CN210400783U - 一种螺纹紧固件振动试验机 - Google Patents

Abstract

一种螺纹紧固件振动试验机，包括底座、动力系统、振幅调节系统、传动系统、振动系统及传感系统。所述动力系统、振幅调节系统、传动系统、振动系统均固定于所述底座上，所述动力系统、振幅调节系统、传动系统、振动系统依次顺序连接，所述传感系统分别附着于传动系统和振动系统，本装置利用曲柄滑块机构和双滑块机构实现了一套动力系统同时对被测件施加横向振动和轴向振动，使得横向振动和轴向振动在同频率下进行，省去了轴向的一系列对应部件，这使得结构简易、机构紧凑、制造便捷。

Description

一种螺纹紧固件振动试验机

技术领域

本实用新型涉及一种螺纹紧固件振动试验机。

背景技术

随着机械行业在国内的蓬勃发展，紧固件的防松性能和安全可靠方面要求更为苛刻。螺纹紧固件在静载荷作用下或载荷变化不大的情况下连接可靠，但在变载、振动、冲击作用或温差较大的环境下时，螺纹连接就会出现预紧力减小甚至丧失的现象，引起连接的松动或连接的各零件过早破坏。

为了测试螺纹紧固件的防松性能，2008年我国制订了GB/T10431-2008紧固件横向振动试验方法，主要规定了试验台测试紧固件防松性能的使用方法和对实验数据的处理方法。主要内容是：按规定的预紧力值将被测紧固件以规定的预紧力值安装到试验设备上，试验机对被测紧固件施加周期性的横向动载荷，被测紧固件会在该载荷下逐渐松动。在试验过程中可通过传感器采集预紧力瞬时值以分析紧固件的防松性能。紧固件在测试过程中预紧力减小的越慢，测试时间就越长，紧固件的防松性能也就越好。

GB/T10431-2008所述试验机由三相异步电机驱动偏心轮转动，并以变频器控制电机转速，偏心轮通过连杆带动振动台周期性运动，从而对被测紧固件作用一个周期性的横向动载荷。

国内所制造的紧固件振动试验台，大多都是参照国家标准 GB/T10431-2008中试验机的结构原理来进行设计的。该类振动机有着一定的局限性，即只能对被测紧固件施加横向动载荷，却不能模拟实际工况中出现的横向动载荷和纵向动载荷的总和——交变载荷。

实用新型内容

本实用新型解决现有技术的不足而提供一种仅需一套动力系统即可同时对被测件施加横向振动和轴向振动的螺纹紧固件振动试验机。

一种螺纹紧固件振动试验机，包括底座、传感系统以及固定在底座上的依次连接的动力系统、偏心轮、传动系统和振动系统，所述偏心轮通过主轴安装在支撑架上，所述动力系统通过主轴带动偏心轮旋转，

所述传动系统包括第一连杆、第二连杆、导向滑道、轴向传动件、横向连接件和横向传动件，所述导向滑道包括水平段和垂直段；

所述振动系统包括横向振动系统、轴向振动系统和支撑在地面上的固定架，所述固定架设有上下设置的上层支撑板和下层支撑板，所述横向振动系统包括横向振动板，所述轴向振动系统包括轴向振动架，所述下层支撑板内滚动连接有横向振动板，所述上层支撑板上固定有与轴向振动板连接的轴向振动架，被测紧固件通过夹具固定在轴向振动架、横向振动板和下层支撑板上，并且两端通过螺母锁紧在轴向振动架的上侧面和下层支撑板的下侧面，

所述偏心轮通过第一连杆与横向传动件铰接，所述第一连杆与横向传动件通过第一水平销轴铰接，所述横向传动件通过横向连接件与横向振动板连接，所述第二连杆的一端通过第一水平销轴铰接在第一连杆上，另一端通过第二水平销轴与横向传动件铰接，所述第二连杆与第一水平销轴为可拆卸式铰接，所述第一水平销轴和第二水平销轴端部凸出作为导向柱分别安装在导向滑道的水平段和竖直段内，所述偏心轮、第一连杆和安装在导向滑道的水平段内的第一水平销轴上的导向柱形成曲柄滑块机构，所述第一水平销轴和第二水平销轴的导向柱安装在导向滑道内构成双滑块机构，曲柄滑块机构带动横向振动板在下层支撑板上水平移动，所述横向传动件与轴向振动板连接，横向传动件带动轴向振动板在上层支撑板上沿垂直方向移动；

所述传感系统包括拉压传感器、位移传感器和预紧力传感器，所述拉压传感器安装在横向传动件和横向连接件之间，所述位移传感器安装在所述下层支撑板上，且所述位移传感器的检测端轴线与横向振动板运动方向轴线重合，所述预紧力传感器安装在轴向振动架上与被测紧固件连接，按上述方案, 所述位移传感器采用激光位移传感器。

通过上述结构，利用曲柄滑块机构和双滑块机构实现了一套动力系统同时对被测件施加横向振动和轴向振动，使得横向振动和轴向振动在同频率下进行，省去了轴向的一系列对应部件，这使得结构简易、机构紧凑、制造便捷。

进一步的，所述偏心轮上安装有振幅调节系统，所述偏心轮包括偏心轮体，所述振幅调节系统包括偏心调节块、调节螺钉和锁紧螺钉，所述偏心轮体中部设有直径大于主轴的轴孔，所述偏心轮体上以轴心为对称轴对称设有沿径向布设的、与轴孔连通的螺孔，所述主轴插装在轴孔内并且通过设置在螺孔位置的偏心调节块固定在所述轴孔内，所述偏心轮体上下对称的螺孔内分别旋装有调节螺钉和锁紧螺钉，通过拧紧调节螺钉和锁紧螺钉使得偏心调节块与主轴压紧、使其联动。采用振幅调节系统保证偏心轮的偏心距可以方便快捷可控的调整，从而实现振幅在规定范围内可调的功能。

进一步的，所述第一连杆通过调心滚子轴承与偏心轮体连接。

进一步的，所述动力系统为变频电机，所述变频电机固定于所述底座上，变频电机的输出轴与所述主轴通过联轴器相连，所述变频电机型号为 YCT225-4A。

进一步的，所述轴向振动系统包括轴向振动架、振动台和固定架，所述上层支撑板上固定有振动台，所述振动台中部设有与轴向振动架大小相匹配的导向孔，所述轴向振动架安装在所述导向孔内。

进一步的，所述轴向振动架从下到上依次包括隔绝垫片、下受载板、下受载垫片、轴向振动板、上受载垫片和上受载板，所述隔绝垫片支撑在上层支撑板上，所述上受载垫片和下受载垫片通过振动台内部的倒圆台型导向孔定位，所述上受载板及下受载板通过销钉与振动台固连，所述被测紧固件与上受载板和下受载板通过螺纹联接。由于轴向振幅和横向振幅近似相等，在设置轴向振动架时，通过选用刚度相同的上受载垫片和下受载垫片，可以通过已知的垫片应变和弹性模量求出应力，进而通过上、下受载垫片尺寸求出轴向振动力。所以只需对横向振动力和横向位移配置相应的测量数据的传感器即可研究螺纹紧固件的横向振幅与轴向振幅，省去了轴向的一系列对应部件，这使得结构紧凑，设计简单。

进一步的，所述夹具包括安装在横向振动板上的横向锥形垫、安装下层支撑板上的固定板夹具、上受载板及下受载板，所述上受载板、下受载板和固定板夹具中部设有与被测紧固件大小相匹配的螺孔，所述被测紧固件与上受载板、下受载板和固定板夹具通过螺纹连接，所述横向锥形垫中部对应设有与被测紧固件大小相匹配的通孔，所述横向振动板上设有锥形孔，所述横向锥形垫通过锥形孔安装在横向振动板上。

进一步的，所述预紧力传感器为环形垫圈式传感器，所述预紧力传感器作为所述轴向振动板设置在轴向振动架内，所述被测紧固件中部插装在预紧力传感器内，被测紧固件两端通过螺母将上、下受载板及上、下受载垫片压紧在预紧力传感器的两端，该预紧力传感器可测得上、下振动垫片传递的压力大小，在没有轴向振动力下即为预紧力大小。所述预紧力传感器为拉压力传感器。

用上述技术手段，由于采本实用新型具有如下优点：

1、振幅调节系统保证偏心轮的偏心距可以方便快捷可控的调整，从而实现振幅在规定范围内可调的功能；

2、双滑块机构是传动系统的重要组成部分，当第二连杆卸下本实用新型可实现横向振动单独加载的功能，当第二连杆装上本实用新型可实现横向振动和轴向振动共同加载的功能，改变了目前国内大多数紧固件振动试验机只能模拟横向振动的现状，为紧固件振动试验机模拟交变载荷增添了一种可能；

3、由于轴向振幅和横向振幅近似相等(本装置将双滑块机构处于中位时称为初始状态，本传动系统初始状态下第二连杆与水平方向、垂直方向均成 45度，国标中最大横向振幅为2mm，而第二连杆长度远大于只有2mm的最大横向振幅，这种情况下横向振幅与轴向振幅近似相等，如取第二连杆长为 70mm，经计算双向振幅误差不超过4％)，在设置轴向振动架时，通过选用刚度相同的上受载垫片和下受载垫片，可以通过已知的垫片应变和弹性模量求出应力，进而通过上、下受载垫片尺寸求出轴向振动力。所以只需对横向振动力和横向位移配置相应的测量数据的传感器即可研究螺纹紧固件的横向振幅与轴向振幅，省去了轴向的一系列对应部件，这使得结构紧凑，设计简单。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图；

图2是本实用新型的正视图；

图3是本实用新型的振幅调节系统的剖视图；

图4是本实用新型的传动系统的立体结构示意图；

图5是本实用新型的振动系统的剖视图；

图6是本实用新型的振动系统的立体剖面视图。

图7是本实用新型导向滑道的结构示意图。

图标记为：1.底座，2.电机，3.传动轴，4.联轴器，5.主轴，6.支撑架， 7.偏心轮体，8.偏心调节块，9.调节螺钉，10.锁紧螺钉，11.第一连杆，12. 导向滑道，121.水平段，122.垂直段，13.第二连杆，14.轴向传动件，15. 横向传动件，16.拉压传感器，17.振动台，18.固定架，19.滚轮排，20.横向振动板，21.隔绝垫片，22.下受载板，23.下受载垫片，24.轴向振动板，25. 上受载垫片，26.上受载板，27.被测螺栓，28.被测螺母，29.固定板夹具， 30.位移传感器，31.横向锥形垫，32.横向连接件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步具体说明，为了更清楚的说明本专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

如图1、图2所示，一种用于测试螺纹紧固件防松性能的试验装置，包括底座1、动力系统、振幅调节系统、传动系统、振动系统及传感系统，动力系统、振幅调节系统、传动系统、振动系统均固定于底座1上且顺序相连。传感系统附着于传动系统及振动系统上。动力系统为变频电机2，变频电机2的传动轴3与振幅调节系统的主轴5的一端通过联轴器4相连。

如图3所示，振幅调节系统包括主轴5、偏心轮和支撑架6，偏心轮包括偏心轮体7、偏心调节块8、调节螺钉9和锁紧螺钉10，偏心轮体7外套于主轴5，偏心轮体7通过调节螺钉9和锁紧螺钉10与主轴相连，偏心调节块8 设于偏心轮体7与主轴之间，偏心轮的偏心距调节是通过调节螺钉9和锁紧螺钉10来实现，调节螺钉9负责调节偏心量，锁紧螺钉10负责使偏心轮与主轴紧密相连。支撑架6起到搭载主轴的作用，主轴5的两端部通过轴承与支撑架相连，支撑架的底端与底座1固连。偏心轮体7通过调心滚子轴承与传动系统中的第一连杆11相连。

调节螺钉9和锁紧螺钉10为M16X2的内六角圆柱头螺钉，该类螺钉螺距为2mm。调节螺钉圆柱头部被划分为40等分，调节螺钉每旋转一个刻度，偏心矩就会相应增大或者减小0.05m，最大偏心距为2mm。这样就可以通过调节偏心距的方式来保证振幅的可调性。

如图4所示，传动系统由曲柄滑块机构和双滑块机构串联组成。传动系统包括第一连杆11、第二连杆13、导向滑道12、轴向传动件14、横向连接件32和横向传动件15，为了直观观察传动系统内部结构，图4中导向滑道 12已被隐藏。导向滑道12与底座固连，导向滑道设有水平段121和垂直段 122，第二连杆13底端通过第一水平销轴分别与第一连杆11以及横向传动件 15相连，第二连杆13顶端通过第二水平销轴与轴向传动件14相连，所述第二连杆13的第一水平销轴和第二水平销轴端部伸出作为导向柱分别与水平滑块和竖向滑块连接后、通过水平滑块和竖向滑块安装在导向滑道上水平段和垂直段内，轴向传动件14和横向传动件15与振动系统相连，设双滑块机构处于中位时为初始状态，本实用新型传动系统初始状态下第二连杆13与水平方向、垂直方向均成45度。设水平滑块的最大行程为2mm，第二连杆13的长度远大于水平滑块的行程，这时可以将竖直滑块的行程与水平滑块的行程视为近似相等。取第二连杆13长为70mm，经计算误差不超过4％。另外，双滑块机构同时到达中位和极位，由于其运动特性所以双向振动一定同频。显然，本实施例中，当双滑块机构中第二连杆13卸下本实用新型可实现横向振动单独加载的功能，当第二连杆13装上可实现横向振动和轴向振动共同加载的功能。

如图5、图6所示，振动系统包括振动台17、固定架18、横向振动板20、轴向振动板24、滚轮排19、隔绝垫片21、上受载垫片25、下受载垫片23及夹具。夹具包括横向锥形垫31、固定板夹具29、上受载板26及下受载板22。固定架18与底座固连；振动台17外型采用中心被剖切的圆柱，内部开通孔且直径自上而下逐渐增大，得以按顺序安装各夹具及垫片，底部与固定架固连；固定板夹具29与固定架18通过外螺纹联接以固定被测螺栓；横向振动板20可通过滚轮排19与固定架18产生相对滑动以传递横向振动；横向锥形垫31通过锥形孔与横向振动板相配置，直接对被测螺栓施加周期性横向载荷。隔绝垫片21、上受载板26、上受载垫片25、下受载垫片23及下受载板22按自下到上的顺序依次与振动台内部通孔配合，其中隔绝垫片依靠固定架定位，上受载垫片和下受载垫片通过振动台内部的锥形孔定位，上受载板及下受载板通过销钉与振动台固连；轴向振动板24置于上受载垫片和下受载垫片之间，内置预紧力传感器，并以两垫片所开凹槽定位。

被测螺栓27与上受载板22和下受载板23通过螺纹联接，便于轴向力的加载；被测螺栓与固定板夹具29也通过螺纹联接，起到定位和固定的作用；被测螺栓穿过轴向振动板、上受载垫片、下受载垫片、隔绝垫片中心通孔，不予配合；被测螺栓与横向锥形垫31按国标要求尺寸配合，便于横向力的加载。当被测螺栓27和被测螺母28规格变化时，上受载板、上受载垫片、下受载板、下受载垫片、隔绝垫片、横向锥形垫和固定板夹具等一系列相配套的垫片和夹具的零件尺寸都发生变化，须重新安装。

机器工作时，横向传动件15向横向振动板20传递横向振动，横向振动板与固定架18通过滚轮排19产生相对位移，横向锥形垫31发生形变补偿该相对位移并向被测螺栓27横向加载。轴向传动件15向轴向振动板24传递轴向振动，当轴向振动板竖直向上运动时，上受载垫片25发生形变补偿该相对位移，那么上受载板26得以均匀受载，从而达到上受载板26向被测螺栓27 轴向加载的目的。轴向振动板竖直向下运动时同理，不再赘述。隔绝垫片21用以分隔轴向振动加载环境和横向振动加载环境。

本试验机用于测量螺栓防松性能的方法步骤是:

(1)、首先卸下第二连杆，令试验机只进行横向振动，此时预紧力传感器测得数据准确。当实验过程中预紧力下降到初始预紧力的一定阈值(推荐为80％，选取过低会令实验时间偏短造成误差较大，选取过高会令实验时间过长，另外由于预紧力下降过多可能引起安全隐患)时，关闭试验机停止振动，并以连接的计算机记录振动的时间为t；

(2)、然后令试验机同时实现横向振动和轴向振动，当振动的时间到达上述t时，关闭试验机停止振动，这时预紧力传感器可以准确测得螺栓在实验之后的预紧力，并与初始预紧力比较；

该方法分别测量了在一定横向振动力和一定时间t下紧固件在单向振动和双向振动两种情况下的预紧力变化，这样可以研究轴向振动对螺栓防松的影响。

如果要求比较相同规格和性能等级的不同螺栓在双向振动下的防松性能，可以给定时间t₀，比较不同螺栓在相同初始预紧力、横向振动力、轴向振动力和时间下预紧力减小的多少。不过，在这之前要对不同螺栓进行上述步骤(1)的试验，要求t₀略小于上述不同螺栓的t，以避免t₀选取过大影响实验效果的情况发生。通过这样的一些方法，可以满足实验者对不同研究内容和实验目的的要求。

此外，需要说明的是，本专利不局限于上述实施方式，只要其零件未说明具体尺寸或形状的，则该零件可以为与其结构相适应的任何尺寸或形状，且不论在其材料构成上作任何变化，凡是采用本实用新型所提供的结构设计，都是本实用新型的一种变形，均应认为在本实用新型保护范围之内。

Claims (8)

1.一种螺纹紧固件振动试验机，包括底座、传感系统以及固定在底座上的依次连接的动力系统、偏心轮、传动系统和振动系统，其特征在于：所述偏心轮通过主轴安装在支撑架上，所述动力系统通过主轴带动偏心轮旋转，

所述传动系统包括第一连杆、第二连杆、导向滑道、轴向传动件、横向连接件和横向传动件，所述导向滑道包括水平段和垂直段；

所述振动系统包括横向振动系统、轴向振动系统和支撑在地面上的固定架，所述固定架设有上下设置的上层支撑板和下层支撑板，所述横向振动系统包括横向振动板，所述轴向振动系统包括轴向振动架，所述下层支撑板内滚动连接有横向振动板，所述上层支撑板上固定有与轴向振动板连接的轴向振动架，被测紧固件通过夹具固定在轴向振动架、横向振动板和下层支撑板上，并且两端通过螺母锁紧在轴向振动架的上侧面和下层支撑板的下侧面，

所述偏心轮通过第一连杆与横向传动件铰接，所述第一连杆与横向传动件通过第一水平销轴铰接，所述横向传动件通过横向连接件与横向振动板连接，所述第二连杆的一端通过第一水平销轴铰接在第一连杆上，另一端通过第二水平销轴与横向传动件铰接，所述第二连杆与第一水平销轴为可拆卸式铰接，所述第一水平销轴和第二水平销轴端部凸出作为导向柱分别安装在导向滑道的水平段和竖直段内，所述偏心轮、第一连杆和安装在导向滑道的水平段内的第一水平销轴上的导向柱形成曲柄滑块机构，所述第一水平销轴和第二水平销轴的导向柱安装在导向滑道内构成双滑块机构，曲柄滑块机构带动横向振动板在下层支撑板上水平移动，所述横向传动件与轴向振动板连接，横向传动件带动轴向振动板在上层支撑板上沿垂直方向移动；

所述传感系统包括拉压传感器、位移传感器和预紧力传感器，所述拉压传感器安装在横向传动件和横向连接件之间，所述位移传感器安装在所述下层支撑板上，且所述位移传感器的检测端轴线与横向振动板运动方向轴线重合，所述预紧力传感器安装在轴向振动架上与被测紧固件连接。

2.根据权利要求1所述的螺纹紧固件振动试验机，其特征在于：所述偏心轮上安装有振幅调节系统，所述偏心轮包括偏心轮体，所述振幅调节系统包括偏心调节块、调节螺钉和锁紧螺钉，所述偏心轮体中部设有直径大于主轴的轴孔，所述偏心轮体上以轴心为对称轴对称设有沿径向布设的、与轴孔连通的螺孔，所述主轴插装在轴孔内并且通过设置在螺孔位置的偏心调节块固定在所述轴孔内，所述偏心轮体上下对称的螺孔内分别旋装有调节螺钉和锁紧螺钉，通过拧紧调节螺钉和锁紧螺钉使得偏心调节块与主轴压紧、使其联动。

3.根据权利要求2所述的螺纹紧固件振动试验机，其特征在于：所述第一连杆通过调心滚子轴承与偏心轮体连接。

4.根据权利要求1所述的螺纹紧固件振动试验机，其特征在于：所述动力系统为变频电机，所述变频电机固定于所述底座上，变频电机的输出轴与所述主轴通过联轴器相连。

5.根据权利要求1所述的螺纹紧固件振动试验机，其特征在于：所述轴向振动系统包括轴向振动架、振动台和固定架，所述上层支撑板上固定有振动台，所述振动台中部设有与轴向振动架大小相匹配的导向孔，所述轴向振动架安装在所述导向孔内。

6.根据权利要求5所述的螺纹紧固件振动试验机，其特征在于：所述轴向振动架从下到上依次包括隔绝垫片、下受载板、下受载垫片、轴向振动板、上受载垫片和上受载板，所述隔绝垫片支撑在上层支撑板上，所述上受载垫片和下受载垫片通过振动台内部的倒圆台型导向孔定位，所述上受载板及下受载板通过销钉与振动台固连，所述被测紧固件与上受载板和下受载板通过螺纹联接。

7.根据权利要求6所述的螺纹紧固件振动试验机，其特征在于：所述夹具包括安装在横向振动板上的横向锥形垫、安装下层支撑板上的固定板夹具、上受载板及下受载板，所述上受载板、下受载板和固定板夹具中部设有与被测紧固件大小相匹配的螺孔，所述被测紧固件与上受载板、下受载板和固定板夹具通过螺纹连接，所述横向锥形垫中部对应设有与被测紧固件大小相匹配的通孔，所述横向振动板上设有锥形孔，所述横向锥形垫通过锥形孔安装在横向振动板上。

8.根据权利要求6所述的螺纹紧固件振动试验机，其特征在于：所述预紧力传感器为环形垫圈式传感器，所述预紧力传感器作为所述轴向振动板设置在轴向振动架内，所述被测紧固件中部插装在预紧力传感器内，被测紧固件两端通过螺母将上、下受载板及上、下受载垫片压紧在预紧力传感器的两端。

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