[發明專利]一種考慮結合面特性的測定軸向螺栓松弛的裝置及方法

在審

• 申請號: 201710336967.0
• 申請日: 2017-05-14
• 公開（公告）號: CN107192494A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 蔡力鋼;劉強;劉志峰;李迎;呂華峰;徐文祥
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01L5/24
• 分類號: G01L5/24
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

1.一種考慮結合面特性的測定軸向螺栓松弛的裝置，其特征在于：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)和壓力傳感器(7)，對應的傳感器數據采集系統和計算機、三維表面形貌測量儀、數顯力矩扳手；三維表面形貌測量儀其最高精度為100nm，用來掃描試件接觸面的三維形貌數據包括三維坐標、表面粗糙度、波紋度以及3D形貌；對接觸面表面的形貌測量非常準確；

測定軸向螺栓松弛的裝置的上連接件(5)和下連接件(2)的兩端分別夾在拉伸實驗機上；利用拉伸試驗機加載循環載荷，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，同時控制加載次數；

測定軸向螺栓松弛的裝置從上到下依次是上連接件(5)、螺桿(6)、壓力傳感器(7)、下連接件(2)和螺母(3)；上連接件(5)和下連接件(2)通過固定尺寸的接觸面接觸；螺栓通過數顯力矩扳手擰緊；壓力傳感器串聯在螺桿(6)和上連接件(5)之間，依次連接數字放大器和數據采集卡最終將測得的數據實時輸出至計算機對應的傳感器數據采集軟件中，通過計算機數據采集系統實時監測螺栓夾緊力，獲得螺栓夾緊力隨時間變化的F-t曲線；上連接件(5)的端部設有方形帶孔薄板，方形帶孔薄板用以固定電渦流位移傳感器(4)，并實現上下調節，將位移傳感器下端探頭安裝至距離下連接件(2)右側的方形薄板上端2-3mm處；電渦流位移傳感器(4)設置在上連接件(5)的外側，電渦流位移傳感器(4)與LMS數據采集系統連接，獲得精度高的振動下接觸面間的位移時間的S-t圖；

預緊力的計算：力矩與螺栓所能提供的預緊力之間的關系為T＝K·d·F，其中T是數顯力矩扳手設定的扭矩；K為擰緊系數，取0.16～0.18之間；F為螺栓預緊力。

2.根據權利要求1所述的一種考慮結合面特性的測定軸向螺栓松弛的裝置，其特征在于：上連接件(5)和下連接件(2)均為框型結構；上連接件(5)和下連接件(2)的材料和加工方式相同，兩者內側過渡區域均采用大圓角過渡處理、框型件結合處兩側為傾斜過渡、框型件兩側至拉伸試驗機加持部分逐漸過渡，這三種方法避免軸向加載過大引起零件因應力集中產生裂紋；表面粗糙度根據實驗要求統一加工成Ra1.6或Ra3.2，但采用的加工方式對應為磨削、銑削或其他形式，并分別單獨標注。

3.根據權利要求1所述的一種考慮結合面特性的測定軸向螺栓松弛的裝置，其特征在于：上連接件(5)和下連接件(2)用于安裝螺栓的孔徑為螺桿(6)直徑+1mm；側端的方形薄板為焊接結構，根據安裝的位移傳感器的大小有所調整，其孔徑為10mm。

4.根據權利要求1所述的一種考慮結合面特性的測定軸向螺栓松弛的裝置，其特征在于：上連接件(5)和下連接件(2)在結合面兩側為傾斜狀的下端，目的是在軸向拉伸下減小試件的應力集中，其余部分通過圓弧過渡或逐漸減小橫截面積來減小應力集中。

5.根據權利要求1所述的一種考慮結合面特性的測定軸向螺栓松弛的裝置，其特征在于：壓力傳感器(7)為環狀，環狀內孔與螺栓安裝孔徑相等，大小為螺桿(6)直徑+1mm；壓力傳感器(7)的量程較大精度高，采集的數據能夠實時記錄并自行生成F-t曲線，其數據保存以便于后續數據整合。

6.一種利用權利要求1所述的裝置進行的一種考慮結合面特性的測定軸向螺栓松弛的方法，其特征在于：

步驟1，使用三維表面形貌測量儀掃描上連接件(5)和下連接件(2)結合面處表面形貌，建立結合面特性數據庫，作為分析對比基礎；

步驟2，使用特制壓力傳感器放置在螺桿(6)和上連接件(5)之間，配合拉伸試驗機的拉伸特性，設定為一端不動，另一端加載，獲得螺栓夾緊力隨時間的變化的F＝f(t)曲線，并且可以及時輸出保存數據，為位移和表面數據作對比；

步驟3，通過劃分螺栓松弛階段，做不同節點循環周期的拉伸試驗，并檢測夾緊力變化和掃描獲得接觸表面三維形貌的數據，獲得螺栓某一松弛階段接觸面的形貌變化。