一种螺纹牙应力分布试验装置及试验方法

本发明涉及螺纹牙应力分布试验领域，尤其是涉及一种螺纹牙应力分布试验装置及试验方法。

背景技术：

1、螺纹连接是机械零部件连接的主要手段之一，螺栓的损坏可能会导致整个机械设备不能工作，乃至发生灾难性的后果。为了提高螺纹连接的承载能力和可靠性，需要对螺纹内的应力进行具体地分析研究。螺纹内应力是指当螺栓与被连接件之间产生相对位移时，被连接件中产生的应力。根据产生应力的原因，可将螺纹内应力分为以下两种：拉伸应力：拉伸应力是由于螺栓伸长而产生的。压缩应力：压缩应力是由于螺栓压缩而产生的。

2、目前，现有技术文献《光弹性在改善螺纹联接应力分布中的应用》、《圆螺纹套管接头应力分布规律研究》公开的实验方法是文献中建议的测量螺纹牙应力分布情况的实验技术，其中现有技术中公开的应变计法是基于螺纹之间互相啮合而接触，实验时难以直接测量螺纹牙的受力通常通过对螺纹接头外壁贴应变计的方法，从而研究接头在上扣、拉伸、内压等载荷条件下的应力、应变分布规律，进而推测螺纹牙的受力情况。但该方法只适用于大尺寸螺纹连接件，对于工程领域小螺纹牙粘贴应变计难度较大，不易施行。光弹性法的实际模型，由透明的环氧树脂经高温固化作成。其尺寸需要放大以易读取螺纹牙内的应力条纹。直接从环氧树脂块材车制螺纹产生的加工应力难以避免，而且试验件材料的改变及放大，都会导致应力分析得出不正确的结果。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种螺纹牙应力分布试验装置及试验方法，现有的螺纹牙应力分布试验件材料的改变及放大，都会导致应力分析得出不正确的结果的问题。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种螺纹牙应力分布试验装置及试验方法，所述螺纹牙应力分布试验装置包括：刚性底座、支座、限位螺栓、加载器、夹具、挡板、轴套；

3、所述刚性底座上安装有所述支座，所述支座顶部安装有所述加载器，所述支座对称安装有所述限位螺栓，所述支座内壁安装有所述挡板，所述挡板与所述支座内壁之间安装有所述夹具；

4、所述螺纹牙应力分布试验装置应用如下试验方法；

5、s1、将螺母外侧车削为圆柱，将螺栓杆螺纹部分和整个螺母沿周向切掉四分之一，露出螺纹牙截面，以便对螺纹牙进行直接测量。

6、s2、将轴套套在螺母与待试验螺栓装配后的螺栓副上放入夹具，螺母、待试验螺栓以及夹具的切面对齐；

7、s3、在试验台上安装所述螺纹牙应力分布试验装置，加载装置与被试验螺栓在同一垂直线上，加载器内置螺纹连接孔，加载器与加载装置通过螺纹相连，加载装置与被试验螺栓无周向、径向偏移；

8、s4、加载装置通过加载器向被试验螺栓施加在螺栓螺纹上恒定或持续增大的拉力，用于模拟螺纹工作过程中受到的载荷；

9、s5、所述螺纹牙应力分布试验装置与远程控制系统建立通信连接，所述螺纹牙应力分布试验装置的远程控制系统被配置为gomaramis测量系统，使用gomaramis测量系统对加载装置向被试验螺栓施加在螺栓螺纹上恒定或持续增大的拉力过程中螺纹牙的变形和应力分布情况进行动态测试，得到螺纹牙应力分布试验分析结果。

10、进一步地，所述支座包括支座底盘以及支座框架，所述支座底盘与支座框架侧壁之间设置有支座框架支撑板。

11、进一步地，所述支座的所述支座底盘上设置有支座底盘螺纹孔，所述支座的所述支座框架顶部设置有支座框架螺纹孔。

12、进一步地，所述刚性底座上设置有与所述支座底盘螺纹孔尺寸匹配的刚性底座螺纹孔，所述支座位于所述刚性底座的垂直正上方。

13、进一步地，所述挡板的长度小于所述支座框架顶部的长度，所述挡板位于所述支座框架内部，所述挡板与所述支座框架为相互垂直，所述挡板的一侧外壁轮廓为矩形，所述挡板的一侧外壁轮廓为矩形位于所述限位螺栓侧为内凹弧形。

14、进一步地，所述夹具内部设置有夹具通孔，所述挡板与所述夹具上夹具通孔接触处设置有螺栓通孔，且所述挡板上的螺栓通孔与所述夹具上夹具通孔的孔径匹配。

15、进一步地，所述夹具一侧与所述挡板接触，所述夹具另一侧与所述支座顶部相对，所述夹具位于所述支座顶部侧设置有与所述轴套匹配的轴套凹槽，所述夹具位于所述挡板侧底部外壁为直角，所述夹具位于所述轴套顶部外壁设置有倒角。

16、进一步地，所述轴套凹槽的横截面为圆形，所述轴套凹槽横截面的直径大于所述夹具通孔的直径，所述轴套凹槽位于所述夹具通孔的垂直正上方。

17、本发明的有益效果是：通过建立的螺纹牙应力分布测试实验装置(模型中采用螺纹部分切除四分之一的螺栓杆进行测试，以便观察螺纹牙的变形及应力分布情况)，包括刚性底座、轴承座、加载器、轴套、夹具、挡板、限位螺栓、螺杆等结构，采用真实尺寸、原料工程试验件，通过加载器加载目标拉力，利用gomaramis测量系统对加载过程中螺纹牙切面处的变形和应力分布情况进行动态测试，从而获得螺纹牙处变形、应变场、应力分布数据及云图。且可以更替不同测试件进行多次测试，获得不同螺纹牙部位应力及应变场分布情况，大大节约实验数据采集及后处理时间和成本。

技术特征：

1.一种螺纹牙应力分布试验装置及试验方法，其特征在于，所述螺纹牙应力分布试验装置包括：刚性底座(1)、支座(2)、限位螺栓(3)、加载器(4)、夹具(5)、挡板(6)、轴套(7)；

2.根据权利要求1所述的一种螺纹牙应力分布试验装置及试验方法，其特征在于，所述支座(2)包括支座底盘以及支座框架，所述支座底盘与支座框架侧壁之间设置有支座框架支撑板。

3.根据权利要求2所述的一种螺纹牙应力分布试验装置及试验方法，其特征在于，所述支座(2)的所述支座底盘上设置有支座底盘螺纹孔，所述支座(2)的所述支座框架顶部设置有支座框架螺纹孔。

4.根据权利要求3所述的一种螺纹牙应力分布试验装置及试验方法，其特征在于，所述刚性底座(1)上设置有与所述支座底盘螺纹孔尺寸匹配的刚性底座螺纹孔，所述支座(2)位于所述刚性底座(1)的垂直正上方。

5.根据权利要求3所述的一种螺纹牙应力分布试验装置及试验方法，其特征在于，所述挡板(6)的长度小于所述支座框架顶部的长度，所述挡板(6)位于所述支座框架内部，所述挡板(6)与所述支座框架为相互垂直，所述挡板(6)的一侧外壁轮廓为矩形，所述挡板(6)的一侧外壁轮廓为矩形位于所述限位螺栓(3)侧为内凹弧形。

6.根据权利要求1所述的一种螺纹牙应力分布试验装置及试验方法，其特征在于，所述夹具(5)内部设置有夹具通孔，所述挡板(6)与所述夹具(5)上夹具通孔接触处设置有螺栓通孔，且所述挡板(6)上的螺栓通孔与所述夹具(5)上夹具通孔的孔径匹配。

7.根据权利要求6所述的一种螺纹牙应力分布试验装置及试验方法，其特征在于，所述夹具(5)一侧与所述挡板(6)接触，所述夹具(5)另一侧与所述支座(2)顶部相对，所述夹具(5)位于所述支座(2)顶部侧设置有与所述轴套(7)匹配的轴套凹槽，所述夹具(5)位于所述挡板(6)侧底部外壁为直角，所述夹具(5)位于所述轴套(7)顶部外壁设置有倒角。

8.根据权利要求7所述的一种螺纹牙应力分布试验装置及试验方法，其特征在于，所述轴套凹槽的横截面为圆形，所述轴套凹槽横截面的直径大于所述夹具通孔的直径，所述轴套凹槽位于所述夹具通孔的垂直正上方。

技术总结
本发明涉及螺纹牙应力分布试验领域，尤其是涉及一种螺纹牙应力分布试验装置及试验方法，所述螺纹牙应力分布试验装置包括：刚性底座、支座、限位螺栓、加载器、夹具、挡板、轴套，通过加载器加载目标拉力，利用GOMARAMIS测量系统对加载过程中螺纹牙切面处的变形和应力分布情况进行动态测试，从而获得螺纹牙处变形、应变场、应力分布数据及云图。且可以更替不同测试件进行多次测试，获得不同螺纹牙部位应力及应变场分布情况，大大节约实验数据采集及后处理时间和成本。

技术研发人员：刘玉,王立程,艾延廷,陈松,王志,田晶,关鹏
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5