一种测量横向载荷作用下螺栓松动的试验装置

摘要

本发明公开了一种测量横向载荷作用下螺栓松动的试验装置，属于振动试验装置领域，包括从左到右依次连接的第一夹持板、第二夹持板和压力传感器；所述第一夹持板的上部为圆柱体，下部为平面板，平面板的中心设有第一通孔；所述第二夹持板的下部为圆柱体，上部为平面板，平面板的中心设有第二通孔，平面板的右侧设有第二圆槽，第二圆槽内嵌固有中心具有通孔的压力传感器。还包括有螺母转角测量支架和编码器，螺栓定位环和减磨垫片。本发明通过液压疲劳试验机带动第一夹持板和第二夹持板往复运动，将振源的载荷传递给试验螺栓和试验螺母，实现了横向加载幅值和频率的连续可调，能够对螺栓的松动特性(夹紧力、螺母转角)、横向载荷和位移实时监测。

说明书

技术领域

本发明涉及振动试验装置领域，具体涉及到一种测量横向载荷作用下螺栓松动的试验装置。

背景技术

螺栓具有易拆装、可反复使用的特点，被广泛应用于机械结构的连接中。使用中发现，螺栓受到横向载荷(载荷方向垂直于夹紧力的方向)的长期作用时，易发生松动，螺栓夹紧力逐渐降低甚至完全丧失，引起设备仪器的故障，甚至严重的安全事故。因此，有必要通过试验的方式对螺栓松动的原因进行研究，为螺栓的设计提供实验依据。

目前常采用的横向载荷作用下螺栓松动试验装置为紧固件横向振动试验台(参照国标GB/T-10431-2008)，该试验台通过安装在电动机上的偏心轮进行横向加载，改变偏心量和偏心轮的转速实现加载幅值和频率的调整。但该试验台无法实现加载幅值和频率的连续改变，且加载能力有限，加载频率较低。螺栓在安装中，螺杆与螺孔的中心线不易对齐，导致受载中螺杆易与螺孔发生接触，增大螺栓受载。此外，螺栓松动过程中螺母发生转动，但现有试验台多未实现螺母转角的测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种测量横向载荷作用下螺栓松动的试验装置，解决现有试验装置无法实现加载幅值和频率连续改变的问题，可实现螺栓松动试验中横向加载幅值和频率的连续可调。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种测量横向载荷作用下螺栓松动的试验装置，第一夹持板的一端为圆柱体，另一端为平面板，平面板的中心设有第一通孔；第二夹持板的一端为圆柱体，另一端为平面板，平面板的中心设有第二通孔；第二夹持板的平面板的一侧与第一夹持板的平面板互相紧贴，另一侧与压力传感器连接；第二通孔与第一通孔同轴心，第一夹持板和第二夹持板的圆柱体同轴心。

根据上述方案，还包括连接成一个整体的螺母转角测量支架和编码器。

根据上述方案，所述螺母转角测量支架包括第一L型梁和第二L型梁，第一L型梁和第二L型梁连接成“匚”字型梁；第一L型梁通过螺栓与直梁连接，第二L型梁连接到固定平板，固定平板与编码器固定连接，固定平板的中心设有通孔；编码器的旋转轴穿过固定平板中心的通孔，旋转轴的顶部固定连接有螺纹轴套，螺纹轴套的中心设有与试验螺栓相匹配的螺纹。

根据上述方案，所述第一夹持板的平面板远离第二夹持板的一侧设有螺栓定位环，所述螺栓定位环的中心设有与试验螺栓的螺栓头形状相同的正六边形。

根据上述方案，所述螺栓定位环由对称设置并通过螺栓连接的左半环和右半环组成，左半环和右半环分别设有平行切口。

根据上述方案，还包括减磨垫片；所述第一夹持板的平面板靠近第二夹持板的一侧设有第一方槽，所述第二夹持板的平面板靠近第一夹持板的一侧设有第二方槽，所述减磨垫片置于第一方槽和第二方槽内。

根据上述方案，所述减磨垫片为中间设有第三通孔的方形垫片，第三通孔的周围设有第三通槽，第三通槽内设有滚柱。

根据上述方案，所述减磨垫片的数量为两个。

根据上述方案，所述第一夹持板的平面板的侧面设有第一凹槽，所述第二夹持板的平面板的侧面设有第二凹槽，普通平键同时穿过第一凹槽和第二凹槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过液压疲劳试验机带动第一夹持板和第二夹持板往复运动，将振源的载荷传递给试验螺栓和试验螺母，实现了横向加载幅值和频率的连续可调，能够对螺栓的松动特性(夹紧力、螺母转角)、横向载荷和位移实时监测，为工程技术人员分析各种螺纹紧固件的防松性能，评估各种防松方法的有效性和装配连接工艺优化提供基础平台；同时也能够测量试验螺母的转角。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，其中：

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明中第一夹持板的正视示意图；

图3是本发明中第一夹持板的右视剖视示意图；

图4是本发明中第二夹持板的正视示意图；

图5是本发明中第二夹持板的右视剖视示意图；

图6是本发明中螺栓定位环的结构示意图；

图7是本发明中减磨垫片的结构示意图；

图8是本发明中螺母转角测量支架和编码器的连接结构示意图。

图中各标号的释义为：1-第一夹持板，11-第一圆槽，12-第一方槽，13-第一通孔，14-第一凹槽，2-第二夹持板，21-第二圆槽，22-第二方槽，23-第二通孔，24-第二凹槽，3-螺栓定位环，31-左半环，32-右半环，33-平行切口，4-减磨垫片，41-第三通孔，42-第三通槽，43-滚柱，5-螺母转角测量支架，51-直梁，52-第一L型粱，53第二L型粱，54-固定平板，55-螺纹轴套，6-试验螺栓，7-试验螺母，8-压力传感器，9-编码器。

具体实施方式

本发明主要由第一夹持板1、第二夹持板2、压力传感器8、螺母转角测量支架5和编码器9组成。

所述第一夹持板1的上部为圆柱体，装夹在疲劳试验机的上液压夹头中。下部为平面板，平面板的中心开设有内径大于试验螺栓6的直径的第一通孔13，右侧加工有放置减磨垫片4的第一方槽12，左侧加工有放置螺栓定位环3的第一圆槽11，侧面加工有放置普通平键的第一凹槽14。

所述第二夹持板2的下部为圆柱体，装夹在疲劳试验机的下液压夹头中。上部为平面板，平面板的中心开设有内径大于试验螺栓6的直径的第二通孔23，左侧加工有放置减磨垫片4的第二方槽22，右侧加工有放置压力传感器8的第二圆槽21，侧面加工有放置普通平键的第二凹槽24。

所述螺栓定位环3外环为圆形，螺栓定位环3的外环直径比第一圆槽11的直径小0.02mm；螺栓定位环3的中心设有与试验螺栓6的螺栓头形状相同的正六边形，螺栓定位环3由对称设置并通过螺栓连接的左半环31和右半环32组成，左半环31和右半环32分别设有平行切口33。螺栓定位环3将试验螺栓6的螺栓头夹住后，可实现试验螺栓6的螺杆与各类通孔的中心线对齐，避免加载过程中试验螺栓6与孔壁接触，增大试验螺栓6的受载。

所述减磨垫片4为中间设有第三通孔41的方形垫片，第三通孔41的周围设有第三通槽42，第三通槽42内设有滚柱43。减磨垫片4可降低第一夹持板1和第二夹持板2之间的摩擦系数。

所述螺母转角测量支架5包括连接成匚字型梁的第一L型梁52和第二L型梁53；第一L型梁52通过螺栓与直梁51连接，第二L型梁53连接到固定平板54，固定平板54与编码器9固定连接，固定平板54的中心设有通孔；编码器9的旋转轴穿过固定平板54中心的通孔，旋转轴的顶部固定连接有螺纹轴套55，螺纹轴套55的中心设有与试验螺栓6相匹配的螺纹。

本试验装置的具体试验方法如下：

在减磨垫片4的第三通槽42中凃覆黄油，将若干滚柱43置入第三通槽42内，将两块减磨垫片4分别置入第一夹持板1和第二夹持板2的第一方槽12和第二方槽22中。

将第一夹持板1和第二夹持板2分别固定到疲劳试验机的上液压夹头和下液压夹头内，并保证第一夹持板1和第二夹持板2的圆柱体同轴心。将第一夹持板1和第二夹持板2侧面的第一凹槽14和第二凹槽24对齐，将普通平键置入到第一凹槽14和第二凹槽24内，以保证第一夹持板1和第二夹持板2的第一通孔13和第二通孔23的中心线对齐。

将螺栓定位环3与试验螺栓6的螺栓头固定。

将压力传感器8置入第二夹持板2的第二圆槽21中。

将固定有螺栓定位环3的试验螺栓6依次穿过第一夹持板1的第一通孔13，减磨垫片4的第三通孔41，第二夹持板2的第二通孔23和压力传感器8，然后将螺栓定位环3置于第一夹持板1的第一圆槽11内，最后在试验螺栓6的螺杆的末端拧上试验螺母7。

用螺母转角测量支架5的直梁51和第一L型梁52卡紧试验螺母7，然后将编码器9固定到螺母转角测量支架5的固定平板54上，然后在编码器9的旋转轴的顶部固定连接螺纹轴套55，螺纹轴套55与试验螺栓6的螺杆的端部固定连接。

疲劳试验机的下液压夹头保持不动，对上液压夹头施加往复的位移载荷，可实现加载幅值与频率的连续可调。试验螺栓6在外部载荷的作用下，试验螺母7逐渐转动，试验螺母7的夹紧力缓慢降低，从而发生松动。试验螺母7转动的角度通过编码器9实时测量，试验螺栓6的夹紧力则由压力传感器8实时测量。试验螺栓6的横向载荷和位移通过疲劳试验机液压夹头上自带的压力传感器和位移传感器测量。