CN114323520A - 一种紧固件测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及紧固件检测技术领域，具体涉及一种紧固件测试装置。所述紧固件测试装置包括振动底座和测试组件；所述振动底座作往复振动运动，具有一振动方向；所述测试组件设有安装位；所述安装位用于安装待测紧固件，具有一轴线，与所述待测紧固件同轴；还包括活动件；所述活动件安装于所述振动底座上，所述振动底座带动所述活动件沿所述振动方向作往复冲击运动；所述测试组件固定安装于所述活动件，所述轴线与所述振动方向平行或与所述振动方向呈锐角。本发明的测试装置提供轴向测试、斜向测试的试验条件，对待测紧固件的形成持续的、有效的冲击，具有较高检测准确性。

Description

一种紧固件测试装置

技术领域

本发明涉及紧固件检测技术领域，更具体地，涉及一种紧固件测试装置。

背景技术

螺纹紧固件是工业产品中广泛应用的零件，在其起连接作用的同时，会因长期受到各类振动载荷的影响而松动，导致设备失效甚至酿成安全事故。各类紧固件在工程应用之前，需进行防松性能评估。

目前，用于评估螺纹紧固件防松性能的试验方法主要有两种：套筒冲击试验(又称NAS振动试验法)及横向振动试验(又称容克试验法)。套筒冲击试验源于NASA，现已制定为国家军用标准(GJB 715.3A-2002)，该方法加载方式及冲击振动条件更接近紧固件实际应用状态，通用于航空航天行业。横向振动试验法原理起源于德国Junker试验机，可以精确测量紧固件在振动过程中预紧力的变化，通过预紧力与振动时间的曲线来评估防松性能的优劣，该方法现已制定为国家标准(GBT 10431-2008)。

然而，上述两类试验方法均是针对紧固件在其横向上的性能测试，但实际应用中，许多结构节点的动态载荷不只是横向的，也可能是轴向的，或者是两者的复合，节点上的紧固件受到同样方向的载荷，列车连接机构就是一个典型的例子：机车的反复启动、火车的制动和车厢的相互撞击导致承重紧固件在轴向的交变载荷，它们的松动可能会产生灾难性的后果。由此可见，两类试验方法的检测结果无法有效评估紧固结构在实际应用中的防松可靠性，现有技术也未有针对其他试验方法的测试装置。

发明内容

本发明提供一种紧固件测试装置，用于提高紧固件性能检测的准确性。本发明采取的技术方案包括：一种紧固件测试装置，包括振动底座和测试组件；所述振动底座作往复振动运动，具有一振动方向；所述测试组件设有安装位；所述安装位用于安装待测紧固件，具有一轴线，与所述待测紧固件同轴；还包括活动件；所述活动件安装于所述振动底座上，所述振动底座带动所述活动件沿所述振动方向作往复冲击运动；所述测试组件固定安装于所述活动件，所述轴线与所述振动方向平行或与所述振动方向呈锐角。

振动底座的所述往复振动运动处于一直线上，该直线的延伸方向即为所述振动方向。测试组件用于模拟紧固结构，被振动底座带动，对紧固件的防松、负载等性能进行测试，其上设有配合紧固件外形的安装位，紧固件安装后处于与安装位同轴的位置，所述待测紧固件即为安装于安装位的紧固件。区别于测试组件直接安装于振动底座的常规连接方式，本发明设有活动件，活动件连接测试组件和振动底座，测试组件固定安装于活动件，彼此不产生相对运动，而活动件与振动底座的连接为可活动安装形式，振动底座的往复振动使活动件重复撞击，以此对待测紧固件施加振动载荷，有效避免上述常规连接方式存在的由于重心偏置等因素造成的卡滞现象，提高测试组件的可控程度，保证运动顺畅进行，使振动底座的振动对待测紧固件的形成持续的、有效的冲击，提高检测准确性。同时，活动板用于固定待测紧固件的摆向，安装位的轴线与振动方向平行，使待测紧固件接受平行于其自身轴向的振动载荷的测试(轴向测试)，或，安装位的轴线与振动方向呈锐角，使待测紧固件接受倾斜于其自身轴向的振动载荷的测试(斜向测试)，弥补现有技术中仅存在横向测试的空白，综合评估紧固件在其他方向上的性能表现，使试验条件接近实际应用场景，得到更具参考性的检测结果。

进一步，作为可选方案之一，所述活动件包括安装底板；所述安装底板安装于所述振动底座上，所述安装底板具有一中心轴，所述中心轴与所述振动方向平行；所述测试组件安装于所述安装底板的板面上，所述轴线与所述中心轴平行。

在该可选方案中，活动件用于进行轴向测试，安装底板为具有一中心轴的板状结构，所述中心轴、轴线和振动方向两两平行，待测紧固件的轴向与所述振动方向平行，形成轴向测试的试验条件。

进一步，作为可选方案之一，所述活动件包括安装底板和楔形块；所述安装底板安装于所述振动底座上；所述楔形块设于安装底板的板面上，所述楔形块具有一斜面，所述斜面与所述振动方向呈锐角；所述测试组件安装于所述楔形块上，所述轴线与所述斜面垂直。

在该可选方案中，活动件用于进行斜向测试，通过凸起于安装底板板面的楔形块创造安装位的倾斜角度，由于所述轴线与楔形块的斜面垂直，所述轴线与振动方向形成的角度等于90°减去所述振动方向和所述斜面形成的角度，所述轴线与振动方向形成的角度必然小于90°，为锐角，形成斜向测试的试验条件。

进一步，还包括替换活动件；所述替换活动件可拆卸地安装于所述振动底座上，所述振动底座带动所述替换活动件沿所述振动方向的作往复冲击运动；所述测试组件安装于所述替换活动件，所述轴线与所述振动方向垂直；所述替换活动件和所述活动件在所述振动底座上的安装位置相同，二者择一安装于所述振动底座上。

替换活动件用于进行横向测试，如上述相较现有的横向测试具有更顺畅的往复冲击运动，具有更准确的检测结果，同时结合活动件和替换活动件的试验结果，可得到有效评估紧固件在实际应用中的防松可靠性。另一方面，活动件和替换活动件为可拆卸设计，二者替换使用，共用一套振动底座和驱动振动底座运动的驱动装置，最大程度减少试验设备的数量。

进一步，所述替换活动件包括安装底板和支起结构；所述安装底板安装于所述振动底座上；所述支起结构设于安装底板的板面上并向外伸出，其伸出方向与所述振动方向平行；所述测试组件安装于所述支起结构上，所述轴线与所述伸出方向垂直。

安装底板靠近振动底座的一侧为内侧，靠近外界的一侧为外侧，设于安装底板上的支起结构向外侧伸出，所述伸出方向与所述振动方向平行，所述轴线垂直所述伸出方向，即必然垂直所述振动方向，形成横向测试的试验条件。

进一步，安装底板和所述楔形块、支起结构的连接均为可拆卸连接，测试组件和安装底板、楔形块、支起结构的连接均为可拆卸连接。

进一步，所述安装底板的板面为几何对称图形，具有一几何中心；所述安装底板在所述几何中心处连接所述振动底座；所述测试组件包括多个，每一测试组件与所述几何中心的距离相同。更进一步，所述安装底板的板面为圆形，所述几何中心为板面的圆心。

进一步，所述测试组件绕所述几何中心呈对称分布。

振动底座从安装底板板面的几何中心传递振动应力，所述几何中心与每一测试组件的距离相同，确保同时测试的多个待测紧固件受到相同的振动载荷。

进一步，还包括滑动轴；所述振动底座开有轴孔；所述轴孔的延伸方向与所述振动方向相同；所述活动件通过所述滑动轴安装于所述轴孔，所述滑动轴与所述轴孔间隙配合；所述滑动轴的长度大于所述轴孔的长度，所述振动底座被驱动作往复振动运动时，所述滑动轴沿所述振动方向在所述轴孔内往复滑动，带动所述活动件作撞击、远离所述振动底座的往复冲击动作。

滑动轴与轴孔间隙配合，滑动轴的径向受到限位，具有轴向的自由度，在振动底座运动时被带动进行轴向运动，滑动轴的轴向、轴孔的轴向和振动方向处在同一直线上。滑动轴的轴向长度大于轴孔的轴向长度，使活动件与振动底座之间存在活动间隔，以使活动件作活动件作撞击、远离所述振动底座的往复冲击动作。

进一步，所述活动件包括两个，分别连接所述滑动轴的两端，对称地分布在所述振动底座的两侧。

为了限制滑动轴脱离轴孔，并且实现往复滑动，两个活动件分别连接所述滑动轴的两端，对称地分布在所述振动底座的两侧，同时保证两个活动件上的待测紧固件受到相同的振动载荷。

进一步，所述测试组件设有接触块；所述接触块呈圆台状，环绕于所述安装位外，与所述安装位同轴。

形变量表征弹性变形的程度，松弛量表征塑性变形的程度，相较于弹性变形，塑性变形不可自行恢复，当接触块的接触面的弹性形变超出限度就会发生塑性形变，丧失预紧力，塑性变形为紧固件松动的一个重要原因。圆台状的接触块具有两个同轴的圆形底面，环绕于所述安装位外，用于放大紧固结构在所述轴线上的形变量，以加速检测紧固件的防松性能：接触块的母线为接触面，母线与所述轴线呈锐角θ，sinθ小于1，紧固件在所述轴线上的松弛量r等于接触面的松弛量e除以sinθ，因此相较于接触面平行于所述轴线的实施方式，松弛量r的增大倍数为(1/sinθ-1)。

进一步，所述接触块的母线与所述轴线形成的角度在30°～45°之间。

放大待测紧固件的轴向形变量的同时，需要保证径向的冲击强度，因此锐角θ宜控制在30°～45°之间。

进一步，所述测试组件包括配重块、连接件和垫片；所述配重块呈圆筒状，具有一开口空腔；所述接触块设于所述开口空腔内，其母线一侧紧贴所述开口空腔的内壁；所述连接件沿所述轴线穿过所述接触块，并从所述开口空腔的底部伸出，与所述活动件连接；所述安装位设于所述连接件的顶部；所述垫片设于所述待测紧固件和所述连接件之间。

连接件用于连接配重块和活动件，并且为待测紧固件提供安装位。开口空腔的开口为其顶部，连接件的顶部处于开口空腔内，连接件在开口空腔内穿过接触块，并从开口空腔的内壁底部穿出，与活动件连接。

与现有技术相比，本发明基于套筒冲击试验的改进，具有以下有益效果：

(1)活动件提供轴向测试或斜向测试的试验条件，使试验条件接近实际应用场景，得到更具参考性的检测结果。

(2)测试组件安装于活动件上，通过活动件与振动底座的相对运动对待测紧固件的形成持续的、有效的冲击，提高检测准确性。

(3)测试组件内设有接触块，有效加速评估待测紧固件防松性能的过程，在标准试验的有限时长中得到准确评估结果。

附图说明

图1为本发明的实施例的紧固件检测装置立体图。

图2为本发明的实施例的紧固件检测装置的水平剖面图。

图3为本发明的实施例的测试组件水平剖面图。

图4为本发明的实施例的连接件的竖直剖面示意图。

图5为本发明的实施例的替换活动件的立体图。

图6为本发明的实施例的接触块加速原理的示意图。

图7为本发明的实施例的第二活动件的立体图。

附图标号：振动底座1；滑动轴11；轴端固定件12；测试组件2；待测紧固件21；安装位21；接触块22；配重块23；连接件24；垫片25；横向固定件26；安装底板301；楔形块302；支起结构303。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，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。

实施例1

本实施例提供一种紧固件测试装置，包括振动底座1和测试组件2；振动底座1被驱动作往复振动运动，具有一振动方向；测试组件2设有安装位21；安装位21用于安装待测紧固件，具有一轴线，与待测紧固件同轴；还包括活动件，为了区分下文实施例2的活动件，本实施例的活动件命名为第一活动件；所述第一活动件安装于振动底座1上，振动底座1带动第一活动件沿振动方向作往复冲击运动；测试组件2固定安装于第一活动件，轴线与振动方向平行或与振动方向呈锐角。

本实施例的轴线特指安装位21的轴线，振动方向特指振动底座1的运动方向。

具体地，如图1所示，第一活动件包括安装底板301和支起结构303。安装底板301安装于振动底座1上，其中心轴与振动底座1的振动方向平行。测试组件2安装于所述安装底板301的板面上，使轴线与中心轴平行。

安装底板301包括两个，分别连接滑动轴11的两端，对称分布在振动底座1的两侧。每个呈圆盘状，两侧板面为圆形，靠近振动底座1的为内侧板面，靠近外界的板面为外侧板面，圆盘的中轴线与振动方向处于同一直线上。如图2所示，滑动轴11穿过振动底座1上的轴孔，与轴孔间隙配合，两端伸出轴孔一段距离，两个安装底板301分别通过轴端固定件12连接滑动轴11的两端，与振动底座1之间留有活动间隔，以被滑动轴11带动，作撞击、远离振动底座1的往复冲击动作。

测试组件2包括八个，每个安装底板301上安装四个测试组件2，四个测试组件2以安装底板301的中心轴为中心均匀分布在外侧板面的圆周，每一测试组件2与中心轴的距离相同，垂直安装在外侧板面上。每个测试组件2包括配重块23、连接件24、接触块22、垫片25和横向固定件26，如图3所示，配重块23呈圆筒状，具有一开口空腔，开口空腔的开口为配重块23的顶部。接触块22设于配重块23的开口空腔内，呈圆台状，环绕于安装位21外，与安装位21同轴，截面为两个对称分布的直角梯形，梯形的斜边即为接触块22的母线。接触块22的母线一侧紧贴开口空腔的内壁，连接件24处于轴线上，沿轴线穿过接触块22，并从开口空腔的底部伸出，底端与安装底板301连接，横向固定件26从安装底盘的外沿穿入，用于加固连接件24和安装底盘的连接，本实施例的横向固定件26选用紧定螺钉。安装位21设于连接件24的顶端，即连接件24靠近开口空腔的一端，垫片25设于连接件24顶端和安装在安装位21的待测紧固件之间。需要说明的是，上述固定安装指测试组件2与第一活动件在测试过程中不产生相对运动，而非测试组件2与第一活动件为不可拆卸的固定连接，如图4所示，本实施例的连接件24底端设有配合安装底板301的外螺纹，与安装底板301为可拆卸连接，另外，本实施例的连接件24的中部还设有有切边特征，以便于扳手作业。

接触块22加速检测紧固件的防松性能的原理如图6所示，形变量表征弹性变形的程度，松弛量表征塑性变形的程度，相较于弹性变形，塑性变形不可自行恢复，当紧固结构达到弹性形变的最大限度，即将发生塑性形变，丧失预紧力，该塑性变形为紧固件松动的一个重要原因，接触块22的母线为接触面，母线与轴线呈锐角θ，sinθ小于1，待测紧固件在轴线上的松弛量r为：

r＝e/sinθ

e表示接触面的松弛量，相较于接触面平行于所述轴线的实施方式，r增大(1/sinθ-1)倍。优选地，锐角θ角度在30°～45°之间，放大待测紧固件的轴向形变量的同时保证径向的冲击强度。

支起结构303用于更换测试组件2的安装位置，形成横向测试的试验条件。支起结构303设于安装底板301的外侧板面并向外伸出，其伸出方向与振动方向平行，测试组件2从安装底板301拆卸后，安装于支起结构303，安装位21轴线与伸出方向垂直，使得振动方向垂直待测紧固件的轴线，进行横向测试。更换测试组件2的安装位置后，第一活动件变为如图5所示的替换活动件。

参考图1和图2，本实施例的紧固件测试装置运动过程如下：振动底座1被驱动，进行径直的、沿其轴孔轴向的往复运动，滑动轴11在轴孔内滑动，与振动底座1发生相对运动，使滑动轴11两端的安装底板301不断作撞击、远离振动底座1的往复冲击动作，振动载荷通过安装底板301传递至测试组件2上的待测紧固件，并使测试组件2的接触块22发生塑性形变，对待测紧固件的防松、负载等性能进行检测。使用第一活动件时，测试过程中待测紧固件的轴向保持与振动底座1的振动方向平行；使用替换活动件时，测试过程中待测紧固件的轴向保持与振动底座1的振动方向垂直。

需要说明的是，由上可见，滑动轴11两端的活动件同时起限制滑动轴11脱离轴孔的作用，一端的活动件靠近振动底座1、向振动底座1撞击，另一端的活动件远离振动底座1，在其他仅设置一个活动件的实施方式中，可通过在滑动轴11的安装活动件一端的另一端设置阻挡块等限位结构，限制滑动轴11脱离轴孔的同时使活动件可进行往复运动。同时，本发明并未限定活动件的撞击对象为振动底座，实施例1仅是本发明构思的优选实施例，振动底座1同时作为振动源及撞击对象，在其他实施方式中，本领域技术人员可根据以上公开内容额外设置其他具有相同测试效果的撞击对象。

实施例2

本实施例提供一种紧固件测试装置，与实施例1的区别在于，本实施例用于进行斜向测试，测试过程中待测紧固件的轴向保持与振动底座1的振动方向呈一固定角度的锐角，具体结构的区别在于活动件，本实施例的活动件命名为第二活动件。

如图7所示，第二活动件包括安装底板301和四个楔形块302。四个楔形块302均凸起于安装底板301外侧板面上，以安装底板301的中心轴为中心均匀分布，呈十字型。安装底板301的外侧板面为竖直面，每一楔形块302的外侧表面为一斜面，斜面从安装底板301的中心轴向外沿倾斜，与安装底板301的外侧板面形成一为锐角的倾斜角度。

测试组件2设于楔形块302的斜面上，配重块23底部与斜面紧密贴合，配重块23开口空腔内的安装位21轴线垂直于所述斜面，使待测紧固件的轴向与振动方向呈锐角，形成斜向测试的试验条件。与实施例1相似地，测试组件2通过连接件24与楔形块302可拆卸连接。

实施例3

常规套筒冲击试验对紧固件的评价指标为松动角度及松动时间，然而在某些特定条件下(如屈服点法紧固工艺)，待测紧固件在标准的试验时间内难以松动，此时无法对紧固件的性能进行评估。

为了克服常规套筒冲击试验存在的缺陷，并且加以考虑温度对紧固件的性能影响，本实施例提供一种针对实施例1和2的紧固件测试装置的测试方法，具体步骤如下：

1)挑选配重块的材质和表处，使测试组件贴合装配工艺与实际应用；测试组件暂不安装至安装底板；

2)测试静态检验力矩T1，使用表盘或数显扭矩扳手，采用增拧法测量静态检验力矩；

3)对待测紧固件、连接件和配重块进行划线标示；

4)进行温度类试验、振动类试验以及组合试验；

温度类试验包括温度温循、快速温变、温度冲击，可根据实际检测需求进行选择。振动类试验一般为定频正弦振动。组合试验包括两种方式，温度类试验与振动类试验串行或同步进行：串行进行时，测试组件先进行温度类试验，然后将测试组件振动底座上开展振动类试验；同步进行时，需使用复合试验设备，试验过程中需定时观测待测紧固件是否发生松动；

5)观察待测紧固件的划线标示是否松动，以选择防松性能的评估指标：

如是，以松动时间、松动角度作为评估防松性能的指标；如否，测试静态检验力矩T2，以T2相对T1的变化率作为评估防松性能的指标。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书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 (12)

1.一种紧固件测试装置，包括振动底座和测试组件；所述振动底座作往复振动运动，具有一振动方向；所述测试组件设有安装位；所述安装位用于安装待测紧固件，具有一轴线，与所述待测紧固件同轴；其特征在于，

还包括活动件；

所述活动件安装于所述振动底座上，所述振动底座带动所述活动件沿所述振动方向作往复冲击运动；

所述测试组件固定安装于所述活动件，所述轴线与所述振动方向平行或与所述振动方向呈锐角。

2.根据权利要求1所述的一种紧固件测试装置，其特征在于，

所述活动件包括安装底板；

所述安装底板安装于所述振动底座上，所述安装底板具有一中心轴，所述中心轴与所述振动方向平行；

所述测试组件安装于所述安装底板的板面上，所述轴线与所述中心轴平行。

3.根据权利要求1所述的一种紧固件测试装置，其特征在于，

所述活动件包括安装底板和楔形块；

所述安装底板安装于所述振动底座上；

所述楔形块设于安装底板的板面上，所述楔形块具有一斜面，所述斜面与所述振动方向呈锐角；

所述测试组件安装于所述楔形块上，所述轴线与所述斜面垂直。

4.根据权利要求1所述的一种紧固件测试装置，其特征在于，

还包括替换活动件；

所述替换活动件可拆卸地安装于所述振动底座上，所述振动底座带动所述替换活动件沿所述振动方向作往复冲击运动；

所述测试组件安装于所述替换活动件，所述轴线与所述振动方向垂直；

所述替换活动件和所述活动件在所述振动底座上的安装位置相同，二者择一安装于所述振动底座上。

5.根据权利要求4所述的一种紧固件测试装置，其特征在于，

所述替换活动件包括安装底板和支起结构；

所述安装底板安装于所述振动底座上；

所述支起结构设于安装底板的板面上并向外伸出，其伸出方向与所述振动方向平行；

所述测试组件安装于所述支起结构上，所述轴线与所述伸出方向垂直。

6.根据权利要求2、3和5任一项所述的一种紧固件测试装置，其特征在于，

所述安装底板的板面为几何对称图形，具有一几何中心；

所述安装底板在所述几何中心处连接所述振动底座；

所述测试组件包括多个，每一测试组件与所述几何中心的距离相同。

7.根据权利要求6所述的一种紧固件测试装置，其特征在于，

所述测试组件绕所述几何中心呈对称分布。

8.根据权利要求1所述的一种紧固件测试装置，其特征在于，

还包括滑动轴；

所述振动底座开有轴孔；

所述轴孔的延伸方向与所述振动方向相同；

所述活动件通过所述滑动轴安装于所述轴孔，所述滑动轴与所述轴孔间隙配合；

所述滑动轴的长度大于所述轴孔的长度，所述振动底座被驱动作往复振动运动时，所述滑动轴沿所述振动方向在所述轴孔内往复滑动，带动所述活动件作撞击、远离所述振动底座的往复冲击动作。

9.根据权利要求8所述的一种紧固件测试装置，其特征在于，

所述活动件包括两个，分别连接所述滑动轴的两端，对称地分布在所述振动底座的两侧。

10.根据权利要求1所述的一种紧固件测试装置，其特征在于，

所述测试组件设有接触块；

所述接触块呈圆台状，环绕于所述安装位外，与所述安装位同轴。

11.根据权利要求10所述的一种紧固件测试装置，其特征在于，

所述接触块的母线与所述轴线形成的角度在30°～45°之间。

12.根据权利要求10所述的一种紧固件测试装置，其特征在于，

所述测试组件包括配重块、连接件和垫片；

所述配重块呈圆筒状，具有一开口空腔；

所述接触块设于所述开口空腔内，其母线一侧紧贴所述开口空腔的内壁；

所述连接件沿所述轴线穿过所述接触块，并从所述开口空腔的底部伸出，与所述活动件连接；所述安装位设于所述连接件的顶部；

所述垫片设于所述待测紧固件和所述连接件之间。

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