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，现今各国学者已经进行了各方面的研究探讨，提出了各式各样在结构及原理上不同的防松形式，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30°楔形防松螺母、HARD LOCK防松螺母等。但紧固件防松性能的优劣需要一个特定的测试平台进行检测，因此就突出了紧固件振动试验台在紧固件防松性能测试中的重要性。

在国外，20世纪60年代就有学者指出，紧固件松脱的主要原因是往复式横向振动，根据紧固件的松动原因，德国的格哈特琼克尔成功加工出一台名为琼克尔式振动试验机，其主要作用是用于专门分析紧固件的自锁性能，主要结构如图1-1所示。

图1-1 琼克尔振动试验机

试验机使用电动机提供动力，通过传动装置带动偏心轮，偏心轮通过连接板带动上托板和下托板做微量的相对运动，产生周期性横向载荷，紧固件按照图示安装并具备一定的夹紧力，从而把上下托板连接到一起，上下托板把往复的圆周运动转化为上下托板的相对的周期性横向运动，在短时间能够迫使紧固件产生松动。该试验机采取80%以上的夹紧力损失作为紧固件连接失效的标准，测力传感器能够迅速的采集到紧固件上的实时夹紧力，判断紧固件的松动情况，同时传感器所采集到数据能及时的显示和储存下来。

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。

参照2009年1月1日我国实施的GB/T10431-2008紧固件横向振动试验方法中所提供的试验机的参考模型，对紧固件横向振动试验台机械结构部分进行了描述，试验机参考模型如图1-2所示。试验机结构主要由驱动电机、曲柄摇杆机构、主机架、偏心量调节装置、滑轨支架、滑动平台、横向力测量传感器、轴向力测量传感器以及与之各螺纹规格的螺栓所对应的夹具和螺母夹具等，其它的还包括变频器、电器拖动系统以及测试控制软件等。

图1-2 GB/T 10431-2008试验机参考模型

该试验机是驱动电机提供动力源，通过变频控制器调节转速，动力通过多锲带传送至偏心轮，偏心轮持续转动产生一个周期性的偏心量并带动连杆，连杆在水平方向做周期性横向振动，横向力测量装置就能采集到紧固件横向力的变化情况。连杆带动连接板以及滑动平台一系列的试验装置，在滑动平台产生横向位移的作用下，紧固件的夹紧力发生变化，夹紧力测量负荷传感器就能采集到夹紧力的变化情况以及位移传感器就能测量紧固件在试验当中的横向振幅。当夹紧力达到预定的截止比或丧失时，试验台停止工作；测量控制软件通过三个传感器所采集到的数据经过分析处理绘制成相对应的曲线，依据数据库所储存的数据以及所显示预紧力的残余比就可以判断紧固件的防松性能。

从螺纹紧固件诞生开始，为解决紧固件的松脱问题，紧固件横向振动试验台的研制一直不断在革新，包括电磁式和液压式振动试验台，现今试验台的技术已经趋于成熟并广泛投入生产应用。

在紧固件振动试验台控制方面，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。

图1-3 电液伺服振动试验台控制系统框图

李张银论述了新型螺栓紧固试验系统的设计研究，研究的主要目的是依据紧固件的不同装配工艺，选择确定合适的拧紧方式，主要包括螺栓紧固件的夹紧力、扭矩和转角，根据采集的数据信号，确定三者之间的关系，从而改善螺栓紧固件的装配工艺。该文测试系统主要实现对螺栓紧固件拧紧的自动控制以及对试验机的精度等各方面的验证。该测试系统应用PLC控制器进行设计，扭矩传感器和轴向力传感器对扭矩和轴向力进行测量，并选用伺服控制器和触摸显示器的人机交互界面。其测试系统控制框图如图1-4所示。

基本内容及目标：

（1）深入分析紧固件横向振动试验台的工况、试验台振动原理、紧固件松脱机理，在此基础上进行振动试验台的运动学分析，并确定振动试验台的总体设计方案、机械结构的优化设计。

（2）依据GB/T10431-2008中相关规定，确定紧固件横向振动试验台测试系统的硬件总体设计方案，包括整个试验台电动机的选择、变频器的选择、数据采集卡的选择、试验台所用传感器的设计等。

（3）运用计算机辅助软件LabVIEW对测试系统进行设计研发，通过数据采集卡对各个传感器所生成的信号进行采集、分析和显示，包括采样原理、采样频率、数据采集及信号处理等。

（4）紧固件横向振动试验台数据库的开发与管理。利用数据库软件SQL Server 2005建立紧固件测试数据的管理系统，对试验测试数据实现储存及查询等功能。

拟采用技术方案：

依据GB/T 10431-2008中的横向振动试验方法中相关规定，借鉴国内外设备的研究发展，以及单自由度线性系统的谐波振动和螺纹紧固件的力学性能分析，本文设计开发振动试验台具有以下特点：横向振幅和振动频率可以快速精确的调节、试验紧固件装拆方式合理方便、试验采集的数据采用数据库管理模式并且可以以曲线的形式实时显示、便于加工制造及操作。

综上，本文所研究的紧固件横向振动试验台的总体设计方案具体可以分为：

（1）采用三相异步电动机提供动力，通过变频器调节电动机转速，从而精确地调整振动频率，以及采取螺旋测微器放大的原理调整横向振幅。

（2）紧固件夹具是在GB/T 10431-2008中所列举的夹具上进一步优化，方便试验工装。

（3）通过力矩扳手对试件进行加载，力矩扳手上显示的数据与数据采集卡采集的数据相对比，确定达到额定夹紧力。

（4）测试系统采用传感器（横向力传感器、预紧力传感器和位移传感器）对横向力、夹紧力和振动振幅进行采集。

（5）测试系统通过LabVIEW对所要求的相应功能进行开发，利用SQL Server 2005数据库实现对所采集的横向力、预紧力和振幅等测试数据进行储存、调用，通过数据库管理可以对紧固件质量进行质量跟踪以及不同批次的紧固件的数据对比。

其设计方案流程如图2-1所示。

图2-1 试验台设计方案框图

测试系统总体方案设计:

本文研究的测试系统主要针对螺纹紧固件防松性能的检测，采用软件与硬件结合的测试系统，对螺纹紧固件受到的横向力、横向位移以及预紧力进行测试，其设计要求和功能为：

（1）系统可以实现对M5~M24的螺纹紧固件进行试验测试，包含空载特性、振动持续时间、振动频率和预紧力松脱比。

（2）通过数据采集卡采集横向力、夹紧力和横向位移，并对采集到的信号进行分析处理及保存，并生成试验报表。

（3）创建简洁美观的人机交互界面，试验数据以报表形式反应试验数据变化。

由螺纹紧固件试验所需功能对试验总体方案进行设计，并确定合适的硬件。图2-2为测试系统总体方案框图，硬件平台主要由电动机、数据采集卡和三个传感器构成，传感器采集横向力、夹紧力和横向位移，通过数据采集卡将采集信号传输给上位机，软件由LabVIEW和驱动程序组成，运用软件的数据处理能力，将采集的试验数据进行分析处理并在PC中显示，生成试验报表。

图2-2 测试系统总体设计框图

测试系统的软件工作流程首先要打开测试系统启动控件，进行身份认证之后进入测试系统，其次设置频率控制电动机转速、振动时间及夹紧力松脱比，启动测试后，测试系统利用数据采集卡对信号进行采集，软件对信号进行分析，通过测试界面实时显示并保存到数据库中。

如图2-3所示为螺纹紧固件防松试验测试系统模块图，测试系统的硬件由信号采集模块、电动机驱动模块及信号处理器模块三个部分；信号采集模块由两个压力传感器、一个位移传感器和一个数据采集卡组成，采集到的数据经数据采集卡传输到PC中；电动机驱动模块由电动机、变频器组成；信号处理器模块主要是PC中软件部分对信号的处理，并提供打印装置生成报表。

图2-3 测试系统功能模块图

数据采集模块设计:

数据采集（Data acquisition，简称DAQ）是测试系统的核心，是通过相关设备从被测设备中自动采集所需信号的一种方法，采集的信号继而在测试系统中进行相应的分析处理，呈现出相应的测试结果。

数据库管理设计:

数据库管理设计可以提供以往数据的高效管理以及查询等功用，为紧固件的质量追踪奠定基础。本文数据库管理设计是基于SQL Server 2005及LabVIEW专门链接数据库的工具包DatabaseConnectivity，其中SQL Server 2005为功能十分全面的关系型数据库，包含了通知、报表、分析等功能，提供安全可靠的储存功能，使企业或者个人用户可以创建安全高效的数据应用程序；连接数据库是基于开放数据库互联技术，用于连接数据库。