[发明专利]一种考虑结合面特性的测定轴向螺栓松弛的装置及方法

权利要求书

1.一种考虑结合面特性的测定轴向螺栓松弛的装置，其特征在于：该装置包括拉伸试验机(1)、下连接件(2)、螺母(3)、电涡流位移传感器(4)、上连接件(5)、螺杆(6)和压力传感器(7)，对应的传感器数据采集系统和计算机、三维表面形貌测量仪、数显力矩扳手；三维表面形貌测量仪其最高精度为100nm，用来扫描试件接触面的三维形貌数据包括三维坐标、表面粗糙度、波纹度以及3D形貌；对接触面表面的形貌测量非常准确；

测定轴向螺栓松弛的装置的上连接件(5)和下连接件(2)的两端分别夹在拉伸实验机上；利用拉伸试验机加载循环载荷，目的是加速实验，缩短螺栓松动时间；拉伸试验机能够改变加载的力和频率，同时控制加载次数；

测定轴向螺栓松弛的装置从上到下依次是上连接件(5)、螺杆(6)、压力传感器(7)、下连接件(2)和螺母(3)；上连接件(5)和下连接件(2)通过固定尺寸的接触面接触；螺栓通过数显力矩扳手拧紧；压力传感器串联在螺杆(6)和上连接件(5)之间，依次连接数字放大器和数据采集卡最终将测得的数据实时输出至计算机对应的传感器数据采集软件中，通过计算机数据采集系统实时监测螺栓夹紧力，获得螺栓夹紧力随时间变化的F-t曲线；上连接件(5)的端部设有方形带孔薄板，方形带孔薄板用以固定电涡流位移传感器(4)，并实现上下调节，将位移传感器下端探头安装至距离下连接件(2)右侧的方形薄板上端2-3mm处；电涡流位移传感器(4)设置在上连接件(5)的外侧，电涡流位移传感器(4)与LMS数据采集系统连接，获得精度高的振动下接触面间的位移时间的S-t图；

预紧力的计算：力矩与螺栓所能提供的预紧力之间的关系为T＝K·d·F，其中T是数显力矩扳手设定的扭矩；K为拧紧系数，取0.16～0.18之间；F为螺栓预紧力。

2.根据权利要求1所述的一种考虑结合面特性的测定轴向螺栓松弛的装置，其特征在于：上连接件(5)和下连接件(2)均为框型结构；上连接件(5)和下连接件(2)的材料和加工方式相同，两者内侧过渡区域均采用大圆角过渡处理、框型件结合处两侧为倾斜过渡、框型件两侧至拉伸试验机加持部分逐渐过渡，这三种方法避免轴向加载过大引起零件因应力集中产生裂纹；表面粗糙度根据实验要求统一加工成Ra1.6或Ra3.2，但采用的加工方式对应为磨削、铣削或其他形式，并分别单独标注。

3.根据权利要求1所述的一种考虑结合面特性的测定轴向螺栓松弛的装置，其特征在于：上连接件(5)和下连接件(2)用于安装螺栓的孔径为螺杆(6)直径+1mm；侧端的方形薄板为焊接结构，根据安装的位移传感器的大小有所调整，其孔径为10mm。

4.根据权利要求1所述的一种考虑结合面特性的测定轴向螺栓松弛的装置，其特征在于：上连接件(5)和下连接件(2)在结合面两侧为倾斜状的下端，目的是在轴向拉伸下减小试件的应力集中，其余部分通过圆弧过渡或逐渐减小横截面积来减小应力集中。

5.根据权利要求1所述的一种考虑结合面特性的测定轴向螺栓松弛的装置，其特征在于：压力传感器(7)为环状，环状内孔与螺栓安装孔径相等，大小为螺杆(6)直径+1mm；压力传感器(7)的量程较大精度高，采集的数据能够实时记录并自行生成F-t曲线，其数据保存以便于后续数据整合。

6.一种利用权利要求1所述的装置进行的一种考虑结合面特性的测定轴向螺栓松弛的方法，其特征在于：

步骤1，使用三维表面形貌测量仪扫描上连接件(5)和下连接件(2)结合面处表面形貌，建立结合面特性数据库，作为分析对比基础；

步骤2，使用特制压力传感器放置在螺杆(6)和上连接件(5)之间，配合拉伸试验机的拉伸特性，设定为一端不动，另一端加载，获得螺栓夹紧力随时间的变化的F＝f(t)曲线，并且可以及时输出保存数据，为位移和表面数据作对比；

步骤3，通过划分螺栓松弛阶段，做不同节点循环周期的拉伸试验，并检测夹紧力变化和扫描获得接触表面三维形貌的数据，获得螺栓某一松弛阶段接触面的形貌变化。