一种大型高速回转装备螺栓应力的标定装置及标定方法

本发明属于大型高速回转装备螺栓应力检测领域，特别是涉及一种大型高速回转装备螺栓应力的标定装置及标定方法。

背景技术：

大型高速回转装备通常高度大于3m，直径大于1.5m，转速大于1.5万转每分钟，以航空发动机为例。由于航空发动机所使用的螺栓需要承受较高的温度或压强，因此，对螺栓的应力具有很高的要求，同时对应力的检测尤为重要，目前对螺栓应力检测主要有无损、微损伤和有损等三类检测方法。其中，有损和微损伤方法又称机械检测法，但是该方法属于接触式测量，在测量过程中容易对螺栓造成一定的损伤，会对后续装配使用造成一定的影响，因此，该方法基本不再使用。无损检测法又称物理检测方法，其方法主要包括中子衍射法、x射线衍射法、磁性法和超声法。现在使用较广的是x射线衍射法，该方法通过x射线所测出的晶格应变来计算，但是该方法对材料表面要求较高，同时对检测人员人身健康造成一定的威胁。

超声法应力检测基于声速传播理论和超声理论，利用应力与声速的关系来检测应力大小，具有快速、成本低、可量化、较佳的分辨率和渗透力和对人体无危害等优势，能对不同材料一定深度范围内应力大小的分布状态作准确评估，可适用于现场检测。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种大型高速回转装备螺栓应力的标定装置及标定方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种大型高速回转装备螺栓应力的标定装置，它包括钢管套筒、压力传感器、超声波探头、工控机和螺母，待标定螺栓穿过钢管套筒，所述待标定螺栓的头部与钢管套筒接触，所述压力传感器穿过标定螺栓的螺杆部并与钢管套筒一端接触，所述螺母与待标定螺栓的螺杆部螺纹连接，所述螺母与压力传感器接触相连，所述超声波探头与待标定螺栓末端相连，所述超声波探头通过传输线与工控机相连。

更进一步的，所述超声波探头与待标定螺栓末端连接处涂有耦合剂。

本发明还提供了一种大型高速回转装备螺栓应力的标定方法，它包括以下步骤：

步骤一：对压力传感器和工控机的参数进行初始化；

步骤二：通过扳手对螺母进行转动，使螺母对压力传感器施加压力，记录下此时压力传感器的压力大小和此压力下超声波传播的时差；

步骤三：重复步骤二，获取多组数据；

步骤四：将多组数据进行曲线拟合，通过拟合后的曲线完成参数k的求解。

更进一步的，所述参数k的求解公式为：

式中：f为压力传感器测得的压力，s为待标定螺栓的横截面积，δt1为超声波传播的时差。

更进一步的，所述多组数据的曲线拟合通过matlab软件实现。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了现有螺栓应力的检测，检测难度大，对零件或检测人员造成伤害的问题。本发明通过对参数k的测量标定，为后续的应力检测奠定了良好的基础，较好的解决了接触式测量带来的影响，操作方式简单，且成本较低，易于控制同时对于其他相关测量基础起到了一定的指导作用。

附图说明

图1为本发明所述的一种大型高速回转装备螺栓应力的标定装置结构示意图

图2为本发明所述的一种大型高速回转装备螺栓应力参数标定流程示意图

1-钢管套筒，2-压力传感器，3-超声波探头，4-工控机，5-待标定螺栓，6-螺母，7-传输线

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。

参见图1-2说明本实施方式，一种大型高速回转装备螺栓应力的标定装置，它包括钢管套筒1、压力传感器2、超声波探头3、工控机4和螺母6，待标定螺栓5穿过钢管套筒1，所述待标定螺栓5的头部与钢管套筒1接触，所述压力传感器2穿过标定螺栓5的螺杆部并与钢管套筒1一端接触，所述螺母6与待标定螺栓5的螺杆部螺纹连接，所述螺母6与压力传感器2接触相连，所述超声波探头3与待标定螺栓5末端相连，所述超声波探头3通过传输线7与工控机4相连。

本实施例将待标定螺栓5穿过钢管套筒1，在钢管套筒1另一端安装压力传感器2，将螺母6与标定螺栓5螺纹连接，在待标定螺栓5末端涂上合适厚度的耦合剂，超声波探头3与待标定螺栓5末端相连，并通过传输线7与工控机4正确连接。连接完成后即可进行数据的测量，完成参数k的标定。

本实施例一种大型高速回转装备螺栓应力的标定方法，它包括以下步骤：

步骤一：对压力传感器2和工控机4的参数进行初始化；

步骤二：通过扳手对螺母6进行转动，使螺母6对压力传感器2施加压力，记录下此时压力传感器2的压力大小和此压力下超声波传播的时差；

步骤三：重复步骤二，获取多组数据；

步骤四：将多组数据进行曲线拟合，通过拟合后的曲线完成参数k的求解。

参数k的求解公式为：

式中：f为压力传感器(2)测得的压力，s为待标定螺栓(5)的横截面积，δt1为超声波传播的时差。

多组数据的曲线拟合通过matlab软件实现。标定得到的参数k为后续的，应力检测提供基础，应力的求解公式为：

σ＝k*δt2

式中：σ为应力，k为求得的参数，δt2为应力检测时超声波传播的时差。

以上对本发明所提供的一种大型高速回转装备螺栓应力的标定装置及标定方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：

1.一种大型高速回转装备螺栓应力的标定装置，其特征在于：它包括钢管套筒(1)、压力传感器(2)、超声波探头(3)、工控机(4)和螺母(6)，待标定螺栓(5)穿过钢管套筒(1)，所述待标定螺栓(5)的头部与钢管套筒(1)接触，所述压力传感器(2)穿过标定螺栓(5)的螺杆部并与钢管套筒(1)一端接触，所述螺母(6)与待标定螺栓(5)的螺杆部螺纹连接，所述螺母(6)与压力传感器(2)接触相连，所述超声波探头(3)与待标定螺栓(5)末端相连，所述超声波探头(3)通过传输线(7)与工控机(4)相连。

2.根据权利要求1所述的一种大型高速回转装备螺栓应力的标定装置，其特征在于：所述超声波探头(3)与待标定螺栓(5)末端连接处涂有耦合剂。

3.一种如权利要求1所述的大型高速回转装备螺栓应力的标定装置的标定方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一：对压力传感器(2)和工控机(4)的参数进行初始化；

步骤二：通过扳手对螺母(6)进行转动，使螺母(6)对压力传感器(2)施加压力，记录下此时压力传感器(2)的压力大小和此压力下超声波传播的时差；

步骤三：重复步骤二，获取多组数据；

步骤四：将多组数据进行曲线拟合，通过拟合后的曲线完成参数k的求解。

4.根据权利要求3所述的一种大型高速回转装备螺栓应力的标定方法，其特征在于：所述参数k的求解公式为：

式中：f为压力传感器(2)测得的压力，s为待标定螺栓(5)的横截面积，δt1为超声波传播的时差。

5.根据权利要求3所述的一种大型高速回转装备螺栓应力的标定方法，其特征在于：所述多组数据的曲线拟合通过matlab软件实现。

技术总结
本发明提出了一种大型高速回转装备螺栓应力的标定装置及标定方法，属于大型高速回转装备螺栓应力检测领域，特别是涉及一种大型高速回转装备螺栓应力的标定装置及标定方法。解决了现有螺栓应力的检测难度大，对零件或检测人员造成伤害的问题。标定装置包括钢管套筒、压力传感器、超声波探头、工控机和螺母，待标定螺栓穿过钢管套筒，所述待标定螺栓的头部与钢管套筒接触，所述压力传感器穿过标定螺栓的螺杆部并与钢管套筒一端接触，所述螺母与待标定螺栓的螺杆部螺纹连接，所述螺母与压力传感器接触相连，所述超声波探头与待标定螺栓末端相连，所述超声波探头通过传输线与工控机相连。它主要用于大型高速回转装备螺栓应力检测中参数的标定。

技术研发人员：刘永猛;谭久彬;孙传智;王晓明;万道文
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2019.11.21
技术公布日：2021.05.21