CN114034414A - 柔性辅助支撑结构、预紧力施加装置及预紧力判读方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了柔性辅助支撑结构、预紧力施加装置及预紧力判读方法，压缩环式柔性辅助支撑与刚性主连接结合的支撑连接方式，可以改善被支撑件的受力情况、提高其动态环境适应性；通过支撑件与被支撑件辅助支撑部位的结构设计，构成矩形或正方形截面的容腔，能较好的通过轴向套装加载将轴向预紧力转化为横向支撑力；对被支撑件的横向支撑力大小与压缩件轴向预紧力近似成正比，轴向预紧力可以根据需求通过调节垫片厚度试配进行调节；通过预紧力施加装置与柔性辅助支撑结构的配合，以及预紧力判读方法的采用能更准确的获得压缩件的预紧力，有利于对初始真实预紧力的精确掌握。

Description

柔性辅助支撑结构、预紧力施加装置及预紧力判读方法

技术领域

本发明涉及辅助支撑技术领域，尤其涉及一种柔性辅助支撑结构、预紧力施加装置及预紧力判读方法。

背景技术

在复杂装备结构设计中，对长径比较大或重要的柱状零部件，为了确保连接强度与刚度、提高产品的动态环境适应性、改善产品受力情况，多采用刚性连接或刚性主连接与柔性辅助支撑相结合的安装连接方式。其中，刚性连接根据产品的受力情况、外形结构、安装布局方式以及外部约束，可以设置一处或多处连接部位，连接部位一般具有较强的约束定位功能并能承受较大的轴向与径向载荷，一般采用安装法兰间螺栓固连或止口定位加螺栓固连的连接方式。刚性主连接与柔性辅助支撑相结合的支撑方式中，刚性主连接部位通常只有一处，作为主要的承力连接结构，具有较强的约束定位功能，一般采用止口定位加螺栓固连的连接方式；柔性辅助支撑的设计则需根据产品的受力状态、外形结构、周边空间约束以及装配方式等因素进行适应性设计。

上述传统的刚性连接结构，当连接部位只有一处时，零部件刚性连接结构的受力情况较为严酷，且在径向载荷较大时，非连接端会由于悬臂产生较大的变形与位移；当连接部位多于一处时，由于安装法兰或安装板加工误差、连接部位线膨胀系数不同等原因造成产品调节设计复杂、安装困难、安装后易超静定。上述传统的刚性主连接与辅助支撑相结合的连接结构中，辅助支撑件所提供的支撑力无法调节，且受支撑件与被支撑件尺寸与行位公差影响通常具有一定的分散性。

上述预紧力的传统经验判读方式主要基于工程经验选定装配加载过程中的某个载荷读数作为辅助支撑件的预紧力，没有考虑到主连接部位装配加载过程的端面接触至贴合过程，忽略了主连接端面局部接触到全面贴合过程对辅助支承件进一步压缩产生的预紧力增量，造成了明显的判读误差，使得所读预紧力与真实预紧力误差偏大。

因此需要研发出一种柔性辅助支撑结构、预紧力施加装置及预紧力判读方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种柔性辅助支撑结构、预紧力施加装置及预紧力判读方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

柔性辅助支撑结构，包括：

支撑件；支撑件的第一端上设置有多个通孔，对应地在被支撑件的第一端上设置有多个螺孔；支撑件内壁上向内设置有第一凸起，对应地在被支撑件的外侧壁上设置有第二凸起，第一凸起、第二凸起在支撑件的轴向重叠；

螺栓；螺栓的螺杆穿过支撑件上的通孔后旋入被支撑件上的螺孔；

压缩件；压缩件设置在第一凸起与第二凸起之间。

优选地，第一凸起、第二凸起、压缩件均形成为环形。

进一步地，第一凸起上朝向支撑件的第二端方向设置有环形台阶，压缩件放置在环形台阶上，第二凸起与环形台阶配合。

优选地，柔性辅助支撑结构还包括调节垫片，调节垫片设置在压缩件与第二凸起之间。

优选地，支撑件的第一端内侧设置有定位止口，对应地被支撑件的第一端上设置有第三凸起，第三凸起卡入定位止口设置。

柔性辅助支撑结构的预紧力施加装置，包括：

加载测力装置；加载测力装置安装在支撑件的第一端外部；

多个传力螺杆；加载测力装置的力作用端分别与多个传力螺杆连接；传力螺杆穿过支撑件上的通孔后旋入被支撑件上的螺孔；

用于测量支撑件的第一端内侧和被支撑件的第一端之间间隙的间隙测量工具；间隙测量工具设置在支撑件的第一端外侧。

具体地，预紧力施加装置还包括托架，被支撑件的第二端安装在托架上，支撑件、被支撑件均竖直设置。

柔性辅助支撑结构的预紧力判读方法，包括步骤：

将柔性辅助支撑结构和预紧力施加装置装配到位；

启动加载测力装置，将加载测力装置的加载力F通过传力螺杆传递给被支撑件；

间隙测量工具实时测量支撑件的第一端内侧与被支撑件的第一端之间的剩余间隙x；

一边加载一边读取加载力F与剩余间隙x的数据，直到能判断主连接端面明显接触为止，通过计算方法求出压缩环预紧力。

具体地，计算方法为：

F_x＝F₁+ΔF＝F₁+k₁*x₁；

其中，F_x为压缩环预紧力，F₁是剩余间隙为x₁时的加载力，k₁为在模拟真实状态下压缩至加载力F₁附近后的压缩件近似压缩刚度，ΔF为后续的预紧力增量。

剩余间隙x为被支撑件的第一端端面中心点距离支撑件第一端内侧端面的距离。

本发明的有益效果在于：

(1)压缩环式柔性辅助支撑与刚性主连接结合的支撑连接方式，可以改善被支撑件的受力情况、提高其动态环境适应性；

(2)通过支撑件与被支撑件辅助支撑部位的结构设计，构成矩形或正方形截面的容腔，能较好的通过轴向套装加载将轴向预紧力转化为横向支撑力；

(3)对被支撑件的横向支撑力大小与压缩件轴向预紧力近似成正比，轴向预紧力可以根据需求通过调节垫片厚度试配进行调节；

(4)通过预紧力施加装置与柔性辅助支撑结构的配合，以及预紧力判读方法的采用能更准确的获得压缩件的预紧力，有利于对初始真实预紧力的精确掌握。

附图说明

图1为柔性辅助支撑结构的装配预紧初始状态示意图；

图2为柔性辅助支撑结构的装配预紧结束状态示意图；

图3为本申请的压缩件的结构示意图；

图4为本申请中预紧力施加装置的结构示意图；

图5为现实装配微小偏斜状态结构示意图；

其中，1-支撑件；2-被支撑件；3-压缩件；4-调节垫片；5-托架；6-定位止口；7-螺栓；8-传力螺杆；9-加载测力装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1-3所示，柔性辅助支撑结构，包括：

支撑件1；支撑件1的第一端上设置有多个通孔，对应地在被支撑件2的第一端上设置有多个螺孔；支撑件1内壁上向内设置有第一凸起，对应地在被支撑件2的外侧壁上设置有第二凸起，第一凸起、第二凸起在支撑件1的轴向重叠；

螺栓7；螺栓7的螺杆穿过支撑件1上的通孔后旋入支撑件1上的螺孔；

压缩件3；压缩件3选用为压缩环，压缩件3设置在第一凸起与第二凸起之间。压缩件3的材料可选择三元乙丙橡胶等橡胶类软质材料，具体选择时需要考虑应用场合对老化、应力松弛等的敏感程度；压缩件3的截面形状可以根据横向支撑力大小需求与装配方便性等进行优化选型设计。

在一些实施例中，第一凸起、第二凸起均形成为环形。

在一些实施例中，第一凸起上朝向支撑件1的第二端方向设置有环形台阶，压缩件3放置在环形台阶上，第二凸起与环形台阶配合。

在一些实施例中，柔性辅助支撑结构还包括调节垫片4，调节垫片4设置在压缩件3与第二凸起之间。

在一些实施例中，支撑件1的第一端内侧设置有定位止口6，对应地被支撑件2的第一端上设置有第三凸起，第三凸起卡入定位止口6设置。

在工作时候，先将调节垫片4、压缩件3依次套装在被支撑件2上，并位于第二凸起朝向支撑件1的第一端的端部；然后将被支撑件2的第一端第三凸起放入定位止口6内，此时第一凸起也和第二凸起配合；然后将螺栓7穿过支撑件1上的通孔后旋入支撑件1上的螺孔，并不断旋紧后即可将被支撑件2的第一端端面拉向贴紧支撑件1的第一端内侧。

其中，支撑件1与被支撑件2在后端或腰部通过压缩件3进行辅助支承，压缩件3通过主连接轴向装配加载过程进行轴向压缩，同步实现径向胀紧，从而产生对被支撑件2的径向支撑力。为保证压缩件3的较好压缩，需同本申请一样通过支撑件1与被支撑件2相应部位的结构设计形成较为密闭的近似矩形或正方形空腔(设置调节垫片4来实现，调节垫片4为硬性材质制成，保证装配可行的基础上可以防止柔性辅助支撑件1被挤出轴向两端的缝隙)。

如图4所示，柔性辅助支撑结构的预紧力施加装置，包括：

加载测力装置9；加载测力装置9安装在支撑件1的第一端外部；

多个传力螺杆8；加载测力装置9的力作用端分别与多个传力螺杆8连接；传力螺杆8穿过支撑件1上的通孔后旋入被支撑件2上的螺孔；柔性辅助支撑结构中的多个螺栓7被取消掉后替换为多个传力螺杆8；

用于测量支撑件的第一端内侧和被支撑件的第一端之间间隙的间隙测量工具；间隙测量工具设置在支撑件的第一端外侧。

具体地，预紧力检测装置还包括托架5，被支撑件2的第二端安装在托架5上，支撑件1、被支撑件2均竖直设置。

柔性辅助支撑结构的预紧力判读方法，包括步骤：

将柔性辅助支撑结构和预紧力施加装置装配到位；

启动加载测力装置9，将加载测力装置9的加载力F通过传力螺杆8传递给被支撑件2；

间隙测量工具实时测量支撑件1的第一端内侧与被支撑件2的第一端之间的剩余间隙x₁；

一边加载一边读取加载力F与剩余间隙x的数据，直到能判断主连接端面明显接触为止，通过计算方法求出压缩环预紧力。

具体地，计算方法为：

F_x＝F₁+ΔF＝F₁+k₁*x₁；

其中，F_x为压缩环预紧力，F₁是剩余间隙为x₁时的加载力，k₁为在模拟真实状态下压缩至加载力F₁附近后的压缩件近似压缩刚度，ΔF为后续的预紧力增量。

剩余间隙x为被支撑件2的第一端端面中心点距离支撑件1第一端内侧端面的距离。

通过加载过程主连接端面贴合历程分析认为：主连接端面的相对位置，在装配加载过程中，一般都会出现因为轴线微小偏斜或端面微小不平行带来的“间隙→局部接触→大面积接触→全面贴合”的状态变化历程，如图5所示。据此提出的预紧力判读方法：基于装配加载过程力的突变，判断局部接触时刻，读出该时刻的载荷F₁与剩余间隙x₁(平均间隙，如图5所示)；基于压缩环压缩特性(在模拟真实状态下压缩至载荷为F₁附近后的近似压缩刚度k₁)与局部接触时刻剩余间隙x₁，计算后续的预紧力增量ΔF；最后，按以下公式计算给出主连接端面全面贴合后的压缩环预紧力：F_x＝F₁+ΔF＝F₁+k₁*x₁；

上述预紧力判读方法需要两部分工作基础：一是模拟真实状态下对压缩环进行压缩特性测试，获取相应压缩刚度数据；二是通过满足精度要求的加载测力装置9与间隙测量工具，获取加载测试过程的载荷与间隙数据，其中，间隙数据为被支撑件2主连接端面中心点距离支撑件1主连接端面的距离；刚性主连接端面贴合后的压缩环预紧力，通过调节垫片4的厚度进行调节，可通过多次试配不同厚度调节垫片4的方式获得满足设计要求的预紧力。

本申请所涉及的环式柔性辅助支撑结构预紧力可量化调节、柔性适配主连接结构、结构简单紧凑、装配方便，适用于大多数长径比较大或柱状零部件的辅助支撑设计；本申请所涉及的预紧力判读方法操作简单、实用性强，能够明显提高预紧力的判定精度，适用于需要较准确控制预紧力的柔性辅助支撑结构的预紧力判读计算。

本申请还具有如下特点：

(1)压缩环的截面形状可以根据横向支撑力大小需求与装配方便性等进行优化选型设计，压缩环的材料可选择三元乙丙橡胶等橡胶类软质材料；(2)对加载过程中主连接端面贴合历程的分析结果：“间隙→局部接触→大面积接触→全面贴合”，有利于细致深入认识加载过程中载荷与主连接端面间隙的变化规律，并据此提出更准确的预紧力判读方法。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性辅助支撑结构，其特征在于，包括：

支撑件；支撑件的第一端上设置有多个通孔，对应地在被支撑件的第一端上设置有多个螺孔；支撑件内壁上向内设置有第一凸起，对应地在被支撑件的外侧壁上设置有第二凸起，第一凸起、第二凸起在支撑件的轴向重叠；

螺栓；螺栓的螺杆穿过支撑件上的通孔后旋入支撑件上的螺孔；

压缩件；压缩件设置在第一凸起与第二凸起之间。

2.根据权利要求1所述的一种柔性辅助支撑结构，其特征在于，第一凸起、第二凸起、压缩件均形成为环形。

3.根据权利要求2所述的一种柔性辅助支撑结构，其特征在于，第一凸起上朝向支撑件的第二端方向设置有环形台阶，压缩件放置在环形台阶上，第二凸起与环形台阶配合。

4.根据权利要求3所述的一种柔性辅助支撑结构，其特征在于，柔性辅助支撑结构还包括调节垫片，调节垫片设置在压缩件与第二凸起之间。

5.根据权利要求1所述的一种柔性辅助支撑结构，其特征在于，支撑件的第一端内侧设置有定位止口，对应地被支撑件的第一端上设置有第三凸起，第三凸起卡入定位止口设置。

6.柔性辅助支撑结构的预紧力施加装置，其特征在于，包括：

加载测力装置；加载测力装置安装在支撑件的第一端外部；

多个传力螺杆；加载测力装置的力作用端分别与多个传力螺杆连接；传力螺杆穿过支撑件上的通孔后旋入被支撑件上的螺孔；

用于测量支撑件的第一端内侧和被支撑件的第一端之间间隙的间隙测量工具；间隙测量工具设置在支撑件的第一端外侧。

7.根据权利要求6所述的预紧力施加装置，其特征在于，预紧力施加装置还包括托架，被支撑件的第二端安装在托架上，支撑件、被支撑件均竖直设置。

8.柔性辅助支撑结构的预紧力判读方法，其特征在于，包括步骤：

将柔性辅助支撑结构和预紧力施加装置装配到位；

启动加载测力装置，将加载测力装置的加载力F通过传力螺杆传递给被支撑件；

间隙测量工具实时测量支撑件的第一端内侧与被支撑件的第一端之间的剩余间隙x；

一边加载一边读取加载力F与剩余间隙x的数据，直到能判断主连接端面明显贴合为止，通过计算方法求出压缩环预紧力。

9.根据权利要求8所述的预紧力判读方法，其特征在于，计算方法为：

F_x＝F₁+ΔF＝F₁+k₁*x₁；

其中，F_x为压缩环预紧力，F₁是剩余间隙为x₁时的加载力，k₁为在模拟真实状态下压缩至加载力F₁附近后的压缩件近似压缩刚度，ΔF为后续的预紧力增量。

10.根据权利要求8或9任一项所述的预紧力判读方法，其特征在于，剩余间隙x为被支撑件的第一端端面中心点距离支撑件第一端内侧端面的距离。

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