一种带防松垫圈的螺栓连接结构及其建模方法技术

本发明专利技术公开了一种带防松垫圈的螺栓连接结构及其建模方法，包括长悬臂梁、短悬臂梁、连接螺栓和防松垫圈，所述长悬臂梁的一端开设有第一固定孔，长悬臂梁的另一端开设有第一螺栓孔，所述短悬臂梁的一端开设有第二固定孔，短悬臂梁的另一端开设有第二螺栓孔，所述防松垫圈包括上垫圈和下垫圈，上垫圈和下垫圈的中心均开设有通孔。本发明专利技术提出的带防松垫圈的螺栓连接结构及其建模方法，第一卡合面和第二卡合面表面设有楔形自锁结构，第一卡合面和第二卡合面啮合连接，防止打滑，连接牢固，为了简化结构较复杂的防松垫圈，根据薄层单元法，将第一接触面和第二接触面用近似薄层进行等效替代。

A Bolted Connection Structure with Anti-loosening Washer and Its Modeling Method

【技术实现步骤摘要】
一种带防松垫圈的螺栓连接结构及其建模方法
本专利技术涉及螺栓装配
，特别涉及一种带防松垫圈的螺栓连接结构及其建模方法。
技术介绍
螺栓连接因其具有结构简单、标准统一、便于装配和检修及连接安全可靠等诸多优点，在机械与汽车、航空航天和电力能源等各种领域有着极为广泛的应用。同时，由于螺栓自身的联接形式，又使它成为了整个结构中非线性因素的最主要来源。螺栓连接性能会影响结构整体动态性能，而影响螺栓连接性能的因素主要包括螺栓预紧力、接触面表面形貌以及螺栓装配个数和装配工艺，为了探究以上因素对螺栓动力学的影响，许多学者都通过研究螺栓结合面的模态参数(刚度、阻尼和固有频率)来研究螺栓连接特性，并通过这些特性来预示螺栓连接结构的动力学响应和系统能量耗散。现有通过建立两连接件的螺栓连接结构的方法，探究螺栓预紧力对该结构的动态特性(固有频率)的影响，只考虑了接触面均为平面的情况，并未将特殊接触面作为研究对象。
技术实现思路
专利技术的目的在于提供一种带防松垫圈的螺栓连接结构及其建模方法，可以简化防松垫圈结构，方便了建模及分析，过有限元仿真探究了螺栓预紧力对带防松垫圈的螺栓连接结构的动态特性(固有频率)的影响，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种带防松垫圈的螺栓连接结构，包括长悬臂梁、短悬臂梁、连接螺栓和防松垫圈，所述长悬臂梁的一端开设有第一固定孔，长悬臂梁的另一端开设有第一螺栓孔，所述短悬臂梁的一端开设有第二固定孔，短悬臂梁的另一端开设有第二螺栓孔，所述防松垫圈包括上垫圈和下垫圈，上垫圈和下垫圈的中心均开设有通孔，上垫圈和下垫圈相邻的一侧分别连接有第一卡合面和第二卡合面，上垫圈和下垫圈相背的一侧分别设有第一接触面和第二接触面，第一接触面与长悬臂梁靠近第一螺栓孔的一端相接，第二接触面与短悬臂梁靠近第二螺栓孔的一端相接，所述连接螺栓依次贯穿第二螺栓孔、通孔和第一固定孔，且连接螺栓的上端通过螺母啮合。优选的，所述第一接触面和第二接触面均为非平面结构。优选的，所述第一螺栓孔和第二螺栓孔均与连接螺栓啮合。优选的，所述第一卡合面和第二卡合面表面设有楔形自锁结构，第一卡合面和第二卡合面啮合。优选的，所述连接螺栓为M8螺杆。本专利技术提供另一种技术方案为：一种带防松垫圈的螺栓连接结构的建模方法，包括如下步骤：S1：建立实体：用三维建模软件SolidWorks建立悬臂梁式螺栓结构三维模型；S2：定义实体材料：分别为长悬臂梁、短悬臂梁、连接螺栓和防松垫圈进行实体定义，长悬臂梁、短悬臂梁和防松垫圈的材料属性按照45号钢来处理，密度为7850kg/m3，弹性模量为210Gpa，泊松比为0.3，实体单元采用C3D8R单元；S3：定义装配关系：将第一接触面和第二接触面用近似薄层进行等效替代，将之前所述结构中的实际防松垫圈结构用等效后的薄层加防松垫圈的结构进行等效替代；S4：设置分析步与输出变量：改变连接螺栓载荷大小，输出弯曲模态的固有频率；S5：定义接触类型：设置各接触面之间的接触，摩擦系数取0.15；S6：设置边界条件及载荷：将长悬臂梁末端的所有自由度进行约束，在螺杆的某一截面上施加螺栓载荷，采用线性摄动，频率分析步求解；S7：划分网格：建立坐标轴，Y轴为固有频率，单位Hz，X轴为预紧力，单位N；S8：提交及监控模型：提取不同预紧力下结构的前六阶弯曲模态的固有频率；S9：查看输出，分析结果：随薄层弹性模量的增加，结构对应的固有频率呈递增趋势。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的带防松垫圈的螺栓连接结构及其建模方法，防松垫圈包括上垫圈和下垫圈，第一卡合面和第二卡合面表面设有楔形自锁结构，第一卡合面和第二卡合面啮合连接，防止打滑，连接牢固，为了简化结构较复杂的防松垫圈，根据薄层单元法，将第一接触面和第二接触面用近似薄层进行等效替代，通过改变薄层的弹性模量，仿真提取结构在不同预紧力的前六阶弯曲模态的固有频率，可以将复杂的防松垫圈结构进行简化，方便了建模与分析，也为带齿防松垫圈与悬臂梁之间的这样的特殊接触面的建模提供了一种可行方法。附图说明图1为本专利技术的整体结构图；图2为本专利技术的防松垫圈安装结构图；图3为本专利技术的防松垫圈爆炸图；图4为本专利技术的薄层连接结构图；图5为本专利技术的薄层连接侧视图；图6为本专利技术的建模流程图；图7为本专利技术的二阶数据表；图8为本专利技术的三阶数据表；图9为本专利技术的四阶数据表；图10为本专利技术的五阶数据表。图中：1、长悬臂梁；11、第一固定孔；12、第一螺栓孔；2、短悬臂梁；21、第二固定孔；22、第二螺栓孔；3、连接螺栓；4、防松垫圈；41、上垫圈；411、通孔；412、第一卡合面；413、第一接触面；42、下垫圈；421、第二卡合面；422、第二接触面；5、薄层。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-10，一种带防松垫圈的螺栓连接结构，包括长悬臂梁1、短悬臂梁2、连接螺栓3和防松垫圈4，长悬臂梁1的一端开设有第一固定孔11，长悬臂梁1的另一端开设有第一螺栓孔12，短悬臂梁2的一端开设有第二固定孔21，短悬臂梁2的另一端开设有第二螺栓孔22，第一固定孔11和第二固定孔21分别用于安装长悬臂梁1和短悬臂梁2，第一螺栓孔12和第二螺栓孔22用于连接长悬臂梁1和短悬臂梁2，防松垫圈4包括上垫圈41和下垫圈42，上垫圈41和下垫圈42的中心均开设有通孔411，通孔411用于安装连接螺栓3，上垫圈41和下垫圈42相邻的一侧分别连接有第一卡合面412和第二卡合面421，第一卡合面412和第二卡合面421表面设有楔形自锁结构，第一卡合面412和第二卡合面421啮合连接，防止打滑松动，连接紧密，上垫圈41和下垫圈42相背的一侧分别设有第一接触面413和第二接触面422，第一接触面413和第二接触面422均为非平面结构，第一接触面413和第二接触面422为建模研究的研究对象，第一接触面413与长悬臂梁1靠近第一螺栓孔12的一端相接，第二接触面422与短悬臂梁2靠近第二螺栓孔22的一端相接，连接螺栓3为M8螺杆，建模研究数据数据建立在该M8螺杆的前提下，连接螺栓3依次贯穿第二螺栓孔22、通孔411和第一固定孔11，且连接螺栓3的上端通过螺母啮合，第一螺栓孔12和第二螺栓孔22均与第一螺栓孔12和第二螺栓孔22相匹配，第一螺栓孔12和第二螺栓孔22均与连接螺栓3啮合连接。为了更好的展示带防松垫圈的螺栓连接结构的建模方法，本实施例提供一种带防松垫圈的螺栓连接结构的建模方法，包括如下步骤：步骤一：建立实体：用三维建模软件SolidWorks建立悬臂梁式螺栓结构三维模型；步骤二：定义实体材料：分别为长悬臂梁1、短悬臂梁2、连接螺栓3和防松垫圈4进行实体定义，长悬臂梁1、短悬臂梁2和防松垫圈4的材料属性按照45号钢来处理，密度为7850kg/m3，弹性模量为210Gpa，泊松比为0.3，实体单元采用C3D8R单元，连接螺栓3为M8螺杆；步骤三：定义装配关系：为了简化结构较复杂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带防松垫圈的螺栓连接结构，包括长悬臂梁(1)、短悬臂梁(2)、连接螺栓(3)和防松垫圈(4)，其特征在于：所述长悬臂梁(1)的一端开设有第一固定孔(11)，长悬臂梁(1)的另一端开设有第一螺栓孔(12)，所述短悬臂梁(2)的一端开设有第二固定孔(21)，短悬臂梁(2)的另一端开设有第二螺栓孔(22)，所述防松垫圈(4)包括上垫圈(41)和下垫圈(42)，上垫圈(41)和下垫圈(42)的中心均开设有通孔(411)，上垫圈(41)和下垫圈(42)相邻的一侧分别连接有第一卡合面(412)和第二卡合面(421)，上垫圈(41)和下垫圈(42)相背的一侧分别设有第一接触面(413)和第二接触面(422)，第一接触面(413)与长悬臂梁(1)靠近第一螺栓孔(12)的一端相接，第二接触面(422)与短悬臂梁(2)靠近第二螺栓孔(22)的一端相接，所述连接螺栓(3)依次贯穿第二螺栓孔(22)、通孔(411)和第一固定孔(11)，且连接螺栓(3)的上端通过螺母啮合。

【技术特征摘要】
1.一种带防松垫圈的螺栓连接结构，包括长悬臂梁(1)、短悬臂梁(2)、连接螺栓(3)和防松垫圈(4)，其特征在于：所述长悬臂梁(1)的一端开设有第一固定孔(11)，长悬臂梁(1)的另一端开设有第一螺栓孔(12)，所述短悬臂梁(2)的一端开设有第二固定孔(21)，短悬臂梁(2)的另一端开设有第二螺栓孔(22)，所述防松垫圈(4)包括上垫圈(41)和下垫圈(42)，上垫圈(41)和下垫圈(42)的中心均开设有通孔(411)，上垫圈(41)和下垫圈(42)相邻的一侧分别连接有第一卡合面(412)和第二卡合面(421)，上垫圈(41)和下垫圈(42)相背的一侧分别设有第一接触面(413)和第二接触面(422)，第一接触面(413)与长悬臂梁(1)靠近第一螺栓孔(12)的一端相接，第二接触面(422)与短悬臂梁(2)靠近第二螺栓孔(22)的一端相接，所述连接螺栓(3)依次贯穿第二螺栓孔(22)、通孔(411)和第一固定孔(11)，且连接螺栓(3)的上端通过螺母啮合。2.根据权利要求1所述的一种带防松垫圈的螺栓连接结构，其特征在于：所述第一接触面(413)和第二接触面(422)均为非平面结构。3.根据权利要求1所述的一种带防松垫圈的螺栓连接结构，其特征在于：所述第一螺栓孔(12)和第二螺栓孔(22)均与连接螺栓(3)啮合。4.根据权利要求1所述的一种带防松垫圈的螺栓连接结构，其特征在于：所述第一卡合面(412)和第二卡合面(421)表面设有楔形自锁结构，第一卡合面...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙屹博，赵广，马永明，吴国雄，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21