摘 要

紧固件是用作紧固连接用的一类机械零件，使用在各种机械设备、车辆、船舶、仪表上，应用范围广泛。因此，为了保证相关整机产品的长期稳定地使用，紧固件横向振动试验台的研究与设计变得尤为重要，通过试验检测，检测员就可以直观的观察数据，进而分析紧固件的防松性能指标，选取性能较好的紧固件。

本文根据横向振动试验台对螺纹紧固件防松性能测试的需求，分析了螺纹紧固件的松脱机理，明确认识了试验台主要组成部分，在此基础上，对试验台的数据采集系统进行测量硬件的选择和连接，以及测量系统的设计。

测量系统选用编程软件LabVIEW作为开发平台，对测试系统预期功能进行模块化设计，包括登录界面模块，数据实时采集及存储模块、信号处理模块、数据库调用及存储模块。

关键词：螺纹紧固件，振动试验台，LabVIEW，测试系统

Abstract

Fasteners are used as a type of mechanical parts for fastening connections. They are used in a wide range of machinery, vehicles, ships, and meters.Therefore, in order to ensure the long-term and stable use of the related complete products, the research and design of the horizontal VIbration tester for fasteners becomes more important. Through the test, the inspector can intuitively observe the data, and then analyze the fasteners against Loose performance indicators, select better performance fasteners.

In this paper, according to the requirements of the lateral VIbration test bench to test the loosening performance of threaded fasteners, the loosening mechanism of the threaded fasteners is analyzed, and the main components of the test bench are clearly understood. Based on this, the data acquisition of the test bench is performed. The system performs measurement hardware selection and connection, as well as the design of the measurement system.

The measurement system uses the programming software LabVIEW as a development platform to modularize the expected functions of the test system, including login interface module, real-time data acquisition and storage module, signal processing module, database call and storage module.

Keywords: Threaded Fasteners, Vibration Test Stands, LabVIEW, Test Systems

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 国内外相关研究现状 2

1.3 LabVIEW开发环境概述 3

第2章 紧固件振动试验台方案设计 5

2.1紧固件振动试验台组成 5

2.2螺纹紧固件受力分析 6

2.2.1矩形螺纹紧固件受力分析 6

2.2.2非矩形螺纹紧固件受力分析 7

2-3测试方案设计 8

第3章 数据库的调用及登录界面的设计 9

3.1SQL数据库创建 9

3.1.1SQL server概述 9

3.1.2 SQL server参数设置及数据表创建 9

3.2ODBC数据源连接 11

3.2.1ODBC数据源概述 11

3.2.2创建数据源链接 11

3.2.3数据库链接测试 12

3.3用户登录界面设计 14

3.3.1登录前面板设计 14

3.3.2登录界面程序框图设计 15

第4章 项目的创建 20

4.1项目主要功能创建 20

4.2“变频调试”功能创建 21

4.3“采集测试”功能创建 23

4.4“报表打印”功能创建 27

4.5“历史查询”功能创建 29

4.6“退出系统”功能创建 30

4.7本章小结 31

第5章 总结与展望 32

致 谢 33

参考文献 34

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

紧固件是作紧固连接用的一类机械零件，应用范围极为广泛。在各种仪器、仪表、机械、设备、车辆、船舶、和生活生产用品等，都可以看到各式各样的紧固件^[3]。它的特点是性能用途各异，品种规格繁多而且多使用国家标准、多系列、通用程度高。紧固件是应用最广泛的机械基础件。标准紧固件在国内需求总量中起到主导作用，主要可以分为内螺纹、外螺纹和非螺纹等，其中外螺纹紧固件使用最为广泛且为所占份额最大的标准紧固件^[6]。

紧固件在连接过程中的松动很大程度上是由横向载荷引起，螺纹连接在工作状态下可能受到所有类别的变动载荷，尤其是较为激烈的振动和冲击载荷，在变动载荷的作用下，螺纹连接的失效很大程度上是由其自身的松动和疲劳破坏所引起的^[9]。螺纹的失效会直接干扰产品和设备的正常运转，造成时间上和经济上的损失。研制设计和选择使用螺纹紧固件时应考虑螺纹连接的松动问题。在静载荷和温度变化不大的情况下，联接所用的部分非矩形螺纹都有自锁性，但在冲击、震动和较大变载荷的作用，温度有较大差异的情况下，联接有可能松动，严重者甚至松脱，严重影响机器正常工作，造成安全隐患和经济损失，所以在设计和使用螺栓联接时必须考虑螺纹连接的防松。施加预紧力可以提高螺栓连接的可靠性、防松能力和螺栓的疲劳强度，增强连接的紧密性和刚性。依据试验和使用经验：较大的预紧力对被连接的寿命和连接的可靠性都是有益的，尤其是对有密封要求的连接，施加较大的预紧力更为必要。此外，过高的预紧力，例如超出载荷或者操作不当，也常会导致连接的失效，继而导致相应机械设备的使用失效。因此，精确的获取螺栓的预紧力是非常重要的，这决定了螺纹连接的成功与否。而传统螺纹的检测方法为人工检测，工作量大且工作效率较低，易受人为因素的干扰影响，在人工接触式检测之中，螺纹量规因经常使用磨损而影响精度，此外，还有一些工作场合不适用于人工检测。螺纹联接防松的实质问题主要在于防止螺纹副拧紧后的反向相对运动。防松的方法按工作原理不同有以下三大类：一：附加摩擦力防松，如使用弹簧垫圈；二：直接锁住防松，如开口销、串联金属丝的使用；三：破坏螺纹副关系防松，例如焊接或冲点^[1]。

因此，为了保证相关整机产品的长期稳定地使用，紧固件横向振动试验台的研究与设计也因此变得尤为重要，通过试验检测，检测员就可以直观的观察数据，进而分析紧固件的防松性能指标，选取性能较好的紧固件。

1.2 国内外相关研究现状

紧固件连接自身的松动和疲劳破坏引起的松动问题是连接失效的一般形式，对于紧固件松动，其实质问题在于防止螺纹副拧紧后的反向相对转动。现今各国在结构上如串连钢丝、止动垫圈冲点、焊接等永久性防松；在原理上采用增大摩擦力的防松或者结构上自锁等方式，如串联金属丝使一组螺钉头部互相制约，拧紧后焊死等。但是从长期使用的安全方面来讲，应该测试螺纹紧固件使用时的具体数据，以方便选择正确的螺纹紧固件。在国内外，有很多学者做出相应的研究报告。

目前国内，在横向振动试验台进行紧固件质量检测主要采用GB/T 10431-2008紧固件横向振动试验方法中相关规定作为依据，主要依据负荷传感器所反馈夹紧力的实时变化来确定紧固件的防松性能。紧固件在检测过程中夹紧力随时间的推移，其夹紧力变化的幅度越小，测试时间就随之越久，紧固件的防松性能就越好，反之，夹紧力变化的幅度越大，测试时间就随之越短，紧固件的防松性能就越差。

在紧固件振动试验台控制方面，阎菲、高安生对振动试验台电液伺服全数字控制系统进行了工程设计，控制系统中上位机为PC微机，下位机为单片机，采用串行总线对上位机和下位机进行连接，完成上下位机间的通讯，将振动频率、振动波形、振幅、试验结束条件等信息传输到下位机中，并在系统控制中采用负载变化补偿，依据结构不变原理进行计算，得出补偿器的传递函数，对控制系统中的负载和外干扰进行补偿，减小试验误差，以此实现数据交换、采集及导出等一系列功能。试验过程中测试系统采用过程变量，可以实时监测所采集的数据，继而进行报警或储存等一系列反应，对于所储存的数据在计算机中绘制图形，便于观察。振动试验台控制系统框图如图1-3所示^[14]。

图1-1电液伺服振动试验台控制系统框图

1.3 LabVIEW开发环境概述

LabVIEW（Laboratory VIrtual Instrument Engineering Workbench）是由美国国家仪器（NI）公司研制开发的一种程序开发环境，类似于C语言和BASIC语言开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言有着明显区别：LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，即产生的程序是程序框图的形式，显示效果更为明显简要，而其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码^[20]。 NI设计平台的核心是LabVIEW软件的开发与维护，在工业上，LabVIEW软件是开发测量或控制系统的理想选择。工业应用中工程师和科学家快速构建各种应用所需的所有工具都包含在LabVIEW开发环境内，这对帮助广大工程师和科学家解决实际生产问题、提高制造业生产力起着无可替代的作用。

LabVIEW作为一种图形化编程语言，图标代替了文本行创建应用程序的使得效率大大提升。相比于传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序来决定程序执行顺序，LabVIEW运行程序则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI，子VI，函数以及调用外部工具的执行顺序^[23]。VI即虚拟仪器，表示着LabVIEW 的程序模块。

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