紧固件振动试验台机械系统设计开题报告
2020-04-21 04:04
1. 研究目的与意义（文献综述）
紧固件是目前应用最为广泛的机械连接件之一，因其具有便于制造、安装、运输、维修以及可以提高劳动生产效率等特点，主要应用于各种机械、设备、车辆、船舶、铁路、桥梁、建筑、结构、仪器与仪表等上面。在日常生活中随处可见各式各样的紧固件，其中大部分是螺纹紧固件，螺纹紧固件的工作原理是：在螺栓与螺母配合后，其螺纹牙面是紧密的相互接触，也即螺栓所受的总拉力都是通过配合的螺纹牙面来传递的，并以此来完成对两个或两个以上的零 部件的相互连接。
经历了全球的金融危机后，中国快速的发展并成功超越了德国，成为机械制造行业的第一大国。众所周知，紧固件是一个持续发展的传统产业，又是一个充满活力的不可或缺的配套产业，因此随着机械制造行业的突飞猛进，紧固件产业取得了长足的发展和进步。十多年来，紧固件行业发生了巨大的变化， 95%以上的紧固件企业改制成为股份制或民营企业，增强了企业的活力，产品结构调整加快，产能提高，紧固件产量已占世界第一，成为世界上紧固件制造大国之一。随着时代的发展和科技的进步，机械制造行业得到了快速的发展，紧固件被广泛的采用，其需求量也随之大量增加，例如：在一架典型的双通道飞 机（如 a 330 / a 340 ）的机身和机翼上, 大约就有 40 万件紧固件。数据统计显示，2014年，我国紧固件行业稳中有进，其产量达到720万吨，同比增长5.88%， 由此可见紧固件的需求是如此之大，使用是多么的广泛。 紧固件是保证机械零部件装配到一起并安全运转的前提，缺少了紧固件整 个机器就是一堆烂铁，因此紧固件连接性能的好坏直接决定被连接件的生产效率和使用寿命，甚至影响到操作人员及周围人员的人身安全。保证紧固件的连接安全除了保证紧固件本身的制造质量外，另一个直接影响和决定紧固件连接 的使用寿命和连接安全的因素就是紧固件的松动，而紧固件连接的松动对使用者带来的危害是巨大的，造成的后果是难以想象的。
针对螺纹紧固件的连接松动问题，世界各国的学者和科研人员对其进行了深入的研究，并根据其松动原理采用了各种各样的防松方法，像常用的摩擦防松、机械防松和永久防松，并设计了新型的防松紧固件，像哈德洛克螺母、唐氏螺纹、30°楔形螺母等。究竟这些防松方法的效果如何，这就需要采用振动试验台的对紧固件的防松性能进行测试，所以研究设计紧固件防松性能的测试设备具有重要的科学意义，对紧固件的发展具有积极的推动作用。
2. 研究的基本内容与方案
2.1试验台的组成
紧固件防松性能测试试验台由 YVF2-132M2-6 变频电动机提供动力，通过变频器控制变频电动机转 速，从而控制测试试验时试验台的振动频率和改变试 验条件。其整个结构主要由振幅调节装置、运动转换 系统、振动台及测试夹具等 4 部分组成。该试验台的 设备组成如图 1 所示。
图1 实验台设备组成
表1 技术参数
| 测量范围 | M5~M24 |
| 振动波形 | 正弦波 |
| 横向位移/mm | 0~±2 |
| 振动频率/Hz | 3~15 |
| 试验力测量范围/% | 1~100F.S. |
该试验是将所测低于初始预紧力 50% 的螺纹紧固件预紧力，作为判断紧固件松脱的依据。
2.2试验台的设计
2.2.1工作原理及整体方案
试验台基本构成如图 2 所示，其结构可以简化为一个“曲柄滑块”结构，该振幅调节装置相当于 “曲柄”部分，运动转换系统相当于“连杆”部分，振动台相当于“滑块”部分。振动台由上振动板、下固定板、直线轴承、预紧力传感器及底座板等组成，通过螺栓、螺母的加载预紧力连接而成。电动机通过偏心轮 1、连杆 2 带动振动台4 做往复横向运动，改变电动机的转速，可以改变该试验条件；连杆 2 与横向力传感器 3 相连接，主要用于检测紧固件在试验过程中所受横向力，以便于研究紧固件松动的快慢与所受横 向力大小的关系；振动台的振动板和固定板发生横向位移所产生的交变载荷，直接作用到试验螺栓上，从而导致试验螺栓的夹紧力迅速减小，甚至完全消失； 压力传感器 9 和横向位移传感器 10 的主要作用是记录试验过程中螺栓所受预紧力的变化和横向位移，测试螺纹紧固件的轴向夹紧力减小缓慢或者测试的时间越长，其防松效果越好；反之，防松效果较差。
1.偏心轮 2.连杆 3.横向力传感器 4.振动台 5.锥垫 6.螺栓 7.试验螺母 8.夹具 9.压力传感器 10.横向位移传感器
图2试验台的基本结构组成
2.2.2振幅调节装置的设计
设计紧固件防松性能测试试验台时，要求其振幅在 0 ~2 mm 内调节便捷快速，并保证振幅调节的精度为±0.1 mm，振幅调节装置设计如图 3 所示，其工作原理采用螺旋测微器的螺旋放大原理，可快捷地调节振幅，并保证其精度。
1.圆柱体 2.调心块 3.夹紧螺钉 4.主轴 5.调节螺钉
图3 振幅装置设计
由图 3 可知，振幅调节装置主要由轮体、调心块、调节螺钉、夹紧螺钉及主轴等 5 部分构成，并在圆柱体上开一个偏心的矩形孔，该孔中心偏向轮体轴的一侧，偏离距离由试验台的最大振幅决定。调心块的主要作用是振幅调节完成后，固定轮体与轴的相对位置。调节螺钉和夹紧螺钉采用 M14×1.5 的内角螺钉，且螺帽划分为 30 等份，调节螺钉每转动一个刻度，其振动幅度就会相应的增大或者减小 0.05 mm，从而保证了振幅的调节精度。整个振幅调节过程，无需拆卸任何零部件，只需先松动夹紧螺钉，再调节偏心距，保证了振幅调节的方便快捷。
2.2.3 运动转换系统的设计
运动转换系统由自动调心轴承、连杆和水平运动限制体 3 部分组成。振幅调节装置与连杆之间通过自动调心圆柱轴承连接，实现了把振幅调节装置的周期性转动，转换成连杆的周期性横向运动；并连杆的另一端通过销轴连接水平导轨和虎口连接件，然后将虎口连接件与横向力传感器连接，由横向力传感器再与振动台通过 U 形连接件连接，带动振动板与固定板做横向周期运动。采用自动调心轴承可以自动调心，减少连杆承受不必要的附加载荷和弯曲，使连杆受力均匀；采用水平运动限制体限制垂直方向的运动，以避免振动台横向振动受到影响。
2.2.4 振动结构的设计
该紧固件防松性能测试试验台，可对 M5 ~ M24 螺纹紧固件进行测试试验，因此，所设计的振动台必须具有通用性，并针对不同规格的螺纹紧固件设计相应的夹具即可进行测试，振动台结构示意如图 4 所示。由图 4 可知，振动台主要由固定板 1、直线轴承 2、振动板 3 及压力传感器 4 和底座 5 构成。振动台工作时，传动系统带动振动板往复运动，固定板安装在底座上，振动板与固定板之间采用直线轴承来减小相对运动产生的摩擦和磨损，压力传感器用于测量螺 纹紧固件夹紧力的实时变化。该结构在对 M5 ~ M24的螺栓或螺母进行测试时，只需要根据被测试紧固件的规格类型选用相应的测试夹具，不需更换其他零部件。
需要解决的主要问题：
振动试验机是紧固件防松的破坏性试验，能快速检验紧固件是否松动，因此振动非常剧烈，其强度等各项要求很高。
这台仪器是非常精密的仪器，各种传感器要求非常高，能清楚的显示出紧固件随着 振动时间其轴力的衰减过程。
3. 研究计划与安排
第1－3周：查阅文献资料，确定方案，完成开题报告。
第4－5周：检索外文资料，并完成外文资料的翻译工作。
第6－10周：完成设计计算及绘图工作。
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 李维荣,朱家诚;螺纹紧固件防松技术探讨[j];机电产品开发与创新;2003年02期
[2] 赵国华;螺栓、螺母横向振动实验用电液伺服振动台系统静态设计[j];汽车科技;1999年05期
[3] 沈英明,杜彦良,李惠军;螺纹联接防松性能的一种测试与评价新方法[j];石家庄铁道学院学报;2002年01期
