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1、螺栓连接性能测试实验指导书螺栓连接性能测试实验指导书(2) 螺栓组连接受力与相对刚度实验螺栓组连接受力与相对刚度实验一、实验目的一、实验目的1、验证螺栓组连接受力分析理论；2、了解用电阻应变仪测定机器机构中应力的一般方法。二、实验设备和工作原理二、实验设备和工作原理螺栓组连接实验台由螺栓连接、加载装置及测试仪器三部分组成。如图 1 所示螺栓组连接是由十个均布排列为二行的螺栓将支架 11 和机座 12 连接起来而构成。加载装置是由具有 1：100 放大比的两极杠杆 13 和 14 组成，砝码力 G 经过杠杆放大而作用在支架上的载荷为 P，因此，连接接触面将受有横向载荷 P 和翻转力矩 M。(N)
2、lPM(N)GP100式中 l力臂（）由于 P 和 M 的作用，在螺栓中引起的受力是通过贴在每个螺栓上的电阻应变片 15 的变形并借助电阻应变仪而测得。电阻应变仪是通过载波电桥将机械量转换成电量实现测量的。如图 2 所示，将贴在螺栓上的电阻应变片 1 作为电桥一个桥臂，温度补偿应变片 2 为另一个桥臂。螺栓不受力时，使电桥呈现平衡状态。当螺栓受力发生变形后，应变片电阻值发生变化，电桥失去平衡，输出一个电压讯号，经放大、检波等环节，便可在应变仪上直接读出应变值来。经过适当的计算就可以得到各螺栓的受力大小。图 1 螺栓连接实验台结构简图1，2，10实验螺栓；11支架；12机座；13第一杠杆；14第
3、二杠杆；15电阻应变片；16砝码(相关尺寸：l=200;a=160;b=105;c=55;G=22N)图 2 电桥工作原理图本实验是针对不允许连接接合面分开的情况。螺栓预紧时，连接在预紧力作用下，接合面间产生挤压应力。当受载后，支架在翻转力矩 M 作用下，有绕其对称轴线 0-0 翻转趋势，使连接右部挤压应力减小，左部挤压应力增加。为保证连接最右端处不出现间隙，应满足以下条件：(1)0WM AQZp式中 Qp单个螺栓预紧力（N） ；Z 螺栓个数 Z=10；A 接合面面积 A=a(b-c) (2)M 翻转力矩 M=Pl W 接合面抗弯剖面模量 （3）6)(2cbaW化简（1）式得ZaPlQP6为保
4、证一定安全性，取螺栓预紧力为(2)ZaPlQp6)5 . 125. 1 (螺栓工作拉力可根据支架静力平衡条件求得，由平衡条件有：M=Pl=F1r1+ F2r2+ Fzrz (3)式中 F1、F2Fz 各螺栓所受工作力r1、r2 rz 各螺栓中心到翻转轴线的距离根据螺栓变形协调条件有：(4) zz rF rF rF 2211由式（3）和式（4）可得任一位置螺栓工作拉力22 22 1zi irrrPlrF (5) 在翻转轴线 0-0 右边，Fi使螺栓被拉紧，轴向拉力增大，而在 0-0 线左边的螺栓被放松，预紧力减小。 0- 0 线右边的螺栓总拉力为mbb ipcccFQQ或 bmb picccQQ
5、F)(6) 在 0-0 线左边的螺栓总拉力为mbb iPcccFQQ或 bmb PicccQQF)(7) 螺栓受力是通过测量应变值而得到的，且十个螺栓尺寸和材料完全相同，根据虎克定律 =/E 可得螺栓预紧应变量为24dEQEp 或 42 kdEQp(8) 螺栓总应变量为24 dEQ E或 kdEQ42(9) 式中 E弹性模量 对钢 E=210103Mpa,d螺栓直径（贴电阻应变片处）42dEk对直径为 6的钢制螺栓 k=593.76104N,将式（8） 、 （9）代入式（6） 、 （7）中得在 0-0 线右边 ) (bmb iccckF(10)在 0-0 线左边 ) (bmb iccckF(1
6、1) 若在 0-0 线左边螺栓所受工作拉力 Fi 代以负值，则由式（10） 、 （11）可得) (imbb Fk ccc(12) 利用式（5）将计算所得的 F1 或 F6（危险螺栓工作拉力）代入上式可求得相对刚度 值，并与规范给定的相对刚度值进行比较。mbb ccc 三、实验内容及要求三、实验内容及要求1、测定受翻转力矩的螺栓组连接中螺栓受力分布，并画出受力分布图和确定翻转轴线位置。2、初步掌握电阻应变仪的工作原理和使用方法。四、实验步骤四、实验步骤1、做好实验前的准备工作，先检查实验台各部分及仪器是否正常，电阻应变片应贴牢，并将其接入测量电路中。2、由式（2）计算每个螺栓所需的预紧力 Qp，
7、并由式（8）计算螺栓预紧应变量。 （为方便实验 取 500）3、在支架不受外载荷 P 的情况下，打开应变仪的开关，检查确定各螺栓的 k 值、阻值及由各螺栓所组成电桥的初始值，此值将由应变仪自动补偿，确定后进入测量状态。4、依次拧紧各螺栓，按照应变仪读数 检验预紧力 Qp 的大小。5、对螺栓组连接进行加载（加载大小按指导教师的规定） ，在应变仪上读出每个螺栓的应变量 。6、按式（12）求得螺栓连接相对刚度值，与规范值两者进行比较。mbb ccc 7、根据应变量增量（-0）画出实测的螺栓工作力分布图，确定翻转轴线位置，并进行分析讨论。五、计算机辅助实验五、计算机辅助实验本实验台与计算机连接，借助计
8、算机辅助实验方法对螺栓组实验进行数据采集和处理， 可以提高测量精度和实验效率，其原理框图如图 3 所示。打开计算机进入螺栓实验程序， 键入文件名后按照屏幕提示进行实验操作。六、思考题六、思考题1、 由实验测得的螺栓工作力分布规律，若翻转中心不在 0-0 线上，说明了什么问题？被连接件和螺栓刚度大小对此分布有何影响？2、 理论计算和实验所得之结果误差产生的原因有哪些？3、 在拧紧螺栓时（实验步骤 4）加载杠杆 13 和 14 应放在什么位置？为什么？螺栓受力 变形 电阻应变片 电阻应变仪 A/D 转换 数据采集 及处理 打印机输出 图 3 计算机辅助螺栓连接实验原理框图螺螺 栓栓 组组 联联 接
9、接 实实 验验 报报 告告 姓名_ 学号_ 一一、实实验验目目的的 二二、实实验验结结果果 1、计算法确定螺栓上的力 螺栓号数 项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 螺栓预紧力 Qp 螺栓预紧应变量 由翻转力矩 M 引起的 螺栓工作力 Fi 2、实验法测定螺栓上的力 螺栓号数 项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 第一次测量 第二次测量 第三次测量 螺栓总应变量 平均读数 应变增量（-） 3、 砝码力 G= N 联接横向载荷 P= N 联接翻转力矩 M= N 接合面尺寸 a= b= c= 相对刚度计算： mbb ccc = 结果分析： （用坐标纸画好帖上） 审阅人_，日期_ 螺栓号数 应变增量
