[发明专利]大口径V型卡箍平板振动实验装置及方法

权利要求书

1.大口径V型卡箍平板振动实验装置，其特征在于：该装置包括V型卡箍平板、凸缘法兰平板、箍紧力传感器、轴拉力传感器、碟簧传力模块、箍紧力支撑架、轴向拉力支撑架、固定架和固定板；导块共有三块，两两导块之间分别夹着V型卡箍平板和凸缘法兰平板配合形成的对称结构以及碟簧，V型卡箍平板和凸缘法兰平板的厚度均为20mm，碟簧由若干对碟形弹片对合在一起套在导柱上，碟簧根据所加箍紧力选用13对；通过手动拧内六角螺栓，使之顶紧铝块做的箍紧力传感器，箍紧力传感器顶着导块造成碟簧压缩，挤压V型卡箍平板，等效成箍紧力；手动拧顶部螺母，U型接头提拉对称的凸缘法兰平板，再用螺母锁紧，等效成施加轴拉力；箍紧力传感器、导块、碟簧和V型卡箍平板都在同一平面内在箍紧力支撑架内无摩擦滑动；箍紧力支撑架由六个螺栓固定在固定架上，并套在轴向拉力支撑架中一起固定在固定板上，固定板固定在振动平台上；箍紧力传感器和轴拉力传感器连接应变仪，实时监测着箍紧力和轴向拉力的变化。

2.根据权利要求1所述的大口径V型卡箍平板振动实验装置，其特征在于：所述箍紧力传感器和轴拉力传感器均由铝材料制成，箍紧力传感器和轴拉力传感器做成圆柱体，每个贴上八个横竖相交应变片，全桥接入应变仪上。

3.根据权利要求1所述的大口径V型卡箍平板振动实验装置，其特征在于：所述V型卡箍平板加工成不同摩擦系数、不同V型角和不同咬合深度类型进行振动实验。

4.利用权利要求1所述装置进行的大口径V型卡箍平板振动实验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，

第一步：建立大口径V型卡箍平板振动实验装置；

第二步：根据整个V型卡箍平板箍紧时的力，通过理论计算，计算出20mm厚的V型卡箍平板对凸缘法兰平板的箍紧力；

第三步：计算出20mm厚的凸缘法兰平板的轴向拉力；

第四步：在安装到轴向拉力支撑架之前，手动拧顶部有60度角的内六角螺栓，通过旋入而挤压箍紧力传感器，直到标定的应变数值，最后用螺母锁紧；

第五步：安装到轴向拉力支撑架之后，手动拧顶部螺母，轴向拉力传感器受拉而发生应变数值变化，直到标定的应变数值，最后用另一个螺母锁紧；

第六步：振动试验开始后，通过观察箍紧力传感器和轴拉力传感器应变变化，由应力应变关系，得出应力，再乘以有效面积得出力的变化，分析出振动环境中V型卡箍平板箍紧力和轴拉力变化范围；

第七步：振动试验后，通过查看箍紧力支撑架上标尺，量出碟簧压缩的距离进而得到V型卡箍平板松弛距离；最后拆开工装，检查是否卡滞，并检查接触面变形或者破坏情况。

5.根据权利要求4所述的大口径V型卡箍平板振动实验方法，其特征在于，第二步中，计算出20mm厚的V型卡箍平板对凸缘法兰平板的箍紧力的理论公式为：

把直径D的V型卡箍平板截成一半；

已知箍紧时V型卡箍平板直径D，初始箍紧力为F₁，V型卡箍平板箍紧力由碟簧挤压V型卡箍平板产生，实验逐渐增加拉力；

由受力分析知:

2F₁＝P₁Dh；

P₁＝2F₁/Dh；

f₁＝P₁S′/2＝F₁S′/Dh＝F₁hl'/Dh＝F₁l'/D

式中：P₁——碟簧挤压V型卡箍平板面产生的压强；h—V型卡箍平板的高度；S′—所取包带的试样面积,S'＝hl'，l'—V型卡箍平板厚度；f₁—开始箍紧时碟簧的弹力。

6.根据权利要求5所述的大口径V型卡箍平板振动实验方法，其特征在于，第四步、第五步中，箍紧力传感器和轴拉力传感器由八个应变片沿轴线在材料为AL的圆柱上沿圆周均匀分布；

应变仪测量的电桥原理为：单臂电桥四个桥臂的电阻分别为R₁,R₂,R₃,R₄，A、C端接桥源，B、D端为输出端；A、C间的电压为U，则流经电阻R₁的电流为

R₁两端的电压降为

同理，R₃两端的电压降为

则，B、D端输出电压为

当输出电压ΔU＝0，称为电桥平衡，此时R₁R₄＝R₂R₃；

电桥在接上电阻R₁,R₂,R₃,R₄时处于平衡状态，满足R₁R₄＝R₂R₃，那么当上述各电阻分别改变为ΔR₁,ΔR₂,ΔR₃,ΔR₄时，得电桥的输出电压为

将式子R₁R₄＝R₂R₃代入，省略高阶小量得电桥输出公式

采用全电桥接法在进行测量时，将粘贴在试样上的四个相同规格的应变计同时接入测量电桥；当试样受力后，上述的应变计感受到的应变分别为ε₁,ε₂,ε₃,ε₄，相应的电阻改变量为ΔR₁,ΔR₂,ΔR₃,ΔR₄，则根据电桥输出公式得输出电压为

于是得应变仪的读数为