重量可以根据紧固件组件的紧固力进行选择，在振动过程中提供足够大的惯性交变力，使得紧固件组件发生错位移动，促使紧固件4较短时间内依次发生松动，进而紧固件组件的连接强度发生显著衰减。第二测试板2的紧固件安装孔处设置有锥形孔203，锥形孔203内装有锥形垫圈204。
如图3、图4所示，在进行紧固件4测试的时候，将第一测试板1和第二测试板2的紧固件安装孔一一对齐后装入待测试的紧固件4，紧固件4的螺栓401安装于装有紧固轴力传感器6的一侧，螺母402安装在第二测试板2的一侧并与螺栓401螺纹连接，其中螺栓401与紧固轴力传感器3之间设置有第一垫圈403，螺母402与第二测试板2之间设置有第二垫圈404。完成全部紧固件的安装后，通过令第二测试板2连接振动装置，令第二测试板2发生振动。第二测试板2发生振动令紧固件4发生松脱并令紧固轴力传感器3实时检测紧固件4的紧固轴力。紧固轴力传感器3在使用的时候连接采集仪。
在本实施例中，振动装置提供与紧固件轴向垂直方向的正弦振动激励。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种紧固件组件防松性能测定方法，其特征在于，基于紧固件组件防松性能测定方法的装置，包括第一测试板(1)和第二测试板(2)，所述第一测试板(1)和所述第二测试板(2)上均设置有多个呈圆周阵列分布的紧固件安装孔，且所述第一测试板(1)的紧固件安装孔和所述第二测试板(2)的紧固件安装孔一一对应；所述第一测试板(1)的紧固件安装孔处的表面装有紧固轴力传感器(3)；所述第一测试板(1)的远离紧固件安装孔的一端设置有用于固定于水平面上的底座板(101)；所述第二测试板(2)的远离紧固件安装孔的一端设置有安装板(201)，所述安装板(201)上安装有配重块(202)；所述第二测试板(2)设置有锥形孔(203)，所述锥形孔(203)内装有锥形垫圈(204)；
具体包括以下步骤：
步骤一：将紧固件组件安装在测试环境中，具体为：使用多个紧固件将两个装有配重块的测试板连接在一起，多个紧固件构成将两个测试板固定连接的紧固件组件；在每个紧固件的通孔串接紧固轴力传感器，并将紧固轴力传感器与采集仪电连接，采集仪采集紧固轴力传感器的紧固轴力，按照标准件使用规定的初始预紧力拧紧每个紧固件；在紧固件上涂抹润滑油；
步骤二：通过振动装置向测试板提供正弦振动激励，并保持采集仪一直处于收集紧固轴力传感器数据的状态；
步骤三：逐渐增加振动装置的振动驱动幅值，直至紧固件组件发生松动并记录该状态下的振动驱动幅值，从逐渐增加振动装置的振动驱动幅值至紧固件组件发生松动的时间需要大于预设的时间阈值，若低于预设的时间阈值，则调整振动驱动幅值的增加幅度并重新从步骤一开始进行测定；按振动试验台标准的扫频操作方法扫频并找到振动装置的一阶共振频率并一阶共振频率驱动下逐渐增加振动装置的振动驱动幅值；监测紧固件的温度不超过预设的阈值；
紧固件组件发生松动定义为紧固件的紧固轴力下降至初始预紧力的90％以下；
步骤四：关闭振动装置，重新按照标准件使用规定的初始预紧力拧紧每个紧固件；
步骤五：开启振动装置，并令振动装置按照步骤三中所记录的振动驱动幅值进行测试，并保持对紧固轴力传感器的数据的检测和保存；
步骤六：当紧固件组件发生松动，停止测试并保存测试数据；
步骤七：将紧固件全部拆下后更换其他样式的紧固件；
步骤八：重复步骤四至步骤七至少三次后，根据测试数据绘制振动时间-紧固力曲线；
步骤九：将紧固件组件中各紧固件的预紧力在t时刻的值按照从大到小排序分别为F1、F2、F3······Fn，定义紧固件组件的防松性能值为N，通过对比N的大小判断紧固件组件的防松能力，N值越大的，则防松性能相对较低；t时刻为当紧固件组件发生松动后。
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