CN207231761U - 多功能螺栓组综合试验台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种多功能螺栓组综合试验台,主要包括台架、底座、液压缸、安装台、倾覆试验板、剪切试验板和拉伸试验板。利用上述试验台，可以做如下试验：倾覆试验、剪切试验、拉伸试验。本实用新型设计的多功能螺栓组试验台可减小螺栓试验工作量、提高试验效率、获得精准的螺栓受载后的应力变化数据，为螺栓及相关材料研发生产企业提供基础数据，可增强相关企业的研发实力和经济效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械零件力学性能检测。
背景技术
螺栓联接是机器中广泛采用的联接形式，常是可拆式联接。其在机械领域应用十分广泛，例如流体传动中液压缸的法兰盘联接、汽车发动机中汽缸盖与缸体的联接等。如何精确测试和分析螺栓组在受到静载荷或动载荷作用下所引起的不同的应力变化情况是工程技术人员面临的一个重要难题。
目前，市面上常见的螺栓试验台主要有拉伸螺栓试验台，倾覆力矩螺栓试验台以及剪切螺栓试验台，螺栓试验台功能单一，操作复杂，为了使螺栓内部的应力演变过程能够更为形象直观地展现，研发智能控制的综合螺栓试验台对减小螺栓试验工作量、提高试验效率、获得精准的螺栓受载后的应力变化过程具有十分重要的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决现有技术中的问题，提供一种多功能螺栓组综合试验台。
为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，多功能螺栓组综合试验台，其特征在于:主要包括台架、底座、液压缸、安装台、倾覆试验板、剪切试验板和拉伸试验板。
所述台架包括顶板和支撑柱。四根支撑柱将顶板支撑在底座的上方。
所述顶板下方安装可以水平滑动的液压缸。所述液压缸的活塞杆面向安装在底座上的安装台。
所述安装台是一个四面镂空的中空立方体。所述安装台的内腔中固定有一块金属支撑板。
所述安装台被悬空地支撑在底座的上方。所述安装台可在底座上方作360°旋转。
所述倾覆试验板包括一个圆板和一个三角形柄部。
剪切试验板和拉伸试验板均为处于安装台的内腔中的金属平板。
所述支撑板、圆板、倾覆试验板和剪切试验板均具有若干供被试螺栓穿过的通孔。每一根被试螺栓依次穿过圆板、支撑板、剪切试验板和拉伸试验板，并旋入螺母。
所述三角形柄部伸出安装台外部。
进一步，所述液压缸安装于步进电机滑台。
所述步进电机滑台包括固定在顶板下方的滑轨。所述滑轨上具有滑块。所述滑块通过步进电机驱动。所述液压缸固定在滑块下方。
进一步，安装台通过两个支撑柱架在底座上。这两个支撑柱位于安装台的两侧。每一个支撑柱的下端固定在底座上表面。每一个支撑柱的上端向安装台弯折90°后，通过轴承与安装台的侧壁连接。
进一步，所述活塞杆的端头安装有弹簧。
进一步，所述安装台可被锁紧机构锁紧。
进一步，所述底座的上表面具有安装档柱和挡板的接口。所述档柱和挡板分别位于安装台的转轴两侧。所述档柱被固定安装在底座的上表面后，旋转安装台，使得拉伸试验板冲上。此时，档柱的上端支撑安装台的下端。此时，安装挡板，所述挡板的一侧紧靠安装台的侧面。
利用上述试验台，可以做如下试验：
倾覆试验：
支撑板的板面与底座的上表面垂直，液压缸滑行至倾覆板的柄部，通过弹簧连接液压缸的活塞杆和倾覆板的柄部。液压缸拉伸弹簧，作用力传递至倾覆板。
剪切试验：
支撑板的板面与底座的上表面垂直，液压缸滑行至剪切板处，通过弹簧连接液压缸的活塞杆和剪切板，通过液压缸的伸缩拉、压弹簧，使作用力传递至剪切板。
拉伸试验：
支撑板的板面水平。液压缸滑行至拉伸板处，
通过弹簧连接液压缸的活塞杆和拉伸板，液压缸拉伸弹簧并将作用力传递至拉伸板。
本实用新型设计的多功能螺栓组试验台可减小螺栓试验工作量、提高试验效率、获得精准的螺栓受载后的应力变化数据，为螺栓及相关材料研发生产企业提供基础数据，可增强相关企业的研发实力和经济效益。
附图说明
图1螺栓综合实验台总布局
图2螺栓倾覆试验
图3螺栓剪切试验
图4螺栓拉伸试验
图5螺栓组及应变计布置
图6液压系统原理图
图7测控系统工作原理。
图中：台架1、步进电机滑台2、螺栓组3、轴承4、支撑柱5、档柱6、底座7、挡板8、弹簧9、液压缸10、安装台11、倾覆试验板12、剪切试验板13、拉伸试验板14。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。
实施例1：
多功能螺栓组综合试验台，其特征在于:主要包括台架1、底座 7、液压缸10、安装台11、倾覆试验板12、剪切试验板13和拉伸试验板14。
所述台架1包括顶板和支撑柱。四根支撑柱将顶板支撑在底座 7的上方。
所述顶板下方安装可以水平滑动的液压缸10。所述液压缸10 的活塞杆面向安装在底座7上的安装台11。实施例中，所述液压缸 10安装于步进电机滑台2。所述步进电机滑台2包括固定在顶板下方的滑轨。所述滑轨上具有滑块。所述滑块通过步进电机驱动。所述液压缸10固定在滑块下方。
所述安装台11是一个四面镂空的中空立方体。所述安装台11 的内腔中固定有一块金属支撑板。
所述安装台11被悬空地支撑在底座7的上方。所述安装台11 可在底座7上方作360°旋转。实施例中，安装台11是通过两个支撑柱5架在底座7上。这两个支撑柱5位于安装台11的两侧〔未镂空的两侧〕。每一个支撑柱5的下端固定在底座7上表面。每一个支撑柱5的上端向安装台11弯折90°后，通过轴承4与安装台11的侧壁〔中心〕连接。具体地，轴承4的内圈与支撑柱5的弯折端固定，轴承4的外圈嵌套一端钢管，这段钢管的端头与安装台11的侧壁连接。实施例中，所述安装台11可被锁紧机构锁紧(轴承4可以锁紧)。
所述倾覆试验板12包括一个圆板和一个三角形柄部。
剪切试验板13和拉伸试验板14均为处于安装台11的内腔中的金属平板。
所述支撑板、圆板、倾覆试验板12和剪切试验板13均具有若干供被试螺栓穿过的通孔。每一根被试螺栓依次穿过圆板、支撑板、剪切试验板13和拉伸试验板14，并旋入螺母。若干供被试螺栓即为被测螺栓组3。
所述三角形柄部伸出安装台11外部。
所述底座7的上表面具有安装档柱6和挡板8的接口。所述档柱6和挡板8分别位于安装台11的转轴两侧。所述档柱6被固定安装在底座7的上表面后，旋转安装台11，使得拉伸试验板14冲上。此时，档柱6的上端支撑安装台11的下端。此时，安装挡板8，所述挡板8的一侧紧靠安装台11的侧面。
作为优选，所述活塞杆的端头安装有弹簧9。考虑螺栓剪切试验载荷最大，试验台设置螺栓剪切试验最大载荷为5000N，弹簧要求能够承受5000N载荷。
设计弹簧参数为：线径d＝8mm，外径Dm＝70mm，有效圈数N＝8，弹簧钢剪切模量G＝80000MPa，计算得到弹簧系数：
若取单根弹簧，弹簧变形量为：
单根弹簧变形232.67mm，考虑螺栓试验台结构尺寸，弹簧有效长度小于200mm，有利于试验台结构紧凑性。采用一组4根并联弹簧实现液压缸载荷的缓冲作用，以保证液压缸对螺栓试验台加载为线性变载荷的要求，计算并联弹簧组变形量为：
未验证弹簧满足设计要求，对弹簧进行拉压变形试验，弹簧参数为：有效长度L＝150，线径d＝8mm，外径Dm＝70mm，有效圈数N＝8。
单根弹簧在2000N载荷作用下，变形量为71.46mm，该弹簧在 2000N载荷作用下满足线性变形要求，表明采用一组4根并联弹簧能够满足螺栓试验台最大载荷作用下，弹簧缓冲后载荷为线性变载荷的要求。
实施例2：
基于实施例1所述试验台的多功能螺栓组综合测试方法：
如图5所示，可设置八颗被测螺栓，为了精确测量螺栓在不同载荷作用下应力的变化过程，本实施例在图5所示的位置对称布置了五个应变计(应变计安装于被测螺栓)，便于对比分析不同载荷作用下螺栓应力的变化过程，以此获得精确的螺栓应力变化数据。
包括：
倾覆试验：
如图2所示，安装台11旋转至如图2所示位置，支撑板的板面与底座7的上表面垂直，支撑柱5与安装台11锁紧，液压缸10通过步进电机滑台2滑行至倾覆板12的柄部，通过弹簧9连接液压缸 10的活塞杆和倾覆板12的柄部。液压缸10拉伸弹簧9，作用力传递至倾覆板12。被试螺栓组3受倾覆力矩发生微小变形，由此可模拟螺栓组在倾覆力矩作用下的工作工况，并通过螺栓内部安装的应变计16可测量此时螺栓的应力变化过程。
剪切试验：
如图3所示，安装台11旋转至如图3所示位置，支撑板的板面与底座7的上表面垂直，支撑柱5与安装台11锁紧，液压缸10通过步进电机滑台2滑行至剪切板13处，通过弹簧9连接液压缸10 的活塞杆和剪切板13，通过液压缸10的伸缩拉、压弹簧9，使作用力传递至剪切板13。此时螺栓组3受剪切力作用而发生变形，并通过螺栓内部安装的应变计16可测量此时螺栓的应力变化过程。
拉伸试验：
如图4所示，支撑板的板面水平。安装台11旋转至如图4所示位置，安装台11放置于档柱6上，安装台11与挡板8固定连接，支撑柱5与安装台11锁紧，液压缸10通过步进电机滑台2滑行至拉伸板14处，
通过弹簧9连接液压缸10的活塞杆和拉伸板14，液压缸10拉伸弹簧9并将作用力传递至拉伸板14。此时螺栓组3受拉伸力作用发生变形，并通过螺栓内部安装的应变计16可测量此时螺栓的应力变化过程。
实施例3：
基于实施例2所述测试方法的多功能螺栓组测控系统，其特征在于，包括以下步骤：
多功能螺栓组综合试验台测控系统工作流程如图7所示。本实施例采用的液压缸动作的液压原理如图6所示，电机19启动后，带动泵18向系统输入高压油。调速阀21控制液压缸24中液压油输入的流速，达到控制液压缸速度的目的。系统通过液压缸24的伸缩拉压弹簧26，使弹簧可向螺栓连接机构选装安装台11施加所需试验载荷。可调节流阀10控制回油压力，保证液压缸24回程时的速度稳定性。先导式溢流阀29在系统中用来设定系统安全压力，同时，其带有先导换向级可以实现系统紧急制动与空载启动，以确保系统稳定性。
压力传感器25用来测量液压缸输出力的大小，并将得到的数据反馈至上位机。上位机通过反馈信号与设定的载荷数据进行比较，并通过放大器22向伺服阀23输出控制信号。当压力传感器检测值小于设定值时，伺服换向阀23处于左位工作状态向油缸供油，增大液压缸活塞杆伸出长度；当压力传感器检测值大于设定值时，伺服换向阀 23处于右位工作状态向油缸供油，减小液压缸活塞杆伸出长度，在动态中保证系统达到设定的输出载荷。
多功能螺栓组综合试验台关键加载部件是液压缸，液压缸动作的液压原理如图6所示，电机19启动后，带动泵18向系统输入高压油。调速阀21控制液压缸24中液压油输入的流速，达到控制液压缸速度的目的。系统通过液压缸24的伸缩拉压弹簧26，使弹簧可向螺栓连接机构选装安装台11施加所需试验载荷。可调节流阀10控制回油压力，保证液压缸24回程时的速度稳定性。先导式溢流阀29在系统中用来设定系统安全压力，同时，其带有先导换向级可以实现系统紧急制动与空载启动，以确保系统稳定性。
在开始实施例2的某一类试验时：
1)在启动液压缸前，先进行系统初始化。
2)根据试验要求设置载荷F0
3)液压缸活塞杆动作，并通过下位机单片机读取液压缸动作后，〔活塞杆处〕压力传感器的载荷F。
判断F是否等于F0：
若F0＞F,伺服换向阀切换到左位，液压缸活塞杆前进。
若F0＜F,伺服换向阀切换到右位，液压缸活塞杆后退。
4)重复步骤3)，直至F＝F0后，采用测量系统进行螺栓应力测量，形成应力变化曲线，再根据要求进行下一次试验或者结束试验。
Claims (5)
1.多功能螺栓组综合试验台，其特征在于:主要包括台架(1)、底座(7)、液压缸(10)、安装台(11)、倾覆试验板(12)、剪切试验板(13)和拉伸试验板(14)；
所述台架(1)包括顶板和支撑柱；四根支撑柱将顶板支撑在底座(7)的上方；
所述顶板下方安装可以水平滑动的液压缸(10)；所述液压缸(10)的活塞杆面向安装在底座(7)上的安装台(11)；
所述安装台(11)是一个四面镂空的中空立方体；所述安装台(11)的内腔中固定有一块金属支撑板；
所述安装台(11)被悬空地支撑在底座(7)的上方；所述安装台(11)可在底座(7)上方作360°旋转；
所述倾覆试验板(12)包括一个圆板和一个三角形柄部；
剪切试验板(13)和拉伸试验板(14)均为处于安装台(11)的内腔中的金属平板；
所述支撑板、圆板、倾覆试验板(12)和剪切试验板(13)均具有若干供被试螺栓穿过的通孔；每一根被试螺栓依次穿过圆板、支撑板、剪切试验板(13)和拉伸试验板(14)，并旋入螺母；
所述三角形柄部伸出安装台(11)外部。
2.根据权利要求1所述的多功能螺栓组综合试验台，其特征在于：所述液压缸(10)安装于步进电机滑台(2)；
所述步进电机滑台(2)包括固定在顶板下方的滑轨；所述滑轨上具有滑块；所述滑块通过步进电机驱动；所述液压缸(10)固定在滑块下方。
3.根据权利要求1所述的多功能螺栓组综合试验台，其特征在于：安装台(11)通过两个支撑柱(5)架在底座(7)上；这两个支撑柱(5)位于安装台(11)的两侧；每一个支撑柱(5)的下端固定在底座(7)上表面；每一个支撑柱(5)的上端向安装台(11)弯折90°后，通过轴承(4)与安装台(11)的侧壁连接。
4.根据权利要求1所述的多功能螺栓组综合试验台，其特征在于：所述活塞杆的端头安装有弹簧(9)。
5.根据权利要求1所述的多功能螺栓组综合试验台，其特征在于：所述安装台(11)可被锁紧机构锁紧。
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Cited By (3)
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Legal Events
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