一种螺纹联接结构实验加载及测试装置

本发明涉及螺纹联接结构载荷测试领域，具体涉及一种用于螺纹联接结构传载特性研究的实验加载及测试装置。

背景技术：

作为机械结构中最常用、最简单有效的联接形式之一，螺纹联接结构在机械传动领域占有十分重要的地位。螺纹联接结构在冲击下会形成复杂的往复碰撞运动，由此而产生的高频/高幅值响应信号会引起运动系统内部零件的剧烈震颤，在工程中会影响测试系统对信号的分析，严重时会直接造成信号的误判，如在引信结构中，会造成引信结构的提前触发。因此探讨螺纹结构在冲击条件下载荷传递规律，对于发射环节下引信承受的实际激励预测具有重要意义。

目前国内外对螺纹结构静载荷特性的研究已经比较成熟，例如研究螺纹的应力分布、强度、防松、润滑等。但是对螺纹结构动载荷特性的研究大多集中于螺纹结构的冲击仿真与受力的分析，对过载信号传递特性的研究则相对较少。国内北京理工大学团队采用空气炮装置对螺纹联接结构施加垂向瞬态冲击载荷，并采集了冲击过程中的载荷响应信号，该实验装置构造、操作相对复杂且成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种螺纹联接结构实验加载及测试装置，本发明利用摆锤施加瞬态冲击载荷，可实现载荷大小调节，螺纹联接件放置于水平弧形滑轨上，实验过程中使用高速数据采集系统记录螺纹联接件上的加速度数据，进而得到冲击速度、冲击位置对螺纹结构载荷传递规律的影响机理。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种螺纹联接结构实验加载及测试装置，包括用于对螺纹联接件施加瞬态冲击载荷的加载机构和用于对螺纹联接件的加速度数据进行测量的高速数据采集系统，所述加载机构包括缓冲装置、水平基座、用于放置螺纹联接件的滑轨以及用于安装摆锤的立柱，缓冲装置、滑轨以及立柱依次设置在水平基座的上表面，立柱的顶部设置有角度盘并在角度盘的内侧铰接有摆杆，摆杆的自由端连接至所述的摆锤，当摆锤在自身重力的作用下下降到一定高度时与螺纹联接件的一端发生碰撞，螺纹联接件的另一端正对缓冲装置；

所述高速数据采集系统包括可拆卸的安装在螺纹联接件上的传感器以及与传感器连接的动态数据采集仪，动态数据采集仪与传感器之间通过导线连接。

进一步的，所述的立柱设置有两根，两根立柱对称设置在滑轨的左右两侧，两根立柱均沿竖直方向设置，且两根立柱的顶部通过销轴连接，摆杆远离摆锤的一端与销轴转动连接，且其中一根立柱的顶部安装有所述的角度盘。

进一步的，所述滑轨包括弧形滑轨和多个间隔设置并用于安装螺纹联接件的滚珠托架，多个滚珠托架与弧形滑轨之间为相互配合的滑动连接。

进一步的，滚珠托架的外壁上嵌设有若干个滚珠。

进一步的，所述滚珠托架的外壁上间隔设置有若干个用于安装滚珠的凹坑。

进一步的，所述弧形滑轨的底部通过多个支撑件连接至水平基座。

进一步的，所述缓冲装置包括橡胶垫块和固定设置在水平基座上的固定端，橡胶垫块的其中一端与固定端通过弹簧相连，另一端正对螺纹联接件设置。

进一步的，所述螺纹联接件水平放置在滑轨上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过抬升并释放摆锤给螺纹联接件施加瞬态冲击力，螺纹联接件向前移动过程中与橡胶垫接触，进而挤压弹簧并减速，传感器固定在螺纹联接件上，通过导线与动态数据采集仪建立通讯，本发明的瞬态冲击载荷量级可以通过摆锤的抬升角度来调整。而且，本发明中摆杆的一端可以在销轴上沿轴向移动，通过改变两者之间的相对位置，可以实现摆锤冲击姿态的调整。本发明可以实现研究变量调整，为螺纹结构传载机理的研究提供了一种有效手段。本发明具有设计合理、成本低廉、操作简便、低耗节能的特点，便于在实验台面开展研究。

附图说明

图1是本发明一种螺纹联接结构实验加载及测试装置的整体结构示意图；

图2是本发明中缓冲装置的结构示意图；

图3是本发明中滑轨的结构示意图；

图4是本发明中螺纹联接件与滚珠托架的连接关系示意图；

图中标记：1、缓冲装置，101、固定端，102、弹簧，103、橡胶垫块；2、螺纹联接件，3、水平基座，4、滑轨，401、弧形滑轨，402、滚珠托架，403、滚珠，5、立柱，6、销轴，7、角度盘，8、摆杆，9、摆锤，10、传感器，11、导线，12、动态数据采集仪。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种螺纹联接结构实验加载及测试装置，如图1所示，该实验装置包括用于对螺纹联接件施加瞬态冲击载荷的加载机构和用于对螺纹联接件的加速度数据进行测量的高速数据采集系统，其中，加载机构包括：缓冲装置1、水平基座3、滑轨4、立柱5、销轴6、角度盘7、摆杆8、摆锤9，高速数据采集系统包括：传感器10、导线11、动态数据采集仪12。

如图2所示，所述缓冲装置1包括固定端101、弹簧102、橡胶垫块103；如图3和图4所示，所述滑轨4包括弧形滑轨401、滚珠托架402、滚珠403；缓冲装置1、滑轨4以及立柱5依次固定在水平基座3上，螺纹联接件2水平放置在滑轨4上，销轴6固定在立柱5上端的圆孔中，摆杆8通过上端的圆套结构与销轴6铰接，下端通过螺纹与摆锤9联接，所述角度盘7通过其圆心处圆孔与销轴6固连；实验时抬升摆锤9并随即释放，所述摆锤9将以销轴6为圆心，以摆杆8的长度为半径做圆周运动，所述摆锤9下摆过程中与螺纹联接件2发生碰撞，从而给螺纹联接件2施加瞬态冲击力，通过改变摆杆8与立柱5的夹角调整瞬态冲击力的大小，而精确的角度值可以通过角度盘7的读数获取。

所述摆锤9在下摆过程中撞击螺纹联接件2，驱动摆锤联接件2和两个滚珠托架402一起在弧形滑轨401上向前滑动；所述螺纹联接件2在向前滑动过程中首先与缓冲装置1中的橡胶垫块103接触，进而压缩弹簧102，所述弹簧102在压缩过程中持续向螺纹联接件2输出阻力，以达到减速的目的。

本实施例中，传感器10的数量为2个，分别通过粘接剂固定于螺纹联接件2的内外螺纹组件上；所述传感器10通过导线11与动态数据采集仪12连接，实验过程中开启动态数据采集仪12对螺纹联接件2的动态载荷数据进行记录，通过对螺纹联接件2的载荷数据进行分析，可以得出螺纹联接结构在外部激励作用下传载机理。

本实施例中，所述滚珠403的数量总计为12个，分别嵌设于2个滚珠托架402外壁上开设的凹坑内，滚珠403的表面应保持良好润滑以减低与弧形滑轨401内壁之间的滚动摩擦阻力；2个滚珠托架402的间距可以根据螺纹联接件2的长度进行调整，以保证螺纹联接件2能稳定在弧形滑轨4上自由滑动；所述弧形滑轨401轴线应保证水平。

所述摆杆8的上端圆套可以在销轴6上沿轴向移动，通过改变两者之间的相对位置，可以实现摆锤冲击姿态的调整，此设计可以有效模拟工程实际中经常出现的偏心冲击现象。

所述角度盘7左侧边线应保持垂直，以保证角度读数精确。

所述螺纹联接件2、水平基座3、立柱5、销轴6、角度盘7、摆杆8、摆锤9、固定端101、弧形滑轨401的材料为45号钢，弹簧102的材料为合金弹簧钢，橡胶垫103的材料为丁苯橡胶，滚珠托架402的材料为2024铝合金、滚珠403的材料为滚珠轴承钢。

本实施例中，所述弧形滑轨401的内壁、滚珠托架402外壁上开设的凹坑、销轴6以及摆杆8上端圆套内壁的加工粗糙度均为0.8，其余各处粗糙度为1.6。

本实施例中，所述传感器10型号为dh1a001，用于输出螺纹联接件2的载荷数据；所述动态数据采集仪12型号为dh5927，最高采样速率100khz，用于对螺纹联结件2载荷数据进行记录。

本发明通过抬升并释放摆锤给螺纹联接件施加瞬态冲击力，螺纹联接件向前移动过程中与橡胶垫接触，进而挤压弹簧并减速，传感器固定在螺纹联接件上，通过导线与动态数据采集仪建立通讯，本发明的瞬态冲击载荷量级可以通过摆锤的抬升角度来调整。而且，本发明中摆杆的一端可以在销轴上沿轴向移动，通过改变两者之间的相对位置，可以实现摆锤冲击姿态的调整。本发明可以实现研究变量调整，为螺纹结构传载机理的研究提供了一种有效手段。本发明具有设计合理、成本低廉、操作简便、低耗节能的特点，便于在实验台面开展研究。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。