本發(fā)明涉及一種銷約束的軸向單螺栓松弛測量裝置，屬于機械制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

受某種因素作用,使螺栓預(yù)緊力(最初給予螺栓連接件的緊固力)下降的現(xiàn)象叫做螺栓的松弛。影響螺栓松弛的因素繁多，其中關(guān)鍵影響因素之一是螺栓連接結(jié)構(gòu)接觸表面的粗糙度，其微觀上的定義是三維形貌表面微凸體的算數(shù)平均高度。研究表明：接觸表面粗糙度會極大地影響接觸區(qū)和壓力峰值，從而大大影響整體栓接性能導(dǎo)致螺栓松弛。然而，現(xiàn)有研究卻很少慮及這一因素，且多對表面粗糙度與剛度的關(guān)系進行分析。通過改變結(jié)合面的粗糙度、螺栓預(yù)緊力和施加載荷的力與頻率來探究特定結(jié)合面下螺栓松弛的規(guī)律。

為了系統(tǒng)性地探究結(jié)合面粗糙度對軸向螺栓松弛的規(guī)律，且鑒于現(xiàn)有的單螺栓連接實驗裝置中都沒有考慮連接件周向轉(zhuǎn)動問題，需要結(jié)構(gòu)簡單又能解決試驗中連接件發(fā)生轉(zhuǎn)動問題且測量精度較高的裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測量精度不高、試驗中連接件發(fā)生轉(zhuǎn)動現(xiàn)象、松弛過程接觸表面粗糙度無法測量的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種銷約束的軸向單螺栓松弛測量裝置，該裝置采用三維表面形貌測量儀來測量表面粗糙度，用拉伸試驗機夾持軸向螺栓試件，并給其提供可變周期、頻率以及加載力大小的載荷并加載循環(huán)力，隨著循環(huán)加載，獲得力學(xué)、位移隨時間變化數(shù)據(jù)，分析獲得軸向螺栓松弛規(guī)律，再將松弛階段劃分，在不同粗糙度的結(jié)合面下在進行拉伸試驗，拉伸試驗完成后在表面粗糙度數(shù)據(jù)、力學(xué)數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)綜合分析下得出精度高，較為準(zhǔn)確的結(jié)合面粗糙度對于軸向螺栓松弛影響的規(guī)律。

一種銷約束的軸向單螺栓松弛測量裝置，該裝置包括：拉伸試驗機1、下連接件2、螺母3、電渦流位移傳感器4、上連接件5、螺桿6、壓力傳感器7、開口銷8，對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算機、三維表面形貌測量儀、數(shù)顯力矩扳手。三維表面形貌測量儀其最高精度可以達到100nm，用來掃描測量試件接觸面的表面粗糙度。上述下連接件2與上連接件5的中間部分通過螺桿6與螺母3連接，螺母3通過數(shù)顯力矩扳手?jǐn)Q緊。下連接件2與上連接件5的端部通過一對開口銷8進行周向固定，壓力傳感器7串聯(lián)在螺桿6與上連接件5之間，上連接件5的端部有方形帶孔薄板，方形帶孔薄板用以固定電渦流位移傳感器4，并實現(xiàn)電渦流位移傳感器4的上下調(diào)節(jié)，將電渦流位移傳感器4的下端探頭安裝至距離下連接件2側(cè)部的方形薄板上端2-3mm處，然后依次連接數(shù)字信號放大器9和數(shù)據(jù)采集卡10最終將測得的數(shù)據(jù)實時輸出至計算機對應(yīng)采集軟件11中。

軸向裝置的上連接件5和下連接件2的兩端分別夾在拉伸實驗機上，并且用一對開口銷進行周向固定，防止拉伸試驗中發(fā)生轉(zhuǎn)動現(xiàn)象，如圖1所示。利用拉伸試驗機加載循環(huán)載荷，目的是加速實驗，縮短螺栓松動時間。拉伸試驗機能夠改變加載的力和頻率，同時可控制加載循環(huán)的次數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于設(shè)計了一套精度高、結(jié)構(gòu)簡單又能解決試驗中連接件發(fā)生轉(zhuǎn)動現(xiàn)象并且考慮結(jié)合面粗糙度的螺栓松弛測量裝置。采用特制、精度更高的壓力傳感器，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。采用了三維形貌儀，掃描并且測量了接觸表面的三維數(shù)據(jù)，為結(jié)合面粗糙度的影響提供了基礎(chǔ)。說明了振動下連接件位移和松弛的關(guān)系，表明了夾緊力的衰減和粗糙度的關(guān)系。

附圖說明

圖1是軸向螺栓松弛測定裝置及其附件構(gòu)成系統(tǒng)圖。

圖2是軸向結(jié)構(gòu)主要裝置剖面圖。

圖3是軸向螺栓裝置上連接件主視圖。

圖4是軸向螺栓裝置上連接件a向視圖。

圖5是軸向螺栓裝置下連接件主視圖。

圖6是軸向螺栓裝置下連接件b向視圖。

圖中：1--拉伸試驗機、2--上連接件、3--螺母、4--電渦流位移傳感器、5--下連接件、6--螺桿、7--壓力傳感器、8--開口銷、9--數(shù)字信號放大器、10—信號采集卡、11—電腦采集軟件。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。

如圖1所示的考慮結(jié)合面粗糙度的軸向螺栓松弛的測量裝置。上述下連接件2與上連接件5的中間部分通過螺桿6與螺母3連接，螺母3通過數(shù)顯力矩扳手?jǐn)Q緊。下連接件2與上連接件5的端部通過一對開口銷8進行周向固定，壓力傳感器7串聯(lián)在螺桿6與上連接件5之間，上連接件5的端部有方形帶孔薄板，方形帶孔薄板用以固定電渦流位移傳感器4，并實現(xiàn)電渦流位移傳感器4的上下調(diào)節(jié)，將電渦流位移傳感器4的下端探頭安裝至距離下連接件2側(cè)部的方形薄板上端2-3mm處，然后依次連接數(shù)字信號放大器9和數(shù)據(jù)采集卡10最終將測得的數(shù)據(jù)實時輸出至計算機對應(yīng)采集軟件11中。

首先使用三維形貌測量儀掃描掃描上連接件5和下連接2結(jié)合面處表面形貌，獲得結(jié)合面粗糙度數(shù)據(jù)，作為分析對比基礎(chǔ)。然后將所連接的試件夾在拉伸試驗機1上，使用特制傳感器和電渦流位移傳感器配合拉伸試驗機的拉伸特性，設(shè)定加載頻率和加載力大小，并設(shè)置循環(huán)類型和循環(huán)周期，開啟拉伸試驗。通過計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時監(jiān)測螺栓夾緊力以及軸向位移，可以獲得螺栓夾緊力隨著時間變化的f-t曲線圖以及獲得精度較高的振動下接觸面間的位移時間的s-t曲線圖。

試驗中這些設(shè)備需要來采集包括表面數(shù)據(jù)、力學(xué)、位移和時間信號。其中分別是:力學(xué)信號二維數(shù)組f-t圖、位移信號二維數(shù)組s-t圖、接觸面表面粗糙度數(shù)據(jù)。通過分析不同接觸表面粗糙度下螺栓連接結(jié)構(gòu)夾緊力及位移隨時間的變化曲線，反映在特定結(jié)合面下螺栓松弛的規(guī)律。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種銷約束的軸向單螺栓松弛測量裝置，屬于機械制造領(lǐng)域，包括連接件、螺栓、銷、傳感器。螺栓桿穿過上下連接件，用一對開口銷對兩連接件進行周向固定，接觸面為特定尺寸和粗糙度的表面，采用壓力傳感器測量螺栓夾緊力的衰減；位移傳感器來測量接觸面間的位移；三維形貌儀測量表面粗糙度；拉伸試驗機進行循環(huán)拉伸試驗，模擬螺栓工況。通過獲取的軸向位移、軸向夾緊力和表面粗糙度來分析螺栓松弛的特性。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，不僅保證了連接件軸向連接的穩(wěn)定特性，還解決了試驗時連接件轉(zhuǎn)動問題，并且考慮了表面粗糙度對螺栓松弛的影響，同時也提高了螺栓松弛的測量精度。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡力鋼;徐文祥;劉志峰;李迎;劉強;張明洋
受保護的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.14
技術(shù)公布日：2017.08.25