[发明专利]一种机床装配结合面应力分布测量薄膜、系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及机床装配测量技术领域，具体为一种机床装配结合面应力分布测量薄膜、系统及方法。

背景技术

机床乃至各类机械都是由各种零部件按具体要求组装起来的，零部件之间相互结合、接触的表面被称为“结合面”。研究发现，结合面的力学特性对机械整机特性有明显的影响，机床绝大部分的刚度、阻尼、静变形量均是由结合面决定的。结合面应力分布规律是结合面特性的一个重要方面，对结合面的静态、动态特性有重要影响。

现有的测量结合面应力分布的方法主要有超声法、薄膜法等。超声法是利用结合面的超声波反射直接检测结合面的接触状态，便于实现非接触、自动化检测，但设备昂贵。薄膜法通常是在结合面之间加入一种能随压力变色的感压纸，由感压纸颜色的深浅情况获得应力分布，该方法简单，缺点是每次测量均要将感压纸取出观察，不便于在线测量，另外在结合面之间加入薄膜在一定程度上改变了结合面的接触状态，最终装配时必须将薄膜取出，否则将影响装配性能。工程实际中，由于成本、应用方便性等方面的限制，以上测量方法在很多情况下无法应用于结合面应力分布测量。

对装配结合部应力仿真、测试结果分析可以发现：(1)在结合部边缘不发生局部应力集中的情况下，结合部应力分布具有连续性，结合面上的一些应力等值线必然有部分延伸到结合面的邻侧面上；(2)在载荷作用位置及方向不变情况下，随载荷大小改变，结合面上应力等值线形状相对稳定，而各等值线数值随载荷显著变化。

根据应力分布连续性、应力等值线形状稳定性特点可知：在获取结合面的邻侧面应力状态，建立邻侧面与结合面应力对应关系的基础上，则可以确定结合面的应力分布。

在工厂大批量机床生产中，机床的装配状态可分为n个不同的类型，但所有的同规格的机床都具有这n个不同的装配类型，对于每个机床的每个装配类型如果都建立邻侧面与结合面应力对应关系仍然是个非常复杂的工作。

发明内容

本发明的目的在于，针对机床装配结合面间不便于放置传感器直接测量应力分布，利用超声波等测量方法测量成本较高，利用感压纸薄膜法又不便于在线测量的问题，不能适应机床大批量生产过程中对装配结合面应力的实时测量，提出一种机床装配结合面应力分布测量系统及方法，本发明根据应力分布的连续性、应力等值线形状稳定性的特点，利用在结合面的邻侧面上粘贴可批量生产的测量薄膜，通过测量薄膜上设置的应力采集传感器的测量值间接反映结合面的应力分布。

一种机床装配结合面应力分布测量薄膜，机床的部件Ⅰ与部件Ⅱ通过紧固件固定装配，部件Ⅰ与部件Ⅱ相贴合的面为结合面，与结合面相邻的侧面为邻侧面，结合面上的应力等值线会部分延伸到其邻侧面上，部件Ⅱ紧固件附近的应力场形状可通过部件Ⅱ的结合面在紧固件附近的应力等值线及应力等值线在邻侧面上的延伸线表示，随紧固件预紧力大小的变化，应力场形状基本保持稳定。

测量薄膜粘贴在部件Ⅱ的邻侧面上，通过测量部件Ⅱ的邻侧面上的应力来确定结合面的应力分布，测量薄膜上具有和应力等值线在邻侧面上的延伸线一致的标示线；所述测量薄膜包括：

设置在所述标示线上的k个应力采集传感器，其中k为大于零的整数，应力采集传感器测得的应力等于标示线对应的邻侧面上延伸线的应力，即延伸线对应的结合面上的等值线的应力；

将k个所述应力采集传感器采集的信号汇集在一起的信号汇集单元，所述信号汇集单元将接收到的k个应力采集传感器的模拟信号转化为数字信号输出；

用于将所述测量薄膜准确定位粘贴在所述邻侧面上的定位单元；将所述测量薄膜定位后，所述测量薄膜的标示线与所述邻侧面上的延伸线相重合。

机床装配结合面的应力主要集中在紧固件的周围，通过测量邻侧面的应力可确定结合面的应力分布，需要在每个机床的每个装配结合面的邻侧面上粘贴相应的应力采集传感器。如果机床的部件Ⅰ与部件Ⅱ形状、材料以及紧固件位置相同，则应力场形状也相同，为了适应大批量生产，根据应力场形状的差异制作不同的测量薄膜，只需根据机床的部件Ⅰ与部件Ⅱ形状、材料以及紧固件位置的差异选择与其应力场形状相对应的测量薄膜即可，测量薄膜可批量生产，将测量薄膜粘贴在邻侧面的对应位置即可实时反映结合面的应力分布。

进一步地，所述应力采集传感器为应变片，所述应力采集传感器包括应变部和输出导线；所述信号汇集单元为信号插口。只需在需要测量结合面应力分布的时候将能够显示应力分布情况的外围设备与信号插口相连即可，一个外围设备可根据需要连接多个信号插口。