CN106940252A - 一种螺栓联接结构的松动试验装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺栓联接结构的松动试验装置及其使用方法，其包括上夹具、下夹具和测试传感系统；上夹具包括上连接板，设置在上连接板上的定位对中组件，以及分别设置在上连接板上端和右端的上夹持端和右夹持端；下夹具包括下连接板，以及分别设置在下连接板下端和左端的下夹持端和左夹持端；上连接板与所述下连接板上设置有互相重合的螺栓槽。本发明可实现多模式(偏心、扭转、轴向交变和剪切交变载荷)作用下螺栓联接结构的松动试验，其结构简单，易操作，造价低廉，同时其控制与测试的精度高，试验数据准确可靠，能够方便易行地为螺栓联接结构的设计与使用提供试验依据，从而更有效的提高螺栓联接结构的可靠性。

Description

一种螺栓联接结构的松动试验装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及螺栓测试领域，具体涉及一种螺栓联接结构的松动试验装置及其使用方法。

背景技术

螺栓联接是现代结构和机械设备最基本的连接方式之一，也是机械连接中最简单、最有效、最常见的连接形式之一。螺栓联接结构因其结构简单、连接可靠、拆卸方便、低成本等特点，被广泛应用于机械、电子、船舶、航空、汽车、土木等各个行业领域之中，是最量大面广的紧固方式。在静载工况下，螺栓联接都具有自锁性，但当螺栓联接在受到动态载荷(如振动、冲击、热负荷等)时，会产生不同程度的松动。螺栓联接松动将引起联接预紧力减小甚至丧失，造成联接中各个零件不能发挥应有的性能而失效，导致机械设备出现故障甚至造成严重的恶性事件。因此，对螺栓联接进行松动试验可以为螺栓联接结构的设计与使用提供重要的试验依据。

目前，螺栓联接结构松动试验所使用的夹具基本上只能实现单一载荷作用下螺栓联接结构的松动试验，无法实现多模式(偏心、扭转、轴向交变和剪切交变)载荷作用下螺栓联接结构的松动试验。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种螺栓联接结构的松动试验装置及使用方法能够实现多模式(偏心、扭转、轴向交变和剪切交变)载荷作用下螺栓联接结构的松动试验。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种螺栓联接结构的松动试验装置，其包括上夹具、下夹具和测试传感系统；上夹具包括上连接板，设置在上连接板上的定位对中组件，以及分别设置在上连接板上端和右端的上夹持端和右夹持端；

下夹具包括下连接板，以及分别设置在下连接板下端和左端的下夹持端和左夹持端；上连接板与下连接板上设置有互相重合的螺栓槽。

进一步地，定位对中组件包括设置在上连接板上且位于螺栓槽两侧的长条；每根长条上均设置有若干定位孔和一个定位滑块，每根长条的外侧均设置有刻度尺。

进一步地，测试传感系统包括角位移编码器、力传感器和标尺指针，角位移编码器通过联轴器连接试验螺栓；力传感器设置在试验螺栓上；标尺指针设置在角位移编码器顶部中心位置处并延展至长条外侧的标尺指针。

进一步地，定位滑块通过锁紧螺栓连接长条。

提供一种螺栓联接结构的松动试验装置的使用方法，其包括以下步骤：

S1、确定松动试验的类型；

S2、根据松动试验的类型将上夹具和下夹具通过上、下夹持端，或左、右夹持端对称地固定在疲劳试验机的上下夹头上，并使螺栓槽互相重合；

S3、根据松动试验的类型使用长条和定位滑块定位对中试验螺母；

S4、通过试验螺母和试验螺栓连接上连接板和下连接板，撤除定位滑块，在试验螺母和试验螺栓上共同安装测试传感系统；

S5、启动疲劳试验机进行松动试验。

进一步地，松动试验的类型包括偏心载荷松动试验、扭转载荷松动试验、轴向交变载荷松动试验和剪切交变荷载松动试验。

进一步地，根据松动试验的类型将上夹具和下夹具通过上、下夹持端，或左、右夹持端对称地固定在疲劳试验机的上下夹头上，并使螺栓槽互相重合的方法为：

偏心载荷松动试验、扭转载荷松动试验和轴向交变载荷松动试验将上夹具的上夹持端和下夹具的下夹持端分别固定在疲劳试验机的上下夹头上并保持其位于同一直线，同时使上连接板和下连接板的螺栓槽互相重合；

剪切交变荷载松动试验将上夹具的右夹持端和下夹具的左夹持端分别固定在疲劳试验机的上下夹头上并保持其位于同一直线，同时使上连接板和下连接板的螺栓槽互相重合。

进一步地，根据松动试验的类型通过长条和定位滑块定位对中试验螺母的方法为：

扭转载荷松动试验和轴向交变载荷松动试验将试验螺母放置在上连接板上，并根据刻度尺和标尺指针使试验螺母位于上夹持端的正下方，并通过两个定位滑块将试验螺母夹紧；

偏心载荷松动试验将试验螺母放置在上连接板上、且与上夹持端的正下方保持偏心距，并通过两个定位滑块将其夹紧；

剪切交变载荷松动试验将试验螺母放置在上连接板上、且位于螺栓槽的最右端，并通过定位滑块将其夹紧。

进一步地，通过试验螺母和试验螺栓连接上连接板和下连接板，撤除定位滑块，在试验螺母和试验螺栓上共同安装测试传感系统的方法为：

将力传感器套于试验螺栓上，将试验螺栓从下连接板下方通过螺栓槽穿过上连接板螺栓槽以及试验螺母，并施加预紧力，撤去定位滑块，通过螺母夹持装置夹持试验螺母，并使用联轴器连接角位移编码器和试验螺栓。

本发明的有益效果为：

1、本发明仅需上、下两个夹具即可实现多模式(偏心、扭转、轴向交变和剪切交变)载荷作用下螺栓联接结构的松动试验。多模式(偏心、扭转、轴向交变和剪切交变)载荷作用下螺栓联接结构的松动试验无需分别使用不同的试验装置即可实现，使得多模式(偏心、扭转、轴向交变和剪切交变)载荷作用下螺栓联接的松动试验更加简便、经济。

2、本发明的测试传感系统中的角位移传感装置的设计，能够精确的实时测量螺母相对于螺杆的转动角度，能够在螺栓联接结构的松动试验中获得更多的试验数据，为螺栓联接结构的松动试验研究提供了更多的分析测试方法。

3、本发明的测试传感系统中的标尺指针与定位对中组件中长条上的刻度尺配合使用，能够准确地控制试验螺栓的偏心距离，使得多模式(偏心、扭转、轴向交变和剪切交变)载荷作用下螺栓联接结构的松动试验更加方便、可靠。

4、本发明的上、下两个夹具各自独立，通过更换任一夹具可以实现不同螺栓联接结构在更复杂多变的工况下的松动试验，为后续研究奠定了一定基础。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的正面剖视图；

图3为本发明去掉定位滑块的侧面剖视图；

图4为本发明的俯视图。

其中：1、上夹具；101、上夹持端；102、上连接板；103、右夹持端；2、下夹具；201、下夹持端；202、下连接板；203、左夹持端；3、长条；301、定位孔；302、锁紧螺栓；303、定位滑块；304、刻度尺；4、试验螺母；5、试验螺栓；6、力传感器；7、测试传感系统；701、螺母夹持装置；702、联轴器；703、角位移编码器夹持装置；704、直线轴承；705、光轴；706、角位移编码器；8、标尺指针。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1、图2、图3和图4所示，该螺栓联接结构的松动试验装置包括上夹具1、下夹具2和测试传感系统7；上夹具1包括上连接板102，设置在上连接板102上的定位对中组件，以及分别设置在上连接板102上端和右端的上夹持端101和右夹持端103；下夹具2包括下连接板202，以及分别设置在下连接板202下端和左端的下夹持端201和左夹持端203；上连接板102与下连接板202上设置有互相重合的螺栓槽，在松动试验过程中，试验螺栓5和试验螺母4通过上连接板102和下连接板202连接在一起。

定位对中组件包括设置在螺栓槽两侧的长条3；每根长条3上均设置有若干定位孔301和一个定位滑块303，每根长条3的外侧均设置有刻度尺304。试验螺母4通过定位滑块303进行定位对中。定位滑块303通过锁紧螺栓302连接长条3。

测试传感系统7包括角位移编码器706，用于连接试验螺栓5与角位移编码器706的联轴器702，设置在角位移编码器706顶部中心位置处并延展至长条3外侧的标尺指针8，分别夹持在试验螺母4和角位移编码器706上的螺母夹持装置701和角位移编码器夹持装置703，连接在螺母夹持装置701和角位移编码器夹持装置703之间的光轴705，设置在角位移编码器夹持装置703与光轴705之间的直线轴承704，以及设置在试验螺栓5上的力传感器6；力传感器6夹于试验螺栓5和下连接板202之间，因此可以测量试验螺栓5在试验过程中所受的力。螺母夹持装置701在夹持试验螺母4后通过直线轴承704和光轴705与角位移编码器夹持装置703相固定，使得测试传感系统7与试验螺母4相固定。标尺指针8通过刻度尺304对偏心载荷的偏心距离进行测量与控制。

联轴器702的下端设置有与试验螺栓5相匹配的螺纹孔，上端设置有用于固定角位移编码器706转轴的圆孔，使得角位移编码器706与螺栓杆的运动保持一致。螺母4在松退转动时，与螺母4配合的夹持端会沿着试验螺栓5轴向方向往外运动，光轴705在直线轴承704上进行轴向运动，防止角位移编码器706与试验螺栓5发生松脱。

该螺栓联接结构的松动试验装置的使用方法包括以下步骤：

S1、确定松动试验的类型；

S2、根据松动试验的类型将上夹具1和下夹具2通过上夹持端101与下夹持端201，或右夹持端103和左夹持端203对称地固定在疲劳试验机的上下夹头上，并使螺栓槽互相重合；

S3、根据松动试验的类型使用长条3和定位滑块303定位对中试验螺母4；

S4、通过试验螺母4和试验螺栓5连接上连接板102和下连接板202，撤除定位滑块303，在试验螺母4和试验螺栓5上共同安装测试传感系统7；

S5、启动疲劳试验机进行松动试验。

松动试验的类型包括偏心载荷松动试验、扭转载荷松动试验、轴向交变载荷松动试验和剪切交变荷载松动试验。

根据松动试验的类型将上夹具1和下夹具2通过上夹持端101与下夹持端201，或右夹持端103和左夹持端203对称地固定在疲劳试验机的上下夹头上，并使螺栓槽互相重合的方法为：

偏心载荷松动试验、扭转载荷松动试验和轴向交变载荷松动试验将上夹具1的上夹持端101和下夹具2的下夹持端201分别固定在疲劳试验机的上下夹头上并保持其位于同一直线，同时使上连接板102和下连接板202的螺栓槽互相重合；

剪切交变荷载松动试验将上夹具1的右夹持端103和下夹具2的左夹持端203分别固定在疲劳试验机的上下夹头上并保持其位于同一直线，同时使上连接板102和下连接板202的螺栓槽互相重合。

根据松动试验的类型通过长条3和定位滑块303定位对中试验螺母4的方法为：

扭转载荷松动试验和轴向交变载荷松动试验将试验螺母4放置在上连接板102上，并根据刻度尺304和标尺指针8使试验螺母4位于上夹持端101的正下方，并通过两个定位滑块303将试验螺母4夹紧；

偏心载荷松动试验将试验螺母4放置在上连接板102上、且与上夹持端101的正下方保持偏心距，并通过两个定位滑块303将其夹紧；

剪切交变载荷松动试验将试验螺母4放置在上连接板102上、且位于螺栓槽的最右端，并通过定位滑块303将其夹紧。

通过试验螺母4和试验螺栓5连接上连接板102和下连接板202，撤除定位滑块303，在试验螺母4和试验螺栓5上共同安装测试传感系统7的方法为：

将力传感器6套于试验螺栓5上，将试验螺栓5从下连接板202下方通过螺栓槽穿过上连接板102螺栓槽以及试验螺母4，并施加预紧力，撤去定位滑块303，通过螺母夹持装置701夹持试验螺母4，并使用联轴器702连接角位移编码器706和试验螺栓5。

本发明当标尺指针8与夹持端中心有一定距离，即试验螺栓5的轴线与疲劳试验机的载荷施加方向存在一定的偏心距时，启动疲劳试验机，通过疲劳试验机的上夹头及本发明的上夹具1对试验螺栓施加设定的载荷，即可实现偏心载荷作用下螺栓联接结构的松动试验；当标尺指针8正对夹持端中心位置时，试验螺栓5的轴线正好与疲劳试验机的载荷施加方向重合，启动疲劳试验机，通过疲劳试验机的上夹头及本发明的上夹具1对试验螺栓施加设定的扭转载荷(疲劳试验机上夹头施加扭转角度)或轴向交变载荷，即可实现扭转载荷(疲劳试验机上夹头施加扭转角度)作用下螺栓联接结构的松动试验或轴向交变载荷作用下螺栓联接结构的松动试验。

将下夹具2的左夹持端203固定在疲劳试验机的下夹头上，同时将上夹具1的右夹持端103固定在疲劳试验机的上夹头上；随后操作疲劳试验机，使下连接板202上的螺栓槽和上连接板102上的螺栓槽对齐；将试验螺栓5安装在螺栓槽的下部，启动疲劳试验机，通过疲劳试验机的上夹头及本发明的上夹具1对试验螺栓施加设定的剪切交变载荷，即可实现剪切交变载荷作用下螺栓联接结构的松动试验。

综上所述，本发明仅需上、下两个夹具即可实现多模式(偏心、扭转、轴向交变和剪切交变)载荷作用下螺栓联接结构的松动试验。其结构简单，易操作，造价低廉，同时其控制与测试的精度高，试验数据准确可靠，能够方便易行地为螺栓联接结构的设计与使用提供试验依据，从而更有效的提高螺栓联接结构的可靠性。

Claims (9)

1.一种螺栓联接结构的松动试验装置，其特征在于：包括上夹具(1)、下夹具(2)和测试传感系统(7)；所述上夹具(1)包括上连接板(102)，设置在所述上连接板(102)上的定位对中组件，以及分别设置在所述上连接板(102)上端和右端的上夹持端(101)和右夹持端(103)；

所述下夹具(2)包括下连接板(202)，以及分别设置在所述下连接板(202)下端和左端的下夹持端(201)和左夹持端(203)；所述上连接板(102)与所述下连接板(202)上设置有互相重合的螺栓槽。

2.根据权利要求1所述的螺栓联接结构的松动试验装置，其特征在于：所述定位对中组件包括设置在所述上连接板(102)上且位于螺栓槽两侧的长条(3)；每根所述长条(3)上均设置有若干定位孔(301)和一个定位滑块(303)，每根所述长条(3)的外侧均设置有刻度尺(304)。

3.根据权利要求2所述的螺栓联接结构的松动试验装置，其特征在于：所述测试传感系统(7)包括角位移编码器(706)、力传感器(6)和标尺指针(8)，所述角位移编码器(706)通过联轴器(702)连接试验螺栓(5)；所述力传感器(6)设置在所述试验螺栓(5)上；所述标尺指针(8)设置在所述角位移编码器(706)顶部中心位置处并延展至长条(3)外侧的标尺指针(8)。

4.根据权利要求2所述的螺栓联接结构的松动试验装置，其特征在于：所述定位滑块(303)通过锁紧螺栓(302)连接所述长条(3)。

5.一种螺栓联接结构的松动试验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定松动试验的类型；

S2、根据松动试验的类型将上夹具(1)和下夹具(2)通过上、下夹持端(101，201)，或左、右夹持端(203，103)对称地固定在疲劳试验机的上下夹头上，并使螺栓槽互相重合；

S3、根据松动试验的类型使用长条(3)和定位滑块(303)定位对中试验螺母(4)；

S4、通过试验螺母(4)和试验螺栓(5)连接上连接板(102)和下连接板(202)，撤除定位滑块(303)，在试验螺母(4)和试验螺栓(5)上共同安装测试传感系统(7)；

S5、启动疲劳试验机进行松动试验。

6.根据权利要求5所述的螺栓联接结构的松动试验装置的使用方法，其特征在于：所述松动试验的类型包括偏心载荷松动试验、扭转载荷松动试验、轴向交变载荷松动试验和剪切交变荷载松动试验。

7.根据权利要求5所述的螺栓联接结构的松动试验装置的使用方法，其特征在于，所述根据松动试验的类型将上夹具(1)和下夹具(2)通过上、下夹持端(101，201)，或左、右夹持端(203，103)对称地固定在疲劳试验机的上下夹头上，并使螺栓槽互相重合的方法为：

偏心载荷松动试验、扭转载荷松动试验和轴向交变载荷松动试验将上夹具(1)的上夹持端(101)和下夹具(2)的下夹持端(201)分别固定在疲劳试验机的上下夹头上并保持其位于同一直线，同时使上连接板(102)和下连接板(202)的螺栓槽互相重合；

剪切交变荷载松动试验将上夹具(1)的右夹持端(103)和下夹具(2)的左夹持端(203)分别固定在疲劳试验机的上下夹头上并保持其位于同一直线，同时使上连接板(102)和下连接板(202)的螺栓槽互相重合。

8.根据权利要求5所述的螺栓联接结构的松动试验装置的使用方法，其特征在于：所述根据松动试验的类型通过长条(3)和定位滑块(303)定位对中试验螺母(4)的方法为：

扭转载荷松动试验和轴向交变载荷松动试验将试验螺母(4)放置在上连接板(102)上，并根据刻度尺(304)和标尺指针(8)使试验螺母(4)位于上夹持端(101)的正下方，并通过两个定位滑块(303)将试验螺母(4)夹紧；

偏心载荷松动试验将试验螺母(4)放置在上连接板(102)上、且与上夹持端(101)的正下方保持偏心距，并通过两个定位滑块(303)将其夹紧；

剪切交变载荷松动试验将试验螺母(4)放置在上连接板(102)上、且位于螺栓槽的最右端，并通过定位滑块(303)将其夹紧。

9.根据权利要求5所述的螺栓联接结构的松动试验装置的使用方法，其特征在于：所述通过试验螺母(4)和试验螺栓(5)连接上连接板(102)和下连接板(202)，撤除定位滑块(303)，在试验螺母(4)和试验螺栓(5)上共同安装测试传感系统(7)的方法为：

将力传感器(6)套于试验螺栓(5)上，将试验螺栓(5)从下连接板(202)下方通过螺栓槽穿过上连接板(102)螺栓槽以及试验螺母(4)，并施加预紧力，撤去定位滑块(303)，通过螺母夹持装置(701)夹持试验螺母(4)，并使用联轴器(702)连接角位移编码器(706)和试验螺栓(5)。