[發(fā)明專利]一種測(cè)試高強(qiáng)螺栓結(jié)合面法向靜態(tài)特性裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310001169.4
• 申請(qǐng)日: 2013-01-05
• 公開（公告）號(hào): CN103217278A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡力鋼;郝宇;郭鐵能;劉志峰;張東梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M13/00
• 分類號(hào): G01M13/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測(cè)試高強(qiáng)螺栓結(jié)合面法向靜態(tài)特性裝置及方法，屬于機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

眾所周知，機(jī)床乃至各類機(jī)械，為了滿足各種功能、性能和加工要求以及運(yùn)輸上的方便，一般都不是一個(gè)連續(xù)的整體，而是由各種零件按照一定的具體要求組合起來的。稱零件、組件、部件之間相互接觸的表面為“機(jī)械結(jié)合面”，簡(jiǎn)稱“結(jié)合面”，或稱“接觸面”。相互接觸的零件、組件、部件稱為結(jié)合部，而結(jié)合部又可以分為結(jié)合面以及被聯(lián)結(jié)件，被聯(lián)結(jié)件即為結(jié)合部除去結(jié)合面的部分，如圖10所示。由于結(jié)合面在機(jī)械結(jié)構(gòu)中的大量存在，從而使機(jī)械結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)不再具有連續(xù)性，進(jìn)而導(dǎo)致了問題的復(fù)雜性。結(jié)合面存在著接觸剛度和接觸阻尼，因此從力學(xué)的角度分析結(jié)合面問題，可以說它和機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜特性存在著十分密切的關(guān)系。而螺栓聯(lián)接的結(jié)合面則是機(jī)械結(jié)構(gòu)中最典型的結(jié)合面之一。

螺栓聯(lián)接具有聯(lián)接可靠、聯(lián)接強(qiáng)度高、可拆卸、能自鎖等優(yōu)點(diǎn)。在一般的螺栓結(jié)合面中,當(dāng)螺栓預(yù)緊后又受軸向工作載荷時(shí)，螺栓所受總的軸向拉力與螺栓剛度和結(jié)合部剛度有直接的關(guān)系。螺栓剛度容易獲得，但對(duì)于結(jié)合部剛度來說，情況要復(fù)雜得多，至今也沒有一個(gè)簡(jiǎn)明準(zhǔn)確的計(jì)算方法。因此，有必要對(duì)螺栓結(jié)合面和結(jié)合面的剛度進(jìn)行深入的研究。

影響結(jié)合面靜態(tài)剛度特性的因素很多，而且十分復(fù)雜，這些因素主要有：

（1）結(jié)合面材質(zhì)（包括材料、硬度等）；

（2）結(jié)合面的加工方法（常用的方法：車、銑、刨、磨等）；

（3）結(jié)合面的加工質(zhì)量（包括表面粗糙度、波紋度、平面度）；

（4）結(jié)合面的介質(zhì)狀況（包括干結(jié)合面、有油結(jié)合面）；

（5）結(jié)合面的法向面壓（簡(jiǎn)稱面壓）；

（6）結(jié)合面間的相對(duì)位移性質(zhì)（法向位移、切向位移、轉(zhuǎn)角）；

（7）結(jié)合面的功能（固定結(jié)合面、運(yùn)動(dòng)結(jié)合面等）；

（8）結(jié)合面處的結(jié)構(gòu)類型和尺寸大小等。

這么眾多的影響因素，再加之它們的影響規(guī)律又多種多樣，而且有些因素相互間又有影響，從而無法以理論解析的方法直接確定它們的影響規(guī)律和影響程度的大小，必須通過實(shí)驗(yàn)研究的方法來予以解決。

為了系統(tǒng)地研究和探明結(jié)合面靜態(tài)特性與其基本影響因素之間的關(guān)系，并掌握結(jié)合面靜態(tài)基礎(chǔ)特性參數(shù)，需要一套完整的測(cè)試結(jié)合面靜態(tài)特性的裝置與方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一套通過材料試驗(yàn)機(jī)拉伸法向?qū)嶒?yàn)試件，使用力傳感器和電渦流位移傳感器分別獲得材料試驗(yàn)機(jī)的拉力信號(hào)和法向?qū)嶒?yàn)試件結(jié)合面處的軸向位移信號(hào)，并利用模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)將數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機(jī)，綜合結(jié)合部、被聯(lián)結(jié)件、結(jié)合面三種剛度關(guān)系，得到結(jié)合面受力與結(jié)合部剛度之間的函數(shù)關(guān)系

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種測(cè)試高強(qiáng)螺栓結(jié)合面法向靜態(tài)特性的裝置，包括材料試驗(yàn)機(jī)（1）、兩個(gè)螺桿（2）、下試件（3）、上試件（4）、高強(qiáng)螺栓（5）、無槽定位支架（7）、有槽定位支架（8）、電渦流位移傳感器（9）、力傳感器（10）、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)和PC機(jī)；其特征在于：高強(qiáng)螺栓（5）垂直穿過上試件（4）和下試件（3）中心處的通孔，為高強(qiáng)螺栓（5）施加一定預(yù)緊力，使上試件（4）的端面和下試件（3）的端面相互貼合構(gòu)成結(jié)合面，高強(qiáng)螺栓（5）預(yù)埋了應(yīng)變片，應(yīng)變片引出導(dǎo)線連接動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀；無槽定位支架（7）和有槽定位支架（8）分別均勻固定在上試件（4）和下試件（3）外側(cè)表面中心處，電渦流位移傳感器（9）夾緊在有槽定位支架（8）上，無槽定位支架（7）提供電渦流位移傳感器（9）的測(cè)距參考面，電渦流位移傳感器（9）用于測(cè)量結(jié)合面法向位移變化量；上試件（4）和下試件（3）通兩個(gè)螺桿（2）分別與材料試驗(yàn)機(jī)連接；材料試驗(yàn)機(jī)（1）搭載力傳感器（10）并沿縱向?yàn)樯?、下試件施加靜態(tài)拉力；測(cè)量預(yù)緊力以及高強(qiáng)螺栓應(yīng)變信號(hào)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、測(cè)量結(jié)合面法向位移變化量的電渦流位移傳感器（9）及測(cè)量靜態(tài)力信號(hào)的力傳感器（10）將各自信號(hào)輸出至模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，然后輸送至PC機(jī)。

上試件（4）和下試件（3）完全相同，僅為了表述上更加清晰采用了不同的名稱。它們所用材料、結(jié)構(gòu)形狀、表面粗糙度均相同。

所述電渦流位移傳感器（9）采用型號(hào)為SV3300的電渦流趨近式傳感器；所述力傳感器（10）采用型號(hào)為BK55687的力傳感器。

一種測(cè)試高強(qiáng)螺栓結(jié)合面法向靜態(tài)特性的方法，其特征在于：

步驟1，向高強(qiáng)螺栓施加預(yù)緊力，通過設(shè)定材料試驗(yàn)機(jī)（1）的加載速度以及不大于預(yù)緊力的加載力，對(duì)下試件（3）、上試件（4）施加縱向的靜態(tài)拉力；