CN112903228B - 一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置及测试方法，其中实验装置包括支撑底座、激振装置、测试装置以及采集分析装置；激振装置可由驱动电机驱动动磁体运转并产生周期性磁力作用于被测螺栓上以使螺栓接头产生振动失效；测试装置上的位移、加速度、应变传感器可分别获得螺栓接头的位移、加速度、应变三种响应信号；采集分析装置可通过分析所获得的响应信号研究螺栓接头的螺纹松动、被连接件滑移与振动疲劳等多种失效情况。本发明通过合理的设计有效地模拟了工程中的各种振动激励，通过准确地控制各种变量增加了实验的多样性及比较了不同连接方式的振动失效实验效果，对螺栓接头振动失效动力学可靠性等方面的研究具有重要价值。

Description

一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置及测试方法

技术领域

本发明属于机械振动与装备测试技术领域，具体涉及一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置及测试方法。

背景技术

螺栓连接结构因其结构简单、便于拆装和成本低廉等优点广泛应用于各类机械装备和连接领域中。随着现代机械设备朝着高速、高温及高压方向的发展，绝大多数机械装置的螺栓接头不可避免的要承受振动载荷，甚至会引起螺栓连接结构发生螺栓松动、被连接件滑移和振动疲劳等多种振动失效，从而导致螺栓接头的可靠性受到严重挑战。

单搭接和双搭接是螺栓连接的两种重要装配形式，其所受力均为剪切力，致使在振动载荷的作用下，螺栓个数与布局、螺栓与孔的间隙以及预紧力等都会对螺栓接头的可靠性造成很大影响。

目前，研究者围绕螺栓接头振动失效展开了广泛研究。在失效形式的研究上，大多数研究方案仅集中于单一的失效形式，而在实际应用中，由于机械设备处于复杂多变的工作环境中，大部分的螺栓接头的失效都是多种失效形式相互耦合的结果，而并非其中一种失效形式造成；在激励方式的选择上，对于螺栓接头振动失效可靠性测试的激励方式几乎都是接触加载形式，这种接触加载方式不仅会使振动激励装置与被测对象直接接触，而且会改变被测对象的物理属性以及受力方式，导致无法控制边界条件的准确性；在装配形式的研究上，现有实验装置只能研究某一种装配形式，而当装配形式改变后，螺栓接头的受力环境会随之改变，因此不能进行螺栓连接结构不同装配形式的对比实验。

因此，发明一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置及测试方法，利用非接触式磁力作为施加振动载荷的激励力，同时测试单、双搭接两种不同装配形式的螺栓连接结构的多种振动失效，对于推动螺栓接头振动可靠性动力学研究进展具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以同时测试单、双搭接螺栓接头在非接触式磁力激励作用下的多种振动失效实验装置及测试方法，以便于研究螺栓接头在不同环境下的振动失效问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置，包括支撑底座、激振装置、测试装置以及采集分析装置；所述激振装置包括驱动电机、旋转盘和动磁体，所述驱动电机设于所述支撑底座中部的一侧，所述驱动电机的输出端连接有所述旋转盘，所述旋转盘上周向均布有多个所述动磁体，多个所述动磁体的N极或S极均朝外；所述支撑底座的两端分别设有单搭接螺栓接头支撑座和双搭接螺栓接头支撑座；所述测试装置包括单搭接螺栓接头连接板、双搭接螺栓接头连接板、位移传感器、应变传感器、加速度传感器、第一定磁体和第二定磁体，所述单搭接螺栓接头连接板可滑动地设于所述单搭接螺栓接头支撑座上，所述双搭接螺栓接头连接板可拆卸地设于所述双搭接螺栓接头支撑座上，所述单搭接螺栓接头连接板和双搭接螺栓接头连接板上靠近所述旋转盘的一端分别固设有所述第一定磁体和第二定磁体，所述单搭接螺栓接头连接板和双搭接螺栓接头连接板上均设有所述位移传感器和加速度传感器，所述单搭接螺栓接头连接板与单搭接螺栓接头支撑座、双搭接螺栓接头连接板与双搭接螺栓接头支撑座上分别对应地设有多个螺纹通孔，所述螺纹通孔均与被测螺栓相适配，所述被测螺栓上设有所述应变传感器；所述采集分析装置分别与所述位移传感器、应变传感器和加速度传感器电性连接。

本发明通过采用以上技术方案，可利用驱动电机驱动旋转盘旋转，并带动旋转盘上的多个动磁体旋转以形成旋转磁场，同时利用动磁体与定磁体间的排斥力或吸引力，来提供与待测螺栓非接触的激振力，利用该激振力即可研究待测螺栓因振动而产生的螺纹松动、被连接件滑移和振动疲劳等多种失效形式，且可同时研究不同装配形式下待测螺栓的振动失效模式。

更进一步，所述第一定磁体和第二定磁体的N极或S极均与所述动磁体的N极或S极相对设置，这样可在第一定磁体与动磁体间以及第二定磁体与动磁体间均产生吸引力或者排斥力，即激振装置可对待测螺栓产生一定的激振力。

更进一步，所述动磁体设置有2～8个，这样可改变激振装置对待测螺栓的激振频率，即改变待测螺栓的振动频率。

更进一步，所述驱动电机设置为调速电机，这样可调节旋转盘及动磁体的转速以改变动磁体与第一定磁体和/或第二定磁体间的激振频率，即改变待测螺栓的振动频率。

更进一步，所述调速电机与所述采集分析装置电性连接，这样既可自动调控调速电机的转速以改变待测螺栓的振动频率，也可提高磁力激励螺栓接头振动失效测试结果的准确性。

更进一步，所述激振装置还包括旋转轴和轴承座，所述轴承座设于所述支撑底座中部且远离所述驱动电机，所述旋转轴的一端与所述驱动电机的输出端连接而另一端支撑在所述轴承座上，所述旋转盘固设于所述旋转轴上且设于所述驱动电机与轴承座之间，这样可将激振装置稳固地安装在支撑底座上以输出稳定的激振力。

更进一步，所述旋转盘包括两个旋转体和设于旋转体之间的连接轴，两个所述旋转体相对的一侧对应地均周向均布有多个安装槽，多个所述动磁体的两端均对应地分别固设于所述安装槽内，所述连接轴的两端分别与两个所述旋转体的中心连接，所述连接轴固定地套设于所述旋转轴上，这样可将动磁体稳固地安装在旋转盘上。

更进一步，所述轴承座包括固设于所述支撑底座上的L型轴承座和T型轴承座，所述L型轴承座和T型轴承座分别设于所述旋转盘的两侧，所述旋转轴依次贯穿所述T型轴承座、旋转盘和L型轴承座，这样可进一步将激振装置稳固地安装在支撑底座上以输出稳定的激振力。

更进一步，所述支撑底座中部设置有多个平行的T型槽，所述轴承座的底部通过螺栓固设于所述T型槽上，这样既可稳固安装轴承座，又可调节激振装置与第一定磁体和/或第二定磁体间的距离。

更进一步，所述激振装置还包括电机座，所述驱动电机固设于所述电机座上，所述支撑底座上相对所述T型槽对应地设置有多个电机座安装孔，所述电机座通过固定螺栓固设于所述支撑底座上，所述驱动电机的轴心线与所述轴承座的轴承孔轴心线保持一致，这样可调节激振装置与第一定磁体和/或第二定磁体间的距离。

更进一步，所述单搭接螺栓接头支撑座上设有多个第一螺纹通孔，所述双搭接螺栓接头支撑座上设有多个第二螺纹通孔；所述单搭接螺栓接头连接板上对应多个所述第一螺纹通孔设有多个第三螺纹通孔，所述双搭接螺栓接头连接板上对应多个所述第二螺纹通孔设有多个第四螺纹通孔，这样可将待测螺栓安装在单搭接螺栓接头支撑座和/或双搭接螺栓接头支撑座上以进行振动失效实验。

更进一步，所述单搭接螺栓接头支撑座上阵列排布有多个第一螺纹通孔，所述双搭接螺栓接头支撑座上阵列排布有多个第二螺纹通孔，这样可根据实际需要排布待测螺栓。

更进一步，所述单搭接螺栓接头支撑座的两侧对称地固设有滑道，所述滑道上均可滑动地设有滑块，所述单搭接螺栓接头连接板的两侧分别固设于所述滑块上，这样可调节第一定磁体与激振装置间的距离以调节激振装置对待测螺栓的激振力。

更进一步，所述滑块与所述采集分析装置电性连接，这样可自动调控第一定磁体与激振装置间的距离以调节激振装置对待测螺栓的激振力。

更进一步，所述双搭接螺栓接头支撑座包括一体成型的底板和顶板，所述双搭接螺栓接头连接板可拆卸地设于所述底板与顶板之间，这样可提高双搭接螺栓接头振动失效测试结果的准确性。

本发明还提供了一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置的测试方法，

（1）若进行单搭接螺栓接头振动失效实验：首先调节第一定磁体与动磁体间的距离；接着将待测螺栓从单搭接螺栓接头连接板旋入并固定到单搭接螺栓接头支撑座上；然后将加速度传感器、位移传感器和应变传感器分别与采集分析装置连接，并调节驱动电机的转速，开始实验；最后根据采集分析装置采集的信号，绘制得到失效曲线，以判断单搭接螺栓接头的主要失效形式。

（2）若进行双搭接螺栓接头振动失效实验：首先调节第二定磁体与动磁体间的距离；接着将待测螺栓从双搭接螺栓接头支撑座旋入，穿过双搭接螺栓接头连接板，并固定到双搭接螺栓接头支撑座上；然后将加速度传感器、位移传感器和应变传感器分别与采集分析装置连接，并调节驱动电机的转速，开始实验；最后根据采集分析装置采集的信号，绘制得到失效曲线，以判断双搭接螺栓接头的主要失效形式。

（3）若同时进行单搭接螺栓接头与双搭接螺栓接头振动失效的对比实验：首先将激振装置固定在单搭接螺栓接头支撑座和双搭接螺栓接头支撑座之间，并调节第一定磁体与动磁体间的距离及第二定磁体与动磁体间的距离，以使第一定磁体和第二定磁体与动磁体的距离相等；接着将待测螺栓按相同的排布，将一半待测螺栓从单搭接螺栓接头连接板旋入并固定到单搭接螺栓接头支撑座上，将另一半待测螺栓从双搭接螺栓接头支撑座旋入，穿过双搭接螺栓接头连接板，并固定到双搭接螺栓接头支撑座上；然后将加速度传感器、位移传感器和应变传感器分别与采集分析装置连接，并调节驱动电机的转速，开始实验；最后根据采集分析装置采集的信号，在同一图表中绘制得到单搭接螺栓接头失效曲线和双搭接螺栓接头失效曲线，以判断两种装配形式下螺栓接头的振动失效模式。

更进一步，所述加速度传感器、位移传感器和应变传感器可分别接收所述待测螺栓的加速度信号、位移信号和应变信号，所述采集分析装置可根据所述加速度信号、位移信号和应变信号分别绘制得到载荷-位移曲线和刚度-位移曲线，并根据上述两种曲线得到所述失效曲线，所述失效曲线通过载荷-疲劳循环次数以及疲劳刚度-循环次数曲线反映。

相比于现有技术，本发明的有益效果是：

（1）可利用驱动电机（或调速电机）驱动旋转盘及动磁体进行长时间连续转动，以产生速度（或频率）可控的旋转磁场；同时在不改变螺栓接头物理性的前提下，依靠旋转磁场与定磁体间的非接触磁力作为激振力，以激励被测螺栓发生振动。

（2）可利用与被测螺栓联动的应变传感器、加速度传感器、位移传感器得到三种响应信号，以用于研究被测螺栓因振动而产生的螺纹松动、被连接件滑移、和振动疲劳等多种失效形式。

（3）可利用单、双搭接螺栓接头试验台同时进行单、双搭接螺栓接头的振动失效实验，并可进行不同螺栓布局、不同螺栓间隙、不同螺栓预紧力等受力环境下的振动失效实验，以便于研究在不同环境下螺栓接头的可靠性。

（4）通过合理的设计有效地模拟了工程中的各种振动激励，通过准确地控制各种变量增加了实验的多样性及比较了不同连接方式的振动失效实验效果，对螺栓接头振动失效动力学可靠性等方面的研究具有重要价值。

附图说明

图1为本发明一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置中支撑底座的结构示意图；

图3为本发明一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置中激振装置的结构示意图；

图4为本发明一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置中单搭接螺栓接头试验台的结构示意图；

图5为本发明一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置中双搭接螺栓接头试验台的结构示意图；

图6为本发明一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置中第二被测螺栓与应变传感器的分布示意图；

图7为本发明一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置中第一被测螺栓与应变传感器的分布示意图；

图8为本发明一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置的测试示意图；

图9为本发明一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置的载荷-位移曲线图；

图10为本发明一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置的刚度-位移曲线图；

图11为本发明一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置的载荷-疲劳循环次数曲线图；

图12为本发明一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置的疲劳刚度-循环次数曲线图。

图中标号说明：1-加速度传感器，2-单搭接螺栓接头试验台，3-激振装置，4-支撑底座，5-双搭接螺栓接头试验台，6-应变传感器，7-位移传感器，8-单搭接螺栓接头支撑座，9-电机支撑座，10-双搭接螺栓接头支撑座，11-T型槽，12-轴承，13-L型轴承座，14-法兰盘，15-连接轴，16-T型轴承座，17-调速电机，18-电机座，19-联轴器，20-旋转轴，21-动磁体，22-旋转盘，23-滑道，24-滑块，25-单搭接螺栓接头连接板，26-第一待测螺栓，27-第一定磁体，28-双搭接螺栓接头连接板，29-第二定磁体，30-第二待测螺栓，31-第一螺纹通孔，32-第二螺纹通孔，33-第三螺纹通孔，34-旋转体，35-底板，36-顶板，37-轴承座固定螺栓。

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、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述单搭接螺栓接头，为用于单搭接螺栓接头连接板与单搭接螺栓接头支撑座直接连接；所述双搭接螺栓接头，为用于双搭接螺栓接头支撑座之间设置双搭接螺栓接头连接板。由于单搭接螺栓接头和双搭接螺栓接头是比较常见的两种螺栓连接类型，且这两种螺栓连接类型的振动失效是目前行业研究的焦点，故本发明以单搭接螺栓接头和双搭接螺栓接头的振动失效实验装置及其测试方法为例进行说明。

如图1至图7所示，为本发明一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置的结构示意图。

如图1所示，本发明提供的一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置包括支撑底座4、激振装置3、单搭接螺栓接头试验台2、双搭接螺栓接头试验台5以及采集分析装置。

具体的，所述激振装置3包括驱动电机、旋转盘22和动磁体21。其中，所述驱动电机设置于所述支撑底座4中部的一侧，所述驱动电机的输出端连接有所述旋转盘22，所述旋转盘22上周向均布有多个所述动磁体21，且多个所述动磁体21的N极或S极均朝外。

同时，在上述支撑底座4的两端分别设置有所述单搭接螺栓接头试验台2和双搭接螺栓接头试验台5。

其中，单搭接螺栓接头试验台2包括单搭接螺栓接头支撑座8和单搭接螺栓接头测试装置。所述单搭接螺栓接头测试装置包括单搭接螺栓接头连接板25、位移传感器7、应变传感器6、加速度传感器1和第一定磁体27。上述单搭接螺栓接头连接板25可滑动地设置于所述单搭接螺栓接头支撑座8上，在上述单搭接螺栓接头连接板25上靠近所述旋转盘22的一端固定设置有所述第一定磁体27，且在单搭接螺栓接头连接板25上设置有所述位移传感器7和加速度传感器1。在上述单搭接螺栓接头连接板25与单搭接螺栓接头支撑座8上对应地设置有多个螺纹通孔，该螺纹通孔均与第一待测螺栓26相适配，且在第一待测螺栓26上设置有所述应变传感器6（如图6所示）。

双搭接螺栓接头试验台5包括双搭接螺栓接头支撑座10和双搭接螺栓接头测试装置。所述双搭接螺栓接头测试装置包括双搭接螺栓接头连接板28、位移传感器7、应变传感器6、加速度传感器1第二定磁体29。上述双搭接螺栓接头连接板28可拆卸地设置于所述双搭接螺栓接头支撑座10上，在上述双搭接螺栓接头连接板28上靠近所述旋转盘22的一端固定设置有所述第二定磁体29，且在双搭接螺栓接头连接板28上设置有所述位移传感器7和加速度传感器1。在上述双搭接螺栓接头连接板28与双搭接螺栓接头支撑座10上对应地设置有多个螺纹通孔，该螺纹通孔均与第二待测螺栓30相适配，且在第二待测螺栓30上设置有所述应变传感器6。

还有，如图7所示，所述采集分析装置分别与所述位移传感器7、应变传感器6和加速度传感器1电性连接。在本实施例中，上述采集分析装置包括可与位移传感器7及加速度传感器1电性连接的数据采集器、可与应变传感器6电性连接的动态应变仪和可与数据采集器及动态应变仪电性连接的计算机系统。其中，数据采集器可通过加速度传感器1采集被测螺栓的受力（或载荷），进行振动测试；数据采集器还可通过位移传感器7采集被测螺栓的位移，进行滑移测试；动态应变仪可通过应变传感器6采集被测螺栓的孔周应变，进行变形测试；计算机系统可获取数据采集器及动态应变仪采集的加速度位移信号及应变信号，进行综合处理，绘制得到载荷-位移曲线和刚度-位移曲线，并最终得到载荷-疲劳循环次数曲线以及疲劳刚度-循环次数曲线，即所谓的失效曲线。

本发明可利用驱动电机驱动旋转盘旋转，并带动旋转盘上的多个动磁体旋转以形成旋转磁场，同时利用动磁体与第一定磁体和/或第二定磁体间的排斥力或吸引力，来提供与待测螺栓非接触的激振力，然后利用该激振力即可研究待测螺栓因振动而产生的螺纹松动、被连接件滑移和振动疲劳等多种失效形式，且可同时研究不同装配形式下待测螺栓的振动失效模式。

作为本发明的一个实施例，所述第一定磁体27和第二定磁体29可通过AB胶或金属强力胶分别粘贴在单搭接螺栓接头连接板25和双搭接螺栓接头连接板28上，且上述第一定磁体27和第二定磁体29的N极均与上述动磁体21的N极相对设置，或者第一定磁体27和第二定磁体29的S极均与上述动磁体21的N极相对设置，或者第一定磁体27和第二定磁体29的N极均与上述动磁体21的S极相对设置，或者第一定磁体27和第二定磁体29的S极均与上述动磁体21的S极相对设置，这样就可在第一定磁体27与动磁体21之间以及第二定磁体29与动磁体21之间均产生吸引力或者排斥力，即可通过激振装置3对第一待测螺栓26和/或第二待测螺栓30产生一定的激振磁力。

作为本发明的一个实施例，所述动磁体21设置为磁条，该磁条的一侧为N极而另一侧为S极，同时所述第一定磁体27和第二定磁体29也设置为磁条，且第一定磁体27和第二定磁体29的一侧为N极而另一侧为S极。还有，上述动磁体21设置有2～8个，且多个动磁体21的规格一致，即多个动磁体21的磁极方向、外形尺寸、磁场强度都保持一致，这样不仅可以通过改变动磁体21的规格来改变激振装置3对第一待测螺栓26和/或第二待测螺栓30的激振频率，即改变第一待测螺栓26和/或第二待测螺栓30的振动频率，以模拟工程中的各种振动激励，而且可以根据实际需要产生大小不同的、周期性的激励磁力。

作为本发明的一个实施例，所述驱动电机设置为调速电机17，且该调速电机17可与所述采集分析装置中的计算机系统电性连接，这样既可通过调速电机17调节旋转盘22及动磁体21的转速以改变动磁体21与第一定磁体27和/或第二定磁体29之间的激振频率，即改变第一待测螺栓26和/或第二待测螺栓30的振动频率，又可手动/自动调控调速电机17的转速以改变第一待测螺栓26和/或第二待测螺栓30的振动频率，并提高磁力激励螺栓接头振动失效测试结果的准确性。

作为本发明的一个实施例，如图2所示，所述支撑底座4为由铸铁特制，整体设置为长方形。在上述支撑底座4的两端分别设置有所述单搭接螺栓接头支撑座8和双搭接螺栓接头支撑座10，且单搭接螺栓接头支撑座8和双搭接螺栓接头支撑座10均设置为两端开口的框形。

进一步，在上述单搭接螺栓接头支撑座8的顶部中央设置有多个第一螺纹通孔31，该多个第一螺纹通孔31均与第一待测螺栓26相适配。更优的，在有些实施例中，在上述单搭接螺栓接头支撑座8的顶部中央阵列排布有多个所述第一螺纹通孔31，这样可根据实际需要排布第一待测螺栓26，用以模拟各类机械装备中的单搭接螺栓连接结构。

再有，上述双搭接螺栓接头支撑座10的顶部设置为包括一体成型的底板35和顶板36，该底板35与顶板36平行设置以形成双层结构；同时，上述底板35与顶板36之间的距离与上述双搭接螺栓接头连接板28的厚度相适配，以便将上述双搭接螺栓接头连接板28可拆卸地设置于上述底板35与顶板36之间，这样可提高双搭接螺栓接头振动失效测试结果的准确性。

还有，在上述双搭接螺栓接头支撑座10的顶部中央设置有多个第二螺纹通孔32，该多个第二螺纹通孔32均与第二待测螺栓30相适配。更优的，在有些实施例中，在上述双搭接螺栓接头支撑座10的顶部中央阵列排布有多个第二螺纹通孔32，这样可根据实际需要排布第二待测螺栓30，用以模拟各类机械装备中的双搭接螺栓连接结构。

另外，在上述支撑底座4的中部设置有多个平行的T型槽11，该T型槽11可与连接上述轴承座底部的轴承座固定螺栓37相适配，这样既可将轴承座稳固安装在支撑底座上，又可调节轴承座（或旋转盘）与单搭接螺栓接头支撑座8和/或双搭接螺栓接头支撑座10之间的距离，即可调节动磁体21与第一定磁体27和/或第二定磁体29之间的距离。

最后，在上述支撑底座4的中部一侧设置有电机支撑座9，该电机支撑座9也设置为两端开口的框形。在上述电机支撑座9的顶部相对上述T型槽11对应地设置有多个电机座安装孔（图中未示出），该多个电机座安装孔与承载上述驱动电机的电机座18上的固定螺栓相适配，这样就可将上述驱动电机通过电机座18固定安装在上述支撑底座4的电机支撑座9上，同时可以通过调节电机座18和轴承座的位置使驱动电机的轴心线与轴承座的轴承孔轴心线保持一致，从而可以调节动磁体21与第一定磁体27和/或第二定磁体29之间的距离。

作为本发明的一个实施例，如图3所示，所述激振装置3包括调速电机17、电机座18、旋转轴20、轴承座、旋转盘22和动磁体21。

其中，上述调速电机17支撑在电机座18上，而电机座18可通过固定螺栓固定安装在上述支撑底座4的电机支撑座9上。上述调速电机17的输出轴贯穿电机座18，并可通过联轴器19与上述旋转轴20的一端刚性连接，以将调速电机17的动力传递给旋转轴20。上述轴承座设置于所述支撑底座4中部且远离所述调速电机17，同时上述旋转轴20的另一端通过轴承12支撑在所述轴承座上。上述旋转盘22固定设置于所述旋转轴20上，且旋转盘22固定设置于所述调速电机17与轴承座之间，这样就可将旋转轴20的动力传递给旋转盘22。

进一步，上述轴承座包括L型轴承座13和T型轴承座16，该L型轴承座13和T型轴承座16可通过轴承座固定螺栓37固定设置于所述支撑底座4上；同时，上述L型轴承座13和T型轴承座16分别设置于所述旋转盘22的两侧，而上述旋转轴20依次贯穿T型轴承座16、旋转盘22和L型轴承座13，这样既可进一步将旋转盘22稳固地支撑在L型轴承座13与T型轴承座16之间以输出稳定的激振力，又可根据实际需要拆装激振装置3以调节激振装置3与第一定磁体27和/或第二定磁体29之间的距离。

作为本发明的一个实施例，所述旋转盘22包括两个圆形的旋转体34和设置于两个旋转体34之间的连接轴15。

其中，两个所述旋转体34相对的一侧对应地均周向均布有多个安装槽（图中未标识），该安装槽与上述动磁体21的两端相适配以便于将多个动磁体21安装在两个旋转体34之间。在本实施例中，安装槽的数量设置为8个。上述连接轴15的两端可分别通过法兰盘14与两个所述旋转体34的中心稳固连接，同时上述连接轴15可通过轴套固定地套设于所述旋转轴20上，这样就可将动磁体21稳固地安装在旋转盘22上以稳定地输出激振力。

作为本发明的一个实施例，如图4所示，所述单搭接螺栓接头支撑座8的两侧对称地固定设置有滑道23，在该滑道23上均可滑动地设置有滑块24，这样可使滑块24相对滑道23滑动。同时，上述单搭接螺栓接头连接板25的两侧分别固定设置于所述滑块24上，这样就可使单搭接螺栓接头连接板25相对滑道23滑动，从而可调节第一定磁体27与激振装置3上动磁体21之间的距离，进而可以调节激振装置3对第一待测螺栓26的激振力。另外，在上述单搭接螺栓接头连接板25的中部设置有多个第三螺纹通孔33，该多个第三螺纹通孔33与上述第一螺纹通孔31相对应，这样就可将第一待测螺栓26安装在单搭接螺栓接头试验台2上以进行振动失效实验。

进一步，上述滑块24可与所述采集分析装置中的计算机系统电性连接，这样可根据需要手动/自动调控第一定磁体27与动磁体21之间的距离，进而可以调节激振装置3对第一待测螺栓26的激振力。

作为本发明的一个实施例，如图5所示，在上述双搭接螺栓接头连接板28的中部设置有多个第四螺纹通孔（图中未标识），该多个第四螺纹通孔与上述第二螺纹通孔32相对应，这样就可将第二待测螺栓30安装在双搭接螺栓接头试验台5上以进行振动失效实验。

作为本发明的一个实施例，上述第一螺纹通孔31、第二螺纹通孔32、第三螺纹通孔33及第四螺纹通孔可根据实际需要进行定制，即可根据实际需要设计成不同大小的螺纹通孔。当然，上述第一螺纹通孔31、第二螺纹通孔32、第三螺纹通孔33及第四螺纹通孔也可设计成相同大小的螺纹通孔，此时第一待测螺栓26和第二待测螺栓30即为相同大小的被测螺栓。

为更好地说明和充分公开上述磁力激励螺栓接头振动失效实验装置，本发明还提供了该磁力激励螺栓接头振动失效实验装置的测试方法，具体如下：

第一种测试方法，进行单搭接螺栓接头振动失效实验：

首先，通过滑块24手动或自动调节单搭接螺栓接头连接板25的位置，以调节单搭接螺栓接头连接板25上第一定磁体27与旋转盘22上动磁体21之间的距离，即第一定磁体27与某一动磁体21之间的最短距离，如图1所示，为第一定磁体27与某一动磁体21之间的水平距离，以调节第一待测螺栓26的受力大小；

接着，将多个第一待测螺栓26按一定的顺序和排布从单搭接螺栓接头连接板25旋入，直至旋入至单搭接螺栓接头支撑座8上，并按一定的预紧力将多个第一待测螺栓26固定到单搭接螺栓接头支撑座8上；

然后，将加速度传感器1和位移传感器7安装在单搭接螺栓接头连接板25上，将多个应变传感器6对应地安装在多个第一待测螺栓26上，并将加速度传感器1和位移传感器7与采集分析装置中的数据采集器电性连接，将应变传感器6与采集分析装置中的动态应变仪电性连接，且将数据采集器和动态应变仪与采集分析装置中的计算机系统电性连接，再通过加速度传感器1的响应信号调节驱动电机（或调速电机17）的转速以输出合适的激励磁力（或激振力），开始进行单搭接螺栓接头的振动失效实验；

最后，根据采集分析装置中加速度传感器1采集的加速度信号、位移传感器7采集的位移信号以及应变传感器6采集的应变信号，通过采集分析装置中计算机系统绘制得到载荷-位移曲线和刚度-位移曲线，然后根据载荷-位移曲线和刚度-位移曲线获得载荷-疲劳循环次数曲线以及疲劳刚度-循环次数曲线，即失效曲线，通过失效曲线判断单搭接螺栓接头的主要失效形式及失效载荷（或失效临界值）。

第二种测试方法，进行双搭接螺栓接头振动失效实验：

首先，将双搭接螺栓接头连接板28插入双搭接螺栓接头支撑座10之间，使双搭接螺栓接头连接板28上的第二定磁体29与旋转盘22上的动磁体21之间保持一定的距离，即调节好第二定磁体29与某一动磁体21之间的最短距离，如图1所示，为第二定磁体29与某一动磁体21之间的水平距离，以调节第二待测螺栓30的受力大小；

接着，将多个第二待测螺栓30按一定的顺序和排布从双搭接螺栓接头支撑座10旋入，穿过双搭接螺栓接头连接板28，直至再次旋入至双搭接螺栓接头支撑座10上，并按一定的预紧力将多个第二待测螺栓30固定到双搭接螺栓接头支撑座10上；

然后，将加速度传感器1和位移传感器7安装在双搭接螺栓接头连接板28上，将多个应变传感器6对应地安装在多个第二待测螺栓30上，并将加速度传感器1和位移传感器7与采集分析装置中的数据采集器电性连接，将应变传感器6与采集分析装置中的动态应变仪电性连接，且将数据采集器和动态应变仪与采集分析装置中的计算机系统电性连接，再通过加速度传感器1的响应信号调节驱动电机（或调速电机17）的转速以输出合适的激励磁力（或激振力），开始进行双搭接螺栓接头的振动失效实验；

最后，根据采集分析装置中加速度传感器1采集的加速度信号、位移传感器7采集的位移信号以及应变传感器6采集的应变信号，通过采集分析装置中计算机系统绘制得到载荷-位移曲线和刚度-位移曲线，然后根据载荷-位移曲线和刚度-位移曲线获得载荷-疲劳循环次数曲线以及疲劳刚度-循环次数曲线，即失效曲线，通过失效曲线判断双搭接螺栓接头的主要失效形式及失效载荷。

第三种测试方法，同时进行单搭接螺栓接头与双搭接螺栓接头振动失效的对比实验：

首先，调节电机座18、L型轴承座13及T型轴承座16的位置，以将激振装置3固定在单搭接螺栓接头支撑座8和双搭接螺栓接头支撑座10之间，通过滑块24手动或自动调节单搭接螺栓接头连接板25的位置，以调节单搭接螺栓接头连接板25上第一定磁体27与旋转盘22上某一动磁体21之间的水平距离，并将双搭接螺栓接头连接板28插入双搭接螺栓接头支撑座10之间，以调节双搭接螺栓接头连接板28上第二定磁体29与旋转盘22上某一动磁体21之间的水平距离，以使第一定磁体27和第二定磁体29与同一水平面上相对设置的两个动磁体21的水平距离相等；

接着，将多个第一待测螺栓26按一定的顺序和排布从单搭接螺栓接头连接板25旋入，直至旋入至单搭接螺栓接头支撑座8上，并按一定的预紧力将多个第一待测螺栓26固定到单搭接螺栓接头支撑座8上；将多个第二待测螺栓30按一定的顺序和排布从双搭接螺栓接头支撑座10旋入，穿过双搭接螺栓接头连接板28，直至再次旋入至双搭接螺栓接头支撑座10上，并按一定的预紧力将多个第二待测螺栓30固定到双搭接螺栓接头支撑座10上；此时，为进行单搭接螺栓接头与双搭接螺栓接头振动失效的对比实验，第一待测螺栓26和第二待测螺栓30设置为相同规格的待测螺栓，且排布方式、预紧力大小等可能影响实验效果的变量均保持一致；

然后，将加速度传感器1和位移传感器7安装在单搭接螺栓接头连接板25及双搭接螺栓接头连接板28上，将多个应变传感器6对应地安装在多个第一待测螺栓26及第二待测螺栓30上，并将加速度传感器1和位移传感器7与采集分析装置中的数据采集器电性连接，将应变传感器6与采集分析装置中的动态应变仪电性连接，且将数据采集器和动态应变仪与采集分析装置中的计算机系统电性连接，再通过加速度传感器1的响应信号调节驱动电机（或调速电机17）的转速以输出合适的激励磁力（或激振力），开始进行双搭接螺栓接头的振动失效实验；

最后，根据采集分析装置中加速度传感器1采集的加速度信号、位移传感器7采集的位移信号以及应变传感器6采集的应变信号，通过计算机系统分别绘制得到单搭接螺栓接头和双搭接螺栓接头的载荷-位移曲线和刚度-位移曲线，然后根据载荷-位移曲线和刚度-位移曲线在同一图表中绘制获得单搭接螺栓接头和双搭接螺栓接头的载荷-疲劳循环次数曲线以及疲劳刚度-循环次数曲线，即单搭接螺栓接头和双搭接螺栓接头的失效曲线，通过失效曲线即可判断单搭接螺栓接头和双搭接螺栓接头的振动失效模式及其各自的失效临界值。

本发明可利用加速度传感器、位移传感器和应变传感器分别获取待测螺栓的加速度信号、位移信号和应变信号，并通过计算机系统对上述加速度信号、位移信号和应变信号进行综合分析、运算，以绘制得到载荷-位移曲线和刚度-位移曲线，且可根据上述两种曲线最终得到载荷-疲劳循环次数曲线以及疲劳刚度-循环次数曲线，即失效曲线。换句话说，本发明可利用加速度传感器进行振动测试，即测试被测螺栓的加速度信号（或振动信号），利用位移传感器进行滑移测试，即测试被测螺栓界面的滑移距离，利用应变传感器进行变形测试，即测试失效载荷（或失效临界激励值）驱动下的孔周应变，并将上述加速度信号、滑移距离信号和孔周应变信号传输给数据采集器及动态应变仪，再统一传送至计算机系统进行数据分析；计算机系统根据上述信号即可研究螺栓接头因振动而产生的变形、滑移状况，绘制得到载荷-位移曲线（如图9所示）和刚度-位移曲线（如图10所示），进而可研究螺栓接头因振动而产生的螺纹松动、被连接件滑移与振动疲劳等失效情况，并得到载荷-疲劳循环次数曲线（如图11所示）以及疲劳刚度-循环次数曲线（如图12所示），用以判断螺栓接头的主要失效模式。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置，其特征在于：包括支撑底座、激振装置、测试装置以及采集分析装置；

所述激振装置包括驱动电机、旋转盘和动磁体，所述驱动电机设于所述支撑底座中部的一侧，所述驱动电机的输出端连接有所述旋转盘，所述旋转盘上周向均布有多个所述动磁体，多个所述动磁体的N极或S极均朝外；

所述支撑底座的两端分别设有单搭接螺栓接头支撑座和双搭接螺栓接头支撑座；

所述测试装置包括单搭接螺栓接头连接板、双搭接螺栓接头连接板、位移传感器、应变传感器、加速度传感器、第一定磁体和第二定磁体，所述单搭接螺栓接头连接板可滑动地设于所述单搭接螺栓接头支撑座上，所述双搭接螺栓接头连接板可拆卸地设于所述双搭接螺栓接头支撑座上，所述单搭接螺栓接头连接板和双搭接螺栓接头连接板上靠近所述旋转盘的一端分别固设有所述第一定磁体和第二定磁体，所述单搭接螺栓接头连接板和双搭接螺栓接头连接板上均设有所述位移传感器和加速度传感器，所述单搭接螺栓接头连接板与单搭接螺栓接头支撑座、双搭接螺栓接头连接板与双搭接螺栓接头支撑座上分别对应地设有多个螺纹通孔，所述螺纹通孔均与被测螺栓相适配，所述被测螺栓上设有所述应变传感器；

所述采集分析装置分别与所述位移传感器、应变传感器和加速度传感器电性连接。

2.如权利要求1所述的一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置，其特征在于：所述动磁体设置有2～8个。

3.如权利要求1所述的一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置，其特征在于：所述驱动电机设置为调速电机，所述调速电机与所述采集分析装置电性连接。

4.如权利要求1所述的一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置，其特征在于：所述激振装置还包括旋转轴和轴承座，所述轴承座设于所述支撑底座中部且远离所述驱动电机，所述旋转轴的一端与所述驱动电机的输出端连接而另一端支撑在所述轴承座上，所述旋转盘固设于所述旋转轴上且设于所述驱动电机与轴承座之间。

5.如权利要求4所述的一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置，其特征在于：所述旋转盘包括两个旋转体和设于旋转体之间的连接轴，两个所述旋转体相对的一侧对应地均周向均布有多个安装槽，多个所述动磁体的两端均对应地分别固设于所述安装槽内，所述连接轴的两端分别与两个所述旋转体的中心连接，所述连接轴固定地套设于所述旋转轴上。

6.如权利要求4所述的一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置，其特征在于：所述支撑底座中部设置有多个平行的T型槽，所述轴承座的底部通过螺栓固设于所述T型槽上，所述激振装置还包括电机座，所述驱动电机固设于所述电机座上，所述支撑底座上相对所述T型槽对应地设置有多个电机座安装孔，所述电机座通过固定螺栓固设于所述支撑底座上，所述驱动电机的轴心线与所述轴承座的轴承孔轴心线保持一致。

7.如权利要求1所述的一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置，其特征在于：所述单搭接螺栓接头支撑座上阵列排布有多个第一螺纹通孔，所述双搭接螺栓接头支撑座上阵列排布有多个第二螺纹通孔；所述单搭接螺栓接头连接板上对应多个所述第一螺纹通孔设有多个第三螺纹通孔，所述双搭接螺栓接头连接板上对应多个所述第二螺纹通孔设有多个第四螺纹通孔。

8.如权利要求1所述的一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置，其特征在于：所述单搭接螺栓接头支撑座的两侧对称地固设有滑道，所述滑道上均可滑动地设有滑块，所述单搭接螺栓接头连接板的两侧分别固设于所述滑块上，所述滑块与所述采集分析装置电性连接。

9.如权利要求1所述的一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置的测试方法，其特征在于：

（1）若进行单搭接螺栓接头振动失效实验：首先调节第一定磁体与动磁体间的距离；接着将待测螺栓从单搭接螺栓接头连接板旋入并固定到单搭接螺栓接头支撑座上；然后将加速度传感器、位移传感器和应变传感器分别与采集分析装置连接，并调节驱动电机的转速，开始实验；最后根据采集分析装置采集的信号，绘制得到失效曲线，以判断单搭接螺栓接头的主要失效形式;

（2）若进行双搭接螺栓接头振动失效实验：首先调节第二定磁体与动磁体间的距离；接着将待测螺栓从双搭接螺栓接头支撑座旋入，穿过双搭接螺栓接头连接板，并固定到双搭接螺栓接头支撑座上；然后将加速度传感器、位移传感器和应变传感器分别与采集分析装置连接，并调节驱动电机的转速，开始实验；最后根据采集分析装置采集的信号，绘制得到失效曲线，以判断双搭接螺栓接头的主要失效形式;

（3）若同时进行单搭接螺栓接头与双搭接螺栓接头振动失效的对比实验：首先将激振装置固定在单搭接螺栓接头支撑座和双搭接螺栓接头支撑座之间，并调节第一定磁体与动磁体间的距离及第二定磁体与动磁体间的距离，以使第一定磁体和第二定磁体与动磁体的距离相等；接着将待测螺栓按相同的排布，将一半待测螺栓从单搭接螺栓接头连接板旋入并固定到单搭接螺栓接头支撑座上，将另一半待测螺栓从双搭接螺栓接头支撑座旋入，穿过双搭接螺栓接头连接板，并固定到双搭接螺栓接头支撑座上；然后将加速度传感器、位移传感器和应变传感器分别与采集分析装置连接，并调节驱动电机的转速，开始实验；最后根据采集分析装置采集的信号，在同一图表中绘制得到单搭接螺栓接头失效曲线和双搭接螺栓接头失效曲线，以判断两种装配形式下螺栓接头的振动失效模式。

10.如权利要求9所述的一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置的测试方法，其特征在于：所述加速度传感器、位移传感器和应变传感器可分别接收所述待测螺栓的加速度信号、位移信号和应变信号，所述采集分析装置可根据所述加速度信号、位移信号和应变信号分别绘制得到载荷-位移曲线和刚度-位移曲线，并根据上述两种曲线得到所述失效曲线，所述失效曲线通过载荷-疲劳循环次数以及疲劳刚度-循环次数曲线反映。