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，使得機械系統的連續性被破壞，極大程度地影響了整機靜動 態特性。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特性研究是機械系統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， 多數研究是通過建立表面接觸模型，然后進行數值計算分析，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特性，系統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域，超聲波將在接觸面上發生反射，在有實 質性接觸的區域，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、動態應變儀、力矩扳手、超聲波發生器/接收器、超聲 波數據采集卡、信號采集系統和計算機;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連接計算 機;超聲探頭通過超聲波發生器/接收器和超聲波數據采集卡連接計算機，用于檢測不同預 緊力下結合面的聲阻抗和穿透力相關數據，并將所得數據傳送給計算機。
[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 電橋和動態應變儀能夠測量螺栓預緊力的大小;應變片通過動態應變儀和信號采集系統連 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] 相對于現有技術，本實用新型的優點在于：
[0014] (1)從實驗裝置可看出，測試出來的相關數據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、動態應變 儀、力矩扳手、超聲波發生器/接收器、超聲波數據采集卡、信號采集系統和計算機。
[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連接計算機;通過超聲探頭1、超聲波 發生器/接收器和超聲波數據采集卡，可檢測不同預緊力下結合面的聲阻抗和穿透力相關 數據，并將所得數據傳送給計算機。
[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，通過電橋和動態應變儀可測