結合面真實接觸面積測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及結合面理論研究領域中真實接觸面積測量技術領域，尤其設及一 種結合面真實接觸面積測量裝置。
【背景技術】
[0002] 機械結構是由許多零部件按一定功能要求結合起來的整體，相互接觸的表面稱之 為結合面。大量結合面的存在，使得機械系統(tǒng)的連續(xù)性被破壞，極大程度地影響了整機靜動 態(tài)特性。研究表明，機床中結合面的接觸剛度約占機床總剛度的60 %~80 %，結合面的接觸 阻尼占機床全部阻尼的90% W上，結合面引起的變形量約占機床總變形量的40%~60%。 因此，開展結合面微觀接觸機理與動態(tài)特性研究是機械系統(tǒng)由單件分析走向整機分析的關 鍵，是整機性能預測的基礎。
[0003] 由于結合面真實接觸面積僅僅是名義接觸面積很小一部分，且實際接觸面積的大 小對整體性能起著決定性的影響。而目前對真實接觸面積的研究主要處于理論研究階段， 多數(shù)研究是通過建立表面接觸模型，然后進行數(shù)值計算分析，在實驗研究方面則相對較少。 為了準確獲得結合面微觀接觸靜動態(tài)特性，系統(tǒng)地研究和探明結合面微觀接觸機理，需要 一套完整的測試結合面真實接觸面積的裝置與方法，而目前還沒有相關測試結合面真實接 觸面積的實驗裝置與測量方法。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術不足，提供一種測試結合面真實接觸面積的 測量裝置。該測量裝置通過力矩扳手梓緊螺栓從而獲得所需的預緊力，通過力的傳遞將兩 試件緊密結合，利用超聲波在沒有真正接觸的區(qū)域，超聲波將在接觸面上發(fā)生反射，在有實 質性接觸的區(qū)域，超聲波將從接觸面透射過去運一原理，獲得結合面真實接觸面積。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取了如下技術方案：
[0006] 結合面真實接觸面積測量裝置，包括:超聲探頭、上試件、支架、下試件、電滿流傳 感器、鋼球、基座、螺栓、應變片、電橋、動態(tài)應變儀、力矩扳手、超聲波發(fā)生器/接收器、超聲 波數(shù)據(jù)采集卡、信號采集系統(tǒng)和計算機;超聲探頭放置上試件上，用于測量結合面真實接觸 面積的大小;上試件與支架緊固在一起;下試件設置于上試件與基座之間，基座與下試件之 間安裝有中屯、鋼球，基座上設有針對中屯、鋼球的中屯、螺紋孔，中屯、螺紋孔中安裝有螺栓;螺 栓與中屯、鋼球接觸，中屯、鋼球與下試件接觸，上試件與下試件相互接觸；電滿流傳感器與下 試件相連，用于測試結合面的變形量；電滿流傳感器的輸出端通過信號采集系統(tǒng)連接計算 機;超聲探頭通過超聲波發(fā)生器/接收器和超聲波數(shù)據(jù)采集卡連接計算機，用于檢測不同預 緊力下結合面的聲阻抗和穿透力相關數(shù)據(jù)，并將所得數(shù)據(jù)傳送給計算機。
[0007] 進一步的，所述螺栓為10.9S級高強度扭剪型螺栓;螺桿軸屯、處內置應變片，通過 電橋和動態(tài)應變儀能夠測量螺栓預緊力的大小;應變片通過動態(tài)應變儀和信號采集系統(tǒng)連 接計算機。
[0008] 進一步的，下試件與基座之間布置五個鋼球，五個鋼球的布置方式為:一個布置在 基座的中屯、處，用于傳遞力，另外四個均布在基座垂直軸線上，用于支撐下試件和調整下試 件的同軸度。
[0009] 進一步的，電滿流傳感器對稱布置下試件的兩側。
[0010] 進一步的，上試件與支架之間的連接是過盈配合。
[0011] 進一步的，通過力矩扳手調節(jié)螺栓的預緊力，能夠獲得不同預緊力下結合面的變 形，從而能夠獲得結合面力與位移之間的關系，根據(jù)力與位移之間的關系獲得結合面的接 觸剛度。
[0012] 進一步的，上試件和下試件采用相同或者不同材料進行配對;兩接觸面的加工方 式相同或不同；結合面加潤滑油或不加任何潤滑油。
[0013] 相對于現(xiàn)有技術，本實用新型的優(yōu)點在于：
[0014] (1)從實驗裝置可看出，測試出來的相關數(shù)據(jù)僅僅是上下試件結合面中所包含的 相關信息，無需甄別、分離和提取其他因素攝入的信息，而且采用的是直接測量法。
[0015] (2)為了便于研究表面粗糖度、材料、介質等因素對結合面微觀接觸特性的影響， 本實驗裝置結構簡單、易于更換、易于定位，能夠進行重復試驗。
[0016] (3)在下試件中設置兩個電滿流傳感器，既可保證裝置的同軸度，又可檢驗上下試 件接觸時變形量是否相同，從而可驗證模型正確性。
[0017] (4)通過將螺栓中植入應變片，可W方便獲取螺栓預緊力的大小，從而能夠獲得不 同預緊力與結合面真實接觸面積之間的關系。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本實用新型結合面真實接觸面積測量裝置的原理圖。
[0019] 圖2是本測量裝置上試件圖。
[0020] 圖3是本測量裝置下試件圖。
[0021 ]圖4是本測量裝置基座俯視圖。
【具體實施方式】
[0022] 如圖1至圖4所示，本實用新型一種結合面真實接觸面積測量裝置包括:超聲探頭 1、上試件2、支架3、下試件4、電滿流傳感器5、鋼球6、基座7、螺栓8、應變片、電橋、動態(tài)應變 儀、力矩扳手、超聲波發(fā)生器/接收器、超聲波數(shù)據(jù)采集卡、信號采集系統(tǒng)和計算機。
[0023] 超聲探頭1放置上試件2上，用于測量結合面真實接觸面積的大小;上試件2與支架 3緊固在一起;下試件4設置于上試件2與基座7之間，基座7與下試件4之間安裝有中屯、鋼球 6,基座7上設有針對中屯、鋼球6的中屯、螺紋孔，中屯、螺紋孔中安裝有螺栓8;通過力矩扳手給 螺栓8施加預緊力，使得螺栓8與中屯、鋼球6接觸，中屯、鋼球6與下試件4接觸，最終使得上試 件2與下試件4相互接觸；電滿流傳感器5與下試件4相連，通過預緊力的改變，可測試結合面 的變形量;電滿流傳感器5的輸出端通過信號采集系統(tǒng)連接計算機;通過超聲探頭1、超聲波 發(fā)生器/接收器和超聲波數(shù)據(jù)采集卡，可檢測不同預緊力下結合面的聲阻抗和穿透力相關 數(shù)據(jù)，并將所得數(shù)據(jù)傳送給計算機。
[0024] 螺栓8為10.9S級高強度扭剪型螺栓，可W重復使用而不改變其力學性能。另外，螺 栓8的螺桿軸屯、處內置應變片，通過電橋和動態(tài)應變儀可測