一种螺栓切向载荷应变测量装置[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 205209442 U (45)授权公告日 2016.05.04

(21)申请号 201521001271.5(22)申请日 2015.12.04

(73)专利权人中国航空工业集团公司沈阳飞机

设计研究所

地址110035 辽宁省沈阳市皇姑区塔湾街

40号(72)发明人郭子铭 苏昱逢 曲林峰 王佳莹

范瑞敏(74)专利代理机构北京航信高科知识产权代理

事务所(普通合伙) 11526

代理人周良玉(51)Int.Cl.

G01B 11/16(2006.01)G01L 5/16(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

(54)实用新型名称

一种螺栓切向载荷应变测量装置(57)摘要

一种螺栓切向载荷应变测量装置，涉及飞机试验装置结构设计技术领域，用于实验室内螺栓的性能测试，壁板通过螺栓与螺母配合将上述壁板固定于在上述固定座上，螺栓的端部设置有反光体。与反光体配合设置有激光笔与激光接收板，激光笔设置于激光接收板的中心位置，激光接收板上以激光笔所在点为圆心设置有同心圆，同心圆中每两个相邻的圆之间的距离相等。本实用新型提供的螺栓切向载荷应变测量装置。本实用新型提供的螺栓切向载荷应变测量装置能够在多螺栓非均匀受载情况下测定每个螺栓所承受的切向载荷，结构简单、安全稳定，测试精度高，为强度细节分析提供试验数据验证。 C N 2 0 5 2 0 9 4 4 2 UCN 205209442 U

权　利　要　求　书

1/1页

1.一种螺栓切向载荷应变测量装置，用于实验室内螺栓的性能测试，其特征在于，包括：

固定座(1)，设置有平板结构，所述平板结构上设置有固定孔贯穿所述平板结构；壁板(2)，设置有螺栓孔，所述螺栓孔与所述固定座(1)上的固定孔的孔径相等；螺栓(3)，在远离所述螺栓(3)的大头端的另一端设置有平面反光体(4)，反光体的反光面背离所述螺栓(3)的大头端；

螺母(5)；激光笔(6)；

激光接收板(7)，所述激光笔(6)贯穿所述激光接收板(7)并固定于所述激光接收板(7)上；

通过所述螺母(5)与所述螺栓(3)配合将所述壁板(2)固定在所述固定座(1)上，所述激光笔(6)发出激光射到所述反光体(4)的反光面上，反射的激光射到所述激光接收板(7)上，在所述壁板(2)上施加载荷，通过所述激光接收板(7)上激光位置的变化确定所述螺栓(3)的应变量。

2.如权利要求1所述的螺栓切向载荷应变测量装置，其特征在于：所述激光接收板(7)上设置有同心圆，所述激光笔(6)设置于所述同心圆的圆心处。

3.如权利要求2所述的螺栓切向载荷应变测量装置，其特征在于：所述同心圆中每两个相邻圆之间的距离相等。

4.如权利要求1所述的螺栓切向载荷应变测量装置，其特征在于：所述反光体(4)为平面镜。

2

CN 205209442 U

说　明　书

一种螺栓切向载荷应变测量装置

1/3页

技术领域

[0001]本实用新型涉及飞机试验装置结构设计技术领域，具体而言，涉及一种螺栓切向载荷应变测量装置。

背景技术

[0002]在工程设计和飞机设计技术领域中，很多机械结构是由螺栓紧固，在机械的常规工况中，结构通常是由多个螺栓所紧固。之前的工程计算中，我们通常将所有载荷当作均布载荷平均分配到各个螺栓中。但是实际情况并不是这样，一个工程件的螺栓由于所处位置，载荷形式等原因，每个螺栓的承载情况不是相同的。这样会引起某个螺栓的疲劳性和承载能力与原有设计出现偏差，从而影响结构安全性。而传统测试方法无法在螺栓这种小尺寸物体上进行贴片测量，不能直接测量出螺栓上的切向载荷，从而，无法验证每个螺栓上载荷分配计算方法的正确性。

[0003]现在亟需解决的技术问题是如何设计一种试验室用螺栓切向载荷应变测量装置，在不采用应变片的情况下测量出螺栓的切向应变量，并由此得出螺栓所受的切向载荷，增强试验的可操作性，并且能够提高试验测量的准确性和精度。实用新型内容

[0004]本实用新型的目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种结构简单合理的螺栓切向载荷应变测量装置。

[0005]本实用新型的目的通过如下技术方案实现：一种螺栓切向载荷应变测量装置，用于实验室内螺栓的性能测试，包括：固定座，设置有平板结构，平板结构上设置有固定孔贯穿所述平板结构；壁板，为平板结构，壁板上设置有螺栓孔，螺栓孔与固定座上的固定孔的孔径相等；螺栓，在远离螺栓的大头端的另一端设置有平面反光体，反光体的反光面背离所述螺栓的大头端；螺母；激光笔；激光接收板，激光笔贯穿激光接收板并固定于激光接收板上；通过螺母与螺栓配合将壁板固定在所述固定座上，激光笔发出激光射到反光体的反光面上，反射的激光射到所述激光接收板上，在壁板上施加载荷，通过激光接收板上激光位置的变化确定螺栓的应变量。

[0006]上述方案中优选的是，激光接收板上设置有同心圆，激光笔设置于同心圆的圆心处。其目的是使反光体反射到激光接收板上的激光点在上述任一同心圆的半径上。[0007]上述任一方案中优选的是，同心圆中每两个相邻圆之间的距离相等。激光笔在圆心处，反光体所反射的激光落在任一同心圆的半径上，在无测量装备或者对偏转量精度要求不高时可以根据偏转的同心圆的间隔数量算出偏转的位移。[0008]上述任一方案中优选的是，反光体为平面镜。平面镜的反射率高且几乎不发生偏折现象，对测量精度起着至关重要的作用。

[0009]本实用新型所提供的螺栓切向载荷应变测量装置的有益效果在于，能够在多螺栓非均匀受载情况下测定每个螺栓所承受的切向载荷，测得相对于结构的严重承载部位，达

3

CN 205209442 U

说　明　书

2/3页

到之前无法完成的测试要求；在不改变试验装置、不增加额外载荷和限制条件的前提下，通过受载螺栓的挠度变化情况确定各螺栓的切向载荷，中间没有引入其他过程量和过程添加，保证了试验结果的精确性；试验要求仪器简单，市场易于采购，便于各实验室的应用，并降低成本。

[0010]提出的螺栓载荷试验测量方法能够简单有效地对螺栓切向载荷进行测量，为强度细节分析提供试验数据验证。该项目为此类系统结构提高承载能力、降低设计制造成本和减轻结构重量提供了试验依据结构简单，制造方便，装置稳定性高，安全可靠。附图说明

[0011]图1是按照本实用新型的螺栓切向载荷应变测量装置的一优选实施例的结构示意图；

[0012]图2是按照本实用新型的螺栓切向载荷应变测量装置的图1所示实施例进行试验的光路分析示意图。[0013]附图标记：[0014]1-固定座、2-壁板、3-螺栓、4-反光体、5-螺母、6-激光笔、7-激光接收板。具体实施方式

[0015]为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。[0016]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型保护范围的限制。[0017]如图1-图2所示，本实用新型提供的螺栓切向载荷应变测量装置，包括固定座1，设置有平板结构，所述平板结构上设置有固定孔贯穿所述平板结构；壁板2，为平板结构，所述壁板上设置有螺栓孔，螺栓孔与固定座1上的固定孔的孔径相等；螺栓3，在远离螺栓3的大头端的另一端设置有平面反光体4，反光体的反光面背离螺栓3的大头端；螺母5；激光笔6；激光接收板7，激光笔6贯穿激光接收板7并固定于激光接收板7上；通过螺母5与螺栓3配合将壁板2固定在固定座1上，激光笔6发出激光射到反光体4的反光面上，反射的激光射到激光接收板7上，在壁板2上施加载荷，通过激光接收板7上激光位置的变化确定螺栓3的应变量。

[0018]本实用新型提供的螺栓切向载荷应变测量装置，壁板2通过螺栓3与螺母5配合将上述壁板2固定于在上述固定座1上，螺栓3的端部设置有反光体4。与反光体4配合设置有激

4

CN 205209442 U

说　明　书

3/3页

光笔6与激光接收板7，激光笔设置于激光接收板7的中心位置，激光接收板7上以激光笔6所在点为圆心设置有同心圆，同心圆中每两个相邻的圆之间的距离相等，激光笔6发出激光的时，经过反光体4反射会在激光接收板7上留下反光点，当施加载荷的时候，由于螺栓3杆受力弯曲会产生挠度的变化而导致反光点发生变化。此时，螺栓3到激光笔6的距离确定，可以通过反光点的位置测量变化而推出螺栓3的变化角度，而这个变化角度是由壁板2所受载荷所造成的，所以，反推回去的载荷就是原来试验中的切向载荷。在壁板2上施加载荷，由于螺栓3、壁板2、固定座1、螺母5可作为一个整体，施加的载荷只是改变了螺栓3的挠度。通过激光笔6发出的激光射到反光体4上，反射的激光射到激光接收板7上。然后给壁板2施加载荷，最终导致的是在螺栓3上的反光体4发生偏转，导致激光接收板7上反射的激光点发生偏转，通过偏转角度即可计算得出壁板2上施加载荷的大小。

[0019]在具体的使用本实用新型提供的螺栓切向载荷应变测量装置的过程中，以某一具体试验为具体实施例进行阐述。

[0020]参照如图1所示螺栓切向载荷应变测量装置的结构示意图组装试验装置并进行试验。参照图2，O为反光体4反射光点处，光源点为A点，在不加载荷的时候反射点B点，加载之后的反射点C点。测量AB，AC，BC之间的距离分别为a,c,b，r为螺帽到孔心的距离。我们可以计算处光源最终摆动角并通过摆角来求得切向载荷P。

[0021]

[0022][0023]

壁板2的厚度为L＝10mm，螺母3的直径为d＝10.5mm,半径为r＝5.25mm，螺栓3、螺

母5都是钢的，E＝2E11Pa，AB,、AC、BC之间的距离分别为a＝1mm,b＝1.5mm,c＝1.2mm,白板距离x＝10000mm。则可以得到螺栓所受载荷为：其中I为圆柱界面的惯性矩为：

[0024][0025][0026][0027][0028][0029]

偏转角度：

螺栓载荷：

以上结合本实用新型的螺栓切向载荷应变测量装置具体实施例做了详细描述，但并非是对本实用新型的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改均属于本实用新型的技术范围，还需要说明的是，按照本实用新型的螺栓切向载荷应变测量装置技术方案的范畴包括上述各部分之间的任意组合。

5

CN 205209442 U

说　明　书　附　图

1/1页

图1

图2

6