本發(fā)明涉及測試裝備技術領域，尤其是一種機械設備接觸面張開位移測量裝置及其測量方法。

背景技術：

在工程實踐中，很多機械設備在服役過程中由于受到內壓力、機械拉伸或者振動等原因，會使某些部件之間的接觸面出現松動張開，從而影響設備使用性能，嚴重時會導致設備失效并發(fā)生工程事故。因此，在設備交付時或者使用過程中，對處于工作狀態(tài)的關鍵部位相鄰部件之間的接觸面張開位移進行準確測量十分必要，是保證設備合格并能夠安全有效使用的重要指標。

目前，對機械設備接觸面張開位移分析主要是采用有限元分析軟件在確定使用工況下進行數值模擬計算。

技術實現要素：

本申請人針對上述現有生產技術中的缺點，提供一種機械設備接觸面張開位移測量裝置及其測量方法，從而可以在機械設備工作狀態(tài)對相鄰部件接觸面張開位移進行測量，能夠對數值計算結果進行驗證，大大提高了使用靈活性和可靠性。

本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種機械設備接觸面張開位移測量裝置，包括相鄰設置的待測的機械設備部件甲和機械設備部件乙，所述機械設備部件甲和機械設備部件乙的接觸面上分別安裝有磁力座，兩個磁力座的頂部通過螺釘固定有u形彈簧片，所述u形彈簧片的橫梁中部安裝電阻應變片，所述電阻應變片通過應變片信號線連接應變儀。

作為上述技術方案的進一步改進：

所述u形彈簧片底部向外延伸有折角，所述折角處通過螺釘固定在磁力座上；

所述u形彈簧片橫梁中部上下面粘貼電阻應變片；

所述u形彈簧片的材料為65mn。

一種機械設備接觸面張開位移測量裝置的測量方法，包括如下步驟：

第一步：首先將磁力座置于機械設備相鄰部件接觸面的兩側；

第二步：在u形彈簧片橫梁中間位置上下表面粘貼沿長度方向的電阻應變片，并使用硅膠進行密封；

第三步：使用螺釘將u形彈簧片兩端固定在磁力座上；

第四步：將u形彈簧片上的應變片通過應變片信號線連接至應變儀；

第五步：在機械設備工作狀態(tài)下，通過應變儀測量到u形彈簧片橫梁中點上下表面的應變值；

第六步：通過公式計算密封面張開位移量。

作為上述技術方案的進一步改進：

u形彈簧片的高為l，寬度為b，厚度為h；當接觸面張開位移為y時，磁力座帶動u形彈簧片的a、d兩端分別張開y/2，彈簧鋼橫梁bc段應力狀態(tài)為拉伸與彎曲組合；由于彈簧鋼的對稱性，取右半部分abe段分析，

將ab段簡化為b端固支的懸臂梁，在a端有y/2的張開位移。根據材料力學可以得到a端由于張開位移而橫梁具有的水平拉力p為：

其中為彈簧片截面慣性矩。

橫梁be段的彎矩是恒定值，為：

橫梁中點e上下表面彎曲應力為：

其中為抗彎截面模量。

橫梁中點e上下表面的應變?yōu)椋?/p>

因此接觸面的張開位移為：

借助通過在u形彈簧片橫梁中間位置上下表面粘貼應變片，借助應變儀可以測得相應的應變值ε，從而得到機械設備接觸面的張開位移y。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明結構緊湊、合理，操作方便，通過采用材料為65mn彈簧鋼片，結合磁力座和電阻應變片構成本發(fā)明的主體。具有結構輕巧，安裝簡單方便，可以有效的測量機械設備接觸面張開位移，對應變片進行有效密封處理后可以在水環(huán)境中使用。

本發(fā)明可以在機械設備工作狀態(tài)對相鄰部件接觸面張開位移進行測量，對數值計算值進行驗證。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明u形彈簧片的結構示意圖。

圖3為本發(fā)明u形彈簧片隨接觸面發(fā)生位移圖。

圖4為本發(fā)明u形彈簧片右半部分分析圖。

其中：1、磁力座；2、螺釘；3、u形彈簧片；4、電阻應變片；5、應變片信號線；6、應變儀；7、機械設備部件甲；8、機械設備部件乙。

具體實施方式

下面結合附圖，說明本發(fā)明的具體實施方式。

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實施例的機械設備接觸面張開位移測量裝置，包括相鄰設置的待測的機械設備部件甲7和機械設備部件乙8，機械設備部件甲7和機械設備部件乙8的接觸面上分別安裝有磁力座1，兩個磁力座1的頂部通過螺釘2固定有u形彈簧片3，u形彈簧片3的橫梁中部安裝電阻應變片4，電阻應變片4通過應變片信號線5連接應變儀6。

u形彈簧片3底部向外延伸有折角，折角處通過螺釘2固定在磁力座1上。

u形彈簧片3橫梁中部上下面粘貼電阻應變片4。

u形彈簧片3的材料為65mn。

本實施例的機械設備接觸面張開位移測量裝置的測量方法，包括如下步驟：

第一步：首先將磁力座1置于機械設備相鄰部件接觸面的兩側；

第二步：在u形彈簧片3橫梁中間位置上下表面粘貼沿長度方向的電阻應變片4，并使用硅膠進行密封；

第三步：使用螺釘2將u形彈簧片3兩端固定在磁力座1上；

第四步：將u形彈簧片3上的應變片信號線5連接至應變儀6；

第五步：在機械設備工作狀態(tài)下，通過應變儀測量到u形彈簧片橫梁中點上下表面的應變值；

第六步：通過公式計算密封面張開位移量。

u形彈簧片3的高為l，寬度為b，厚度為h；當接觸面張開位移為y時，磁力座1帶動u形彈簧片3的a、d兩端分別張開y/2，彈簧鋼橫梁bc段應力狀態(tài)為拉伸與彎曲組合；由于彈簧鋼的對稱性，取右半部分abe段分析，

將ab段簡化為b端固支的懸臂梁，在a端有y/2的張開位移。

根據材料力學可以得到a端由于張開位移而橫梁具有的水平拉力p為：

其中為彈簧片截面慣性矩。

橫梁be段的彎矩是恒定值，為：

橫梁中點e上下表面彎曲應力為：

其中為抗彎截面模量。

橫梁中點e上下表面的應變?yōu)椋?/p>

因此接觸面的張開位移為：

借助通過在u形彈簧片橫梁中間位置上下表面粘貼應變片，借助應變儀可以測得相應的應變值ε，從而得到機械設備接觸面的張開位移y。

從上述發(fā)明原理可以知道張開位移y與應變值ε是線性關系，可以通過給定不同的張開量y來比較u形彈簧片橫梁中間位置的應變值ε進行驗證本發(fā)明的測量準確性。假設h＝1mm，b＝20mm，l＝150mm，通過有限元軟件ansys進行數值模擬，對比結果如下表：

通過上述方法即可方便的得到機械設備使用過程中對相鄰部件接觸面張開位移的測量，使用方便，測量計算簡單。

以上描述是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權利要求，在本發(fā)明的保護范圍之內，可以作任何形式的修改。