CN213933032U - 一种螺栓被连接件刚度的测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种螺栓被连接件刚度的测定装置，涉及螺栓被连接件力学性能测定技术领域，包括标定装置和实际测量装置，标定装置包括第一螺栓，第一螺栓依次穿过垫板和轴力传感器后用第一螺母拧紧，第一螺栓的一端面上固定有第一超声波感应贴片，第一超声波感应贴片与超声波感应器连接；实际测量装置包括第二螺栓，第二螺栓穿过被连接件后用第二螺母拧紧，第二螺栓的一端面上固定有第二超声波感应贴片，第二超声波感应贴片与超声波感应器连接；第二螺栓的头部另连接有用于对第二螺栓施加扭矩的拧紧枪。本实用新型能够辅助研究人员快速有效地准确计算出螺栓被连接件刚度，解决了按照以往计算方式计算不精准的问题。

Description

一种螺栓被连接件刚度的测定装置

技术领域

本实用新型涉及螺栓被连接件力学性能测定技术领域，尤其涉及一种螺栓被连接件刚度的测定装置。

背景技术

螺栓连接是装配件中一种典型的连接方式，螺栓被连接件的刚度直接影响着整个机械系统的性能，因此引入对螺栓被连接件刚度的计算方法，可以有效的提高设计阶段整机机械性能的预测水平。

为确定螺栓被连接件刚度，往往采用有限元分析或通过理论计算，求出被连接件刚度。

目前，被连接刚度对于规则物体可以采用计算完成，但是对于复杂物体却无法进行，CAE作为模拟分析软件是通过加载一定的力在被连接件上，必然被连接件会发生的形变，然后根据力与压缩量的关系，计算出被连接件刚度，这种方法也有缺陷，不能保证与实际一致性，规格，大小，被连接件间隙等等，都会对结果值造成影响。

因此，如何确认实际螺栓被连接件刚度是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，提供一种螺栓被连接件刚度的测定装置，能够辅助研究人员快速有效地准确计算出螺栓被连接件刚度，解决了按照以往计算方式计算不精准的问题。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为：一种螺栓被连接件刚度的测定装置，其特征在于，包括标定装置和实际测量装置，

所述标定装置包括第一螺栓，所述第一螺栓依次穿过垫板和轴力传感器后用第一螺母拧紧，所述第一螺栓的一端面上固定有第一超声波感应贴片，所述第一超声波感应贴片与超声波感应器连接；

所述实际测量装置包括第二螺栓，所述第二螺栓穿过被连接件后用第二螺母拧紧，所述第二螺栓的一端面上固定有第二超声波感应贴片，所述第二超声波感应贴片与超声波感应器连接；

所述第二螺栓的头部另连接有用于对第二螺栓施加扭矩的拧紧枪，所述拧紧枪外设有与其输出端信号连接的角度传感器和扭矩传感器；

所述垫板和轴力传感器的厚度之和等于被连接件的厚度；

所述第一螺栓和第二螺栓为相同螺栓。

本实用新型的进一步改进在于，所述第一超声波感应贴片和第二超声波感应贴片为陶瓷贴片，所述第一超声波感应贴片和第二超声波感应贴片分别通过探针与超声波测试仪建立连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述第一超声波感应贴片通过胶粘剂粘附在第一螺栓的端面上，所述第二超声波感应贴片通过胶粘剂粘附在第二螺栓的端面上。

测定原理：

首先，对第一螺栓进行标定试验，实时采集超声波测试仪和轴力传感器的测试数据，生成时间延迟与轴力的标定曲线；

其次，利用拧紧枪在被连接件上以固定扭矩对第二螺栓拧紧，通过与拧紧枪信号连接的角度传感器和扭矩传感器，实时采集角度传感器与扭矩传感器的测试数据，生成扭矩与角度的曲线图；

通过公式ΔT/ΔA＝(T₂-T₁)/(A₂-A₁)，求出曲线斜率；

其中，T₁和A₁为曲线图上某一点对应的扭矩和角度，T₂和A₂为曲线图上另一点对应的扭矩和角度，ΔT为T₂与T₁的差值，ΔA为A₂与A₁的差值，T₂＞T₁，A₂＞A₁；

接着，以固定扭矩对第二螺栓拧紧后，利用超声波测试仪测定第二螺栓的时间延迟，并根据第一螺栓的时间延迟与轴力的标定曲线，获得第二螺栓的轴力；

通过公式ΔL＝Δt.V，计算出第二螺栓的伸长量ΔL；

通过公式K_B＝F/ΔL，计算出第二螺栓的刚度K_B；

通过公式K＝T/DF，计算出扭矩系数K；

通过公式K_C＝(K_BΔT/ΔA)/[(KDPK_B/2π)-(ΔT/ΔA)]，计算出被连接件的刚度K_C；

其中，Δt为时间延迟，F为第二螺栓的轴力，V为超声波在螺栓中的传播速度，T为固定扭矩，D为第二螺栓的螺杆外径，P为第二螺栓的螺距。

超声波测试仪测定时间延迟的原理为：超声波测试仪产生的超声波脉冲通过螺栓自身；超声波脉冲由螺栓一端反射回螺栓另一端；当超声波脉冲回到超声波感应贴片时产生一种小的信号；接收到的称之为反射信号；反射信号在施加螺栓拧紧力的前后被记录下来；2个反射信号到达的时间差被称之为时间延迟。

进一步解释：时间延迟是受力螺栓传播时间-未受力螺栓传播时间，其中，未受力螺栓的传播时间是早就已测知的，然后通过测出各点受力螺栓传播时间，即可得到时间延迟。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的装置能够有效辅助研究人员快速有效地准确计算出螺栓被连接件刚度，相较于传统的建立螺栓连接件的宏微观有限元仿真模型而言，其测量精准度更高，能有效测出实际螺栓被连接件的刚度。

附图说明

图1为本实用新型的标定装置的结构示意图。

图2为本实用新型的实际测量装置的结构示意图。

图中：第一螺栓1、垫板2、轴力传感器3、第一螺母4、第一超声波感应贴片5、第二螺栓6、被连接件7、第二螺母8、第二超声波感应贴片9。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1、图2所示，一种螺栓被连接件7刚度的测定装置，包括标定装置和实际测量装置，

标定装置包括第一螺栓1，第一螺栓1依次穿过垫板2和轴力传感器3后用第一螺母4拧紧，第一螺栓1的一端面上固定有第一超声波感应贴片5，第一超声波感应贴片5与超声波感应器(图中未画出)连接；

实际测量装置包括第二螺栓6，第二螺栓6穿过被连接件7后用第二螺母8拧紧，第二螺栓6的一端面上固定有第二超声波感应贴片9，第二超声波感应贴片9与超声波感应器(图中未画出)连接；

第二螺栓6的头部另连接有用于对第二螺栓6施加扭矩的拧紧枪(图中未画出)，拧紧枪外设有与其输出端信号连接的角度传感器和扭矩传感器；

垫板2和轴力传感器3的厚度之和等于被连接件7的厚度；

第一螺栓1和第二螺栓6为相同螺栓。

上述第一超声波感应贴片5和第二超声波感应贴片9为陶瓷贴片，第一超声波感应贴片5和第二超声波感应贴片9分别通过探针与超声波测试仪建立连接。

上述第一超声波感应贴片5通过胶粘剂粘附在第一螺栓1的端面上，第二超声波感应贴片9通过胶粘剂粘附在第二螺栓6的端面上。

测定原理：

首先，对第一螺栓进行标定试验，实时采集超声波测试仪和轴力传感器的测试数据，生成时间延迟与轴力的标定曲线；

其次，利用拧紧枪在被连接件上以固定扭矩对第二螺栓拧紧，通过与拧紧枪信号连接的角度传感器和扭矩传感器，实时采集角度传感器与扭矩传感器的测试数据，生成扭矩与角度的曲线图；

通过公式ΔT/ΔA＝(T₂-T₁)/(A₂-A₁)，求出曲线斜率；

其中，T₁和A₁为曲线图上某一点对应的扭矩和角度，T₂和A₂为曲线图上另一点对应的扭矩和角度，ΔT为T₂与T₁的差值，ΔA为A₂与A₁的差值，T₂＞T₁，A₂＞A₁；

接着，以固定扭矩对第二螺栓拧紧后，利用超声波测试仪测定第二螺栓的时间延迟，并根据第一螺栓的时间延迟与轴力的标定曲线，获得第二螺栓的轴力；

通过公式ΔL＝Δt.V，计算出第二螺栓的伸长量ΔL；

通过公式K_B＝F/ΔL，计算出第二螺栓的刚度K_B；

通过公式K＝T/DF，计算出扭矩系数K；

通过公式K_C＝(K_BΔT/ΔA)/[(KDPK_B/2π)-(ΔT/ΔA)]，计算出被连接件的刚度K_C；

其中，Δt为时间延迟，F为第二螺栓的轴力，V为超声波在螺栓中的传播速度，T为固定扭矩，D为第二螺栓的螺杆外径，P为第二螺栓的螺距。

超声波测试仪测定时间延迟的原理为：超声波测试仪产生的超声波脉冲通过螺栓自身；超声波脉冲由螺栓一端反射回螺栓另一端；当超声波脉冲回到超声波感应贴片时产生一种小的信号；接收到的称之为反射信号；反射信号在施加螺栓拧紧力的前后被记录下来；2个反射信号到达的时间差被称之为时间延迟。

进一步解释：时间延迟是受力螺栓传播时间-未受力螺栓传播时间，其中，未受力螺栓的传播时间是早就已测知的，然后通过测出各点受力螺栓传播时间，即可得到时间延迟。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种螺栓被连接件刚度的测定装置，其特征在于，包括标定装置和实际测量装置，

所述标定装置包括第一螺栓，所述第一螺栓依次穿过垫板和轴力传感器后用第一螺母拧紧，所述第一螺栓的一端面上固定有第一超声波感应贴片，所述第一超声波感应贴片与超声波感应器连接；

所述实际测量装置包括第二螺栓，所述第二螺栓穿过被连接件后用第二螺母拧紧，所述第二螺栓的一端面上固定有第二超声波感应贴片，所述第二超声波感应贴片与超声波感应器连接；

所述第二螺栓的头部另连接有用于对第二螺栓施加扭矩的拧紧枪，所述拧紧枪外设有与其输出端信号连接的角度传感器和扭矩传感器；

所述垫板和轴力传感器的厚度之和等于被连接件的厚度；

所述第一螺栓和第二螺栓为相同螺栓。

2.根据权利要求1所述的一种螺栓被连接件刚度的测定装置，其特征在于，所述第一超声波感应贴片和第二超声波感应贴片为陶瓷贴片，所述第一超声波感应贴片和第二超声波感应贴片分别通过探针与超声波测试仪建立连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种螺栓被连接件刚度的测定装置，其特征在于，所述第一超声波感应贴片通过胶粘剂粘附在第一螺栓的端面上，所述第二超声波感应贴片通过胶粘剂粘附在第二螺栓的端面上。

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