专利名称：一种螺栓疲劳试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种螺栓在轴向载荷条件下的疲劳试验装置，用于进行螺栓轴向疲劳性能的测试。
背景技术：
对于螺栓轴向疲劳试验项目，现多数情况是采用类似螺栓准静态拉伸的试验模式，但是疲劳试验不同于准静态拉伸试验，疲劳试验周期较长，在试验过程中由于设备和试验夹具的同轴度公差及设备震动容易使该轴向疲劳试验上下夹具不同轴引起机械作用力， 对螺栓试样产生附加弯矩，轴向疲劳试验对附加弯矩比较敏感，容易导致螺栓从螺帽部位断裂，此种现象为异常断裂；由于在疲劳试验过程中设备震动配合系统垂直度公差，螺栓试样和夹具发生微量相对运动导致螺栓发生旋转，进而使螺栓产生松动现象并且产生扭转应力，此种现象会使试样承受附加扭转应力并且轴向力有一定的衰减，进而影响试验结果。
如图1所示，中国专利“专用螺栓试验夹具”，专利号CN2004200U870. 2。该专用螺栓试验夹具包括上夹具la、下夹具加、螺母夹具3a、实验螺栓4a、上夹头fe以及下夹头 6a0
在实验螺栓如装夹后，试验系统存在的累计同轴度公差会导致实验螺栓如并不能和下夹具加保持无阻力的同轴和装夹，这种现象就会造成螺栓螺帽部分并不是完全均勻受力的贴合夹块平面部分。
此外，在螺栓疲劳试验过程中，由于机械震动和试验系统垂直度偏差的原因，时常会导致实验螺栓如在试验装置内发生微小转动，从而使实验螺栓如松动，并且这种微小转动会产生附加扭转应力。发明内容
本发明设计了一种螺栓疲劳试验装置，其解决的技术问题是螺栓在进行螺栓轴向疲劳试验过程中产生的附加弯矩作用、螺栓松动现象以及附加扭转应力等共同作用导致的螺栓异常断裂而影响试验结果。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案一种螺栓疲劳试验装置，包括上夹具(1)、下夹具(7)以及实验螺栓(4)，在所述上夹具 (1)下端连接上夹具底座(3)，所述上夹具底座(3)设有上球冠放置槽(31)，所述上球冠放置槽(31)设有光滑凹面(32)，在所述上球冠放置槽(31)内设置一上球冠夹块(2)，所述上球冠夹块(2)下部的光滑凸面(22)放置在所述上球冠放置槽(31)的光滑凹面(32)中，所述上球冠夹块(2 )上部设有螺帽凹槽(21)；在下夹具(7 )上端连接下夹具底座(5 )，所述下夹具底座(5)设有下球冠放置槽(51)，所述下球冠放置槽(51)设有光滑凹面(52)，在所述下球冠放置槽(51)内设置一下球冠夹块(6)，所述下球冠夹块(6)上部的光滑凸面(62)放置在所述下球冠放置槽(51)的光滑凹面(52)中，所述下球冠夹块(6)下部设有螺母凹槽 (61)；所述实验螺栓(4)依次穿过所述上球冠夹块(2)、所述上夹具底座(3)、所述下夹具底3座(5)以及所述下球冠夹块(6)，所述实验螺栓(4)的螺帽限定在所述螺帽凹槽(21)中，所述实验螺栓(4)的螺母限定在所述螺母凹槽(61)中。
进一步，所述实验螺栓(4)的螺帽至少有两个相互平行的螺帽边，所述螺帽凹槽 (21)的形状与所述实验螺栓(4)的螺帽相同。
进一步，在所述上夹具底座(3)和所述上夹具(1)上分别设有多个对应的螺栓孔， 所述上夹具底座(3 )和所述上夹具(1)通过固定螺栓(12 )进行固定。
进一步，在所述下夹具底座(5)和所述下夹具(7)上分别设有多个对应的螺栓孔， 所述下夹具底座(5 )和所述下夹具(7 )通过固定螺栓(72 )进行固定。
进一步，所述上夹具(1)上设有预留空间(11)用于装夹所述实验螺栓(4)的螺帽端，所述下夹具(7)上设有预留空间(71)用于装夹所述实验螺栓(4)的螺母端。
进一步，所述上夹具(1)的上端设有上设备配合部位(9)，所述下夹具(7)的下端设有下设备配合部位(8 )，所述上设备配合部位(9 )和所述下设备配合部位(8 )与拉伸设备连接。
进一步，所述所述上设备配合部位(9)和所述下设备配合部位(8)与拉伸设备通过螺接方式进行固定连接。
该螺栓疲劳试验装置与传统的螺栓疲劳试验装置相比，具有以下有益效果本发明的螺栓疲劳试验装置用于螺栓轴向疲劳试验，通过对中装置和螺栓固定装置的设置，有效避免了螺栓在进行螺栓轴向疲劳试验过程中产生的附加弯矩作用和螺栓松动现象以及附加扭转应力等共同作用导致的螺栓异常断裂而影响试验结果。
图1 现有专用螺栓试验夹具的结构示意图； 图2 本发明螺栓疲劳试验装置的结构示意图；图3 本发明上夹具和上夹具底座组合结构示意图； 图4 本发明下夹具和下夹具底座组合结构示意图； 图5 本发明上夹具底座轴向结构示意图； 图6 本发明上夹具底座径向结构示意图； 图7 本发明下夹具底座轴向结构示意图； 图8 本发明上球冠夹块轴向结构示意图； 图9 本发明上球冠夹块径向结构示意图； 图10 本发明下球冠夹块轴向结构示意图； 图11 本发明下球冠夹块径向结构示意图。
附图标记说明Ia—上夹具；2a—下夹具；3a—螺母夹具；4a—实验螺栓；5a—上夹头；6a—下夹头； 1 一上夹具；11 一预留空间；12—固定螺栓；2—上球冠夹块；21—螺帽凹槽；22—光滑凸面；3—上夹具底座；31—上球冠放置槽；32—光滑凹面；33—螺栓孔；4一实验螺栓；5— 下夹具底座；51—下球冠放置槽；52—光滑凹面；6—下球冠夹块；61—螺母凹槽；62—光滑凸面；7—下夹具；71—预留空间；72—固定螺栓；8—下设备配合部位；9一上设备配合部位。
具体实施方式
下面结合图2至图11，对本发明做进一步说明如图2所示，在实验螺栓装夹后，试验系统存在的累计同轴度公差会导致螺栓并不能和下夹具保持无阻力的同轴和装夹，这种现象就会造成螺栓螺帽部分并不是完全均勻受力的贴合夹块平面部分。
由于上、下球冠夹块和上、下夹具底座采用光滑的球冠表面进行连结，在上球冠夹块平面部分受到螺帽偏向力的作用下，上球冠夹块就会相对于上球冠放置槽自行调整找正，使得螺帽部分平面完全贴合上球冠夹块平面部分。从而避免了因为螺帽不完全贴合上球冠夹块2平面部分而导致的弯曲应力产生附加弯矩。
在螺栓疲劳试验过程中，由于机械震动和试验系统垂直度偏差的原因，时常会导致实验螺栓在试验装置内发生微小转动，从而使实验螺栓松动，并且这种微小转动会产生附加扭转应力。本试验装置在设置了螺栓帽和螺母固定装置，避免了螺栓由于机械震动和垂直度偏差而引起的转动效果，同是避免了由于转动而产生的附加扭转应力对试验结果的影响。
螺栓疲劳试验装置组合安装方式将上夹具底座3通过螺栓连结装配到上夹具1 上，将下夹具底座5装配到下夹具7上。分别将上夹具1和下夹具3装配到设备对应上横梁和设备底座上。
针对具体螺栓试样选取合适规格的球冠夹块，将该球冠夹块分别装入上夹具底座，3和下夹具底座5中使之配合，上下装夹实验螺栓4的尺寸和螺帽与螺母固定装置尺寸针对实际情况制作加工，其余参数不变。将螺栓试样倾斜放入上夹具并使其通过球冠夹块部分，使螺帽部分嵌入螺帽固定装置，如是圆头螺帽，将螺帽进行微量打磨至具有两个相互平行的平面为止并为其制作相应夹块以便固定。
调整设备横梁高度室螺栓试样自然下垂至螺柱伸出下夹具一定长度为止，以便于装夹螺母(针对螺栓实际工况，如无螺母联结则对夹块设置螺纹进行联结)。将螺母装夹好后调整设备横梁高度，使螺母慢慢嵌入螺母固定装置，当螺母已经嵌入螺母固定装置后用手微动螺柱部分调整球冠夹块使其能微微滑动。
当螺栓试样开始承受轴向载荷时，停止转动手动调节设备，采用自动负荷控制使螺栓试样达到试验平均负荷后，调整试验参数开始试验。
如图3所示，上夹具1用于和拉伸设备上横梁及上夹具底座3连结，上夹具1上设有预留空间11并且较大，用于装夹实验螺栓4的螺帽端；上夹具底座3和上夹具1通过固定螺栓12进行固定。上夹具1的上端设有上设备配合部位9。
如图4所示，下夹具7用于和设备底座及下夹具底座5相连结，下夹具7上设有预留空间71并且较�。ち艨占�71用于装夹实验螺栓4的螺母端；下夹具底座5和下夹具7 通过固定螺栓72进行固定。下夹具7的下端设有下设备配合部位8。
如图5所示，上夹具底座3设有上球冠放置槽31，上球冠放置槽31设有光滑凹面 32。上球冠放置槽31表面须保证较高光洁度，便于和上球冠夹块2相互运动自如以便于配合部位找正。
如图6所示，在上夹具底座3和上夹具1上分别设有多个对应的螺栓孔，所述上夹具底座3和所述上夹具1通过固定螺栓12进行固定。
如图7所示，下夹具底座5设有下球冠放置槽51，下球冠放置槽51设有光滑凹面 52。下球冠放置槽51表面须保证较高光洁度，便于和下球冠夹块6相互运动自如以便于配合部位找正。
如图8所示，上球冠夹块2下部的光滑凸面22放置在上球冠放置槽31的光滑凹面32中，上球冠夹块2上部设有螺帽凹槽21。上球冠夹块2要求表面有较高光洁度，便于和上夹具底座3中的上球冠放置槽31相互配合时摩擦阻力达到最小。螺帽凹槽21用于在实验螺栓4试样进行试验时避免由于机械震动和垂直度公差的作用而使实验螺栓4产生微量旋转，并且产生附加扭转应力。
如图9所示，上球冠夹块2上部设有螺帽凹槽21。实验螺栓4的螺帽至少有两个相互平行的螺帽边，螺帽凹槽21的形状与实验螺栓4的螺帽相同。
如图10所示，下球冠夹块6下部设有螺母凹槽61。下球冠夹块6上部的光滑凸面 62放置在下球冠放置槽51的光滑凹面52中。下球冠夹块6要求表面有较高光洁度，便于和下夹具底座5中的下球冠放置槽51相互配合时摩擦阻力达到最小。螺母凹槽61用于在实验螺栓4试样进行试验时避免由于机械震动和垂直度公差的作用而使实验螺栓4产生微量旋转，并且产生附加扭转应力。
如图11所示，下球冠夹块6下部设有螺母凹槽61。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种螺栓疲劳试验装置，包括上夹具(1)、下夹具(7)以及实验螺栓(4)，其特征在于在所述上夹具(1)下端连接上夹具底座(3)，所述上夹具底座(3)设有上球冠放置槽 (31)，所述上球冠放置槽(31)设有光滑凹面(32 )，在所述上球冠放置槽(31)内设置一上球冠夹块(2)，所述上球冠夹块(2)下部的光滑凸面(22)放置在所述上球冠放置槽(31)的光滑凹面(32)中，所述上球冠夹块(2)上部设有螺帽凹槽(21);在下夹具(7)上端连接下夹具底座(5 )，所述下夹具底座(5 )设有下球冠放置槽(51)，所述下球冠放置槽(51)设有光滑凹面(52 )，在所述下球冠放置槽(51)内设置一下球冠夹块(6 )，所述下球冠夹块(6 )上部的光滑凸面(62)放置在所述下球冠放置槽(51)的光滑凹面(52)中，所述下球冠夹块(6)下部设有螺母凹槽(61);所述实验螺栓(4)依次穿过所述上球冠夹块(2)、所述上夹具底座(3)、 所述下夹具底座(5)以及所述下球冠夹块(6)，所述实验螺栓(4)的螺帽限定在所述螺帽凹槽(21)中，所述实验螺栓(4)的螺母限定在所述螺母凹槽(61)中。
2.根据权利要求1所述螺栓疲劳试验装置，其特征在于所述实验螺栓(4)的螺帽至少有两个相互平行的螺帽边，所述螺帽凹槽(21)的形状与所述实验螺栓(4)的螺帽相同。
3.根据权利要求1或2所述螺栓疲劳试验装置，其特征在于在所述上夹具底座(3)和所述上夹具(1)上分别设有多个对应的螺栓孔，所述上夹具底座(3)和所述上夹具(1)通过固定螺栓(12)进行固定。
4.根据权利要求3所述螺栓疲劳试验装置，其特征在于在所述下夹具底座(5)和所述下夹具(7)上分别设有多个对应的螺栓孔，所述下夹具底座(5)和所述下夹具(7)通过固定螺栓(72)进行固定。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述螺栓疲劳试验装置，其特征在于所述上夹具 (1)上设有预留空间(11)用于装夹所述实验螺栓(4)的螺帽端，所述下夹具(7)上设有预留空间(71)用于装夹所述实验螺栓(4 )的螺母端。
6.根据权利要求5所述螺栓疲劳试验装置，其特征在于所述上夹具(1)的上端设有上设备配合部位(9)，所述下夹具(7)的下端设有下设备配合部位(8)，所述上设备配合部位 (9 )和所述下设备配合部位(8 )与拉伸设备连接。
7.根据权利要求6所述螺栓疲劳试验装置，其特征在于所述所述上设备配合部位(9) 和所述下设备配合部位(8 )与拉伸设备通过螺接方式进行固定连接。
全文摘要
本发明涉及一种螺栓疲劳试验装置，包括上夹具(1)、上球冠夹块、上夹具底座、实验螺栓、下夹具底座、下球冠夹块以及下夹具。本发明的螺栓疲劳试验装置用于螺栓轴向疲劳试验，通过对中装置和螺栓固定装置的设置，有效避免了螺栓在进行螺栓轴向疲劳试验过程中产生的附加弯矩作用和螺栓松动现象以及附加扭转应力等共同作用导致的螺栓异常断裂而影响试验结果。
文档编号G01N3/08GK102507319SQ20111032274
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者李创, 肖勇, 薛正玉, 陈光跃, 鲁萍 申请人:奇瑞汽车股份有限公司
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