[發明專利]一種螺栓結合面真實接觸面積測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201710448067.5
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107179060B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 惠燁;李鵬陽;李艷
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: G01B11/28
• 分類號: G01B11/28
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 齊書田

本發明公開了一種螺栓結合面真實接觸面積測量裝置及方法，包括支撐箱座，支撐箱座上固定有下試件，下試件上通過螺栓連接有上試件，支撐箱座上設有通孔，通孔中設置有若干納米級光纖位移傳感器，所述納米級光纖位移傳感器通過調整組件連接在下試件上，且納米級光纖位移傳感器的頂部穿過下試件連接至下試件和上試件的結合面，納米級光纖位移傳感器的底部通過信號采集系統連接至計算機。本發明可以利用納米級光纖位移傳感器進行預緊載荷下螺栓結合面真實結合面積測量的試驗，也可以同時進行螺栓結合面預變形隨預緊載荷變化而變化的試驗。

技術領域

本發明屬于機械結構結合面技術領域，具體涉及一種基于光纖傳感器的螺栓結合面真實接觸面積測量裝置及方法。

背景技術

機械系統中各零部件之間，為了便于加工制造、運輸以及滿足功能方面的要求，一般都不是連續的整體，而是許多零部件按照一定的功能要求組合起來的整機，整機中零部件間不可避免的形成了大量的結合部，結合部包括結合面以及結合面附近兩零件的結構，兩個零件接觸并發生相對變形的表面層部分稱為結合面。螺栓連接由于其易于實現預緊力的調整、裝夾性能良好、方便拆卸維修和裝配，是機床與其它復雜機械中應用最廣的一種連接方式。螺栓結合部也是各類機械中最常見、最重要的結合部之一，如數控機床上主軸箱與床身、立柱與底座之間都存在螺栓結合部。螺栓結合部是由多個平面結合部、螺紋結合部以及多個零件組成的復雜結合部，相對于平面結合部在工作過程只受外載荷的作用，螺栓結合部在工作過程中承受的載荷更加復雜，是在受預緊力的狀態下再承受多向外載荷作用。在預緊力的作用下，螺栓結合部的接觸表面面壓分布是不均勻的，接觸面積和接觸模型對法向接觸剛度有著重要影響。

無論相互連接的零件表面加工如何精細，在顯微鏡下接觸表面上的微觀形貌總是凹凸不平的，兩個機械加工平面的接觸原理如圖1所示，當零件間表面接觸時，微凸體的凸起部分首先接觸，所有微凸體間的接觸面積和是實際接觸面積，遠小于零件表面名義面積，因此接觸點實際接觸面壓也遠高于零件間的面壓。螺栓連接在承受預緊載荷時，結合面承受法向載荷，為獲取螺栓連接平面真實結合面面積，目前采用超聲波測量結合面真實面積的方法中，由于當前位移傳感器超聲波探頭直徑最小也達到0.9mm，導致測量獲取的結合面面積的精度不夠精確；采用電渦流位移傳感器的方法，由于電渦流傳感器不能直接位于結合面接觸部位，測量的位移值中往往包含零件的變形，無法獲取真實結合面積；而采用壓敏紙測量結合面面積的方法由于壓敏紙的介入結合面間會破壞結合面真實的表面形狀。為了在盡量不破壞結合面實際結合表面的情況下獲取螺栓結合面真實結合面積，需要一套完整的測量裝置及測試方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種螺栓結合面真實接觸面積測量裝置及方法，以克服現有技術中的問題，本發明可以利用納米級光纖位移傳感器進行預緊載荷下螺栓結合面真實結合面積測量的試驗，也可以同時進行螺栓結合面預變形隨預緊載荷變化而變化的試驗。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種螺栓結合面真實接觸面積測量裝置，包括支撐箱座，支撐箱座上固定有下試件，下試件上通過螺栓連接有上試件，支撐箱座上設有通孔，通孔中設置有若干納米級光纖位移傳感器，所述納米級光纖位移傳感器通過調整組件連接在下試件上，且納米級光纖位移傳感器的頂部穿過下試件連接至下試件和上試件的結合面，納米級光纖位移傳感器的底部通過信號采集系統連接至計算機。

進一步地，所述的調整組件包括外套筒，外套筒上部活動連接有固定螺套，固定螺套與下試件固定連接，外套筒中設有內套筒，且內套筒上部穿插設置在固定螺套中，納米級光纖位移傳感器穿插設在內套筒中。

進一步地，外套筒上部設有內螺紋，固定螺套下部設有外螺紋，外套筒和固定螺套通過螺紋連接。

進一步地，內套筒的下部直徑大于上部直徑，內套筒的下部和上部之間形成平臺，固定螺套的底部和平臺之間設有彈簧。

一種基于上述裝置的螺栓結合面真實接觸面積測量方法，包括以下步驟：