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1、1机械设计实验指导书机械设计实验指导书徐双满 洪建平 编王青温 审机械工程实验教学中心2011 年 2 月2螺栓联接实验指导书螺栓联接实验指导书一实验目的一实验目的 1掌握测试受轴向工作载荷的紧螺栓联接的受力和变形曲线（即变形协调图） 。 2掌握求联接件（螺栓）刚度 C1、被联接件刚度 C2、相对刚度 C1/C1+C2。 3了解试验预紧力和相对刚度对应力幅的影响，以考察对螺栓疲劳的影响。 二实验设备二实验设备 图 11 为螺栓联接实验机结构组成示意图，手轮 1 相当于螺母，与螺栓杆 2 相 连。套筒 3 相当于被联接件，拧紧手轮 1 就可将联接副预紧，并且联接件受拉力作 用，被联接件受压力作用
2、。在螺栓杆和套筒上均贴有电阻应变片，用电阻应变仪测 量它们的应变来求受力和变形量。测力环 4 是用来间接的指示轴向工作载荷的。拧 紧加载手轮（螺母）6 使拉杆 5 产生轴向拉力，经过测力环 4 将轴向力作用到螺杆上。 测力环上的百分表读数正比于轴向载荷的大小。 螺栓联接实验机的主要实验参数如下螺栓联接实验机的主要实验参数如下: : 1)螺栓材料为 45 号钢，弹性模量 E1=2.06105N/mm2，螺栓杆直径 d=10mm，有 效变形计算长度 L1=130mm。 2） 套筒材料为 45 号钢，弹性模量 E2=2.06105N/mm2，两件套筒外径分别为 D=31 和 32，内径为 D1=27
3、.5mm，有效变形计算长度 L2=130mm.。 2 2仪器仪器 1）YJ-26 型数字电阻应变仪。2）YJ-26 型数字电阻应变仪。 3）PR10-26 型预调平衡箱。图 11 螺栓联接实验机结构图。1-预紧手轮；2-螺栓杆；3-被连接件；4-测力环；5-拉杆；6-加载手轮6 5 4 3 2 1DD1dL3FDnbm mn F0 D0QpFQpQ图 4 力变形协调图图 4 LBX-84 型实验机结构图1-加载手轮 2-拉杆 3-测力计百分表 4-测力环 5-套筒6- 电阻应变片 7-螺栓 8-背紧手轮 9-予紧手轮三实验原理三实验原理 1 1力与变形协调关系力与变形协调关系 在螺栓联接中，当
4、联接副受轴向载荷后，螺栓受拉力，产生拉伸变形；被联接 件受压力，产生压缩变形，根据螺栓（联接件）和被联接件预紧力相等，可把二者 的力和变形图线画在一个坐标系中，如 43 所示。当联接副受工作载荷后，螺栓因受轴向工作载荷 F 作用，其拉力由预紧力p增加到总拉力 Q，被联接件的压紧力 Qp 减少到剩余预紧力 Qp，这时，螺栓伸长变形的增量 1，等于被联接件压缩变形 的恢复 2，即 1=2=，也就是说变形的关系是协调的。因此，又称为变 形协调图。4R1R1R2R2Z4UZ3R0AB知道了力和变形的大小便可计算出连接副的刚度的大小，即力与变形之比 Q/ 称为刚度。C1=Q1/ 为螺栓刚度；C2=Q2/
5、2为被联接件刚度。C1/C1+C2称为螺栓的相 对强度。在力-变形图上，刚度表现为图线的斜率。为了提高螺栓的疲劳强度，通常 采用降低 C或增加 C2的方法以降低载荷的变化值 F。 2 2主要公式主要公式 螺栓联接的受力和变形，采用在试件上贴电阻应变片，并配接电阻应变仪加以 测量，通常应变仪测量的数值为微应变，其可以表示为式: （4-1） 610应变片的接线按半桥接到应变仪上。 材料在弹性限度内，应力与应变的关系为：610EE() 故螺栓拉力为: (3)4102 6 1111dEAF被联接件（套筒）压力为：(4)4)(102 12 6 2222DDEAF螺栓伸长变形为： (5)16 1110L套
6、筒压缩变形为： (6)26 2210L轴向工作载荷可由测力环中百分表读数测出： (47)SKF 式中：K测力环刚度，单位为：公斤/格；S百分表读数指针格数； 3.3.测试系统说明测试系统说明 1）测试系统原理示意图如图 4-4 所示，图中 R1、R1,为贴在螺栓或套筒上的电阻应变 片，即受力应变片；R2、R2，为温度补偿片，贴在与螺栓材料相同的零件上； R1、R1，、R2、R，2共同组成外测量半桥，Z3、Z4 为应变仪的内半桥电阻，与 R1、R2组 成一个全桥。放大 器检波( )A/D结果显 示5图 4.测试系统连接原理图2）测量前应对电桥调平衡，即在电阻应变片未受力的情况下，其阻值未发生改变
7、， 电桥的输出信号值为零。当螺栓和被联接件受力时，则贴在其上的电阻应变片 R1、R1的电阻值将发生变化，即电桥的信号输出与受力件的变形成正比，经放大器 将其电压信号放大和检波后，经 A/D 换成与模拟量对应的数字量，显示器显示出螺 栓或套筒的微应变量值，经计算后可得到联接副的联接件与被连接件的力和变形的 数值。 四实验步骤四实验步骤 用用 LB-84LB-84 实验机步骤实验机步骤 ） 在指导老师的指导下，按上图 4所示的线路连接原理图，将连线接好。 ） 将 LBX-84 实验机的螺栓联接处于卸载状态，测力环应处于不受力状态，且把 百分表小指针调为零。 ） 打开应变仪电源，后面板开关打到半桥处
8、。 ） 按下“基 0”开关，调节“电阻平衡”电位器，使显示为 0000。 ） 按下“标定”开关，调节“灵敏度”电位器，使显示为-5000，并反复调平衡 （零点）和定标（） 。 电桥调平衡：电桥调平衡：使加载及预紧手轮处于松弛状态，按下应变仪测量铵钮，调节对应的 电位器的电阻值，使应变仪的输出值为零。 加预紧力：加预紧力：参照 LBX-84 实验机结构原理说明，松开手轮 6，松开背紧手轮 8，拧紧 手轮 9，使应变仪指示为 500，背紧 1，松开手轮 9，则完成预紧。 6).6).施加轴向载荷：施加轴向载荷：顺时针旋转手轮 6，通过测力环对螺栓连接副施加轴向工作载荷， 最大工作载荷应控制为百分表
9、不超过 40 小格，在此范围内使百分表分别为 10、15、20、25、30、35、40 小格进行加载实验。通过切换开关分别记录螺栓、套 筒的微应变量数值并记录。 8).测试完毕后，卸去轴向工作载荷，卸除预紧力。 2 2用用 LB-87LB-87 实验机进行实验实验机进行实验 1).将 YJ-18 应变仪与 Pr10-18 预调箱联系好。 2).将被测应变片引线 A1 BC(螺栓)、A2 BC（套筒）分别于预调箱的 1 路、2 路的 A、B、C 连接好，LB-87 实验机的两个手轮松开，即螺栓处于无载状态。 3).测试系统调零：按下 YJ-18 应变仪电源开关，分别按下“10” 、 “1”开关，
10、 在连接副未受力的情况下，将预调箱切换开关分别打到 1 路和 2 路，调节对应的 “电阻平衡”电位器，使应变仪显示的数值为零，则仪器调零结束。 4).加预紧力：转手轮 1，并将电阻箱切换开关到 1 路，按螺栓的应变值为 500 左右进行预紧。分别将切换开关进行切换到 1、2 路，记录下应变仪显示的微应变值。加轴向载荷：拧动手轮 6，依次按百分表 10、15、20、25、30、35、40 小格进行加 载，分别测量螺栓、套筒的微应变值。 5).卸载：松开手轮 6，测力环百分表读数为零，卸载完毕。 6).卸预紧力：松开预紧手轮 1。 五实验注意事项五实验注意事项 1给各油杯及螺母端面加润滑油。 2螺
11、栓最大应变值 800，应避免螺栓过载，最小应变值 1 400，应避 免施加轴向工作载荷后联接开缝，建议预紧力选在螺栓应变值 500 左右。 3.特别提醒：在计算受力和变形数值应将微变值应值处以 2。 六思考题六思考题61求相对刚度 C1/C1+C2，并与教材介绍的数值对比分析。 2.考察联接件刚度不同时，对螺栓应力幅的影响，将两个套筒在预紧力相同的 F 图线画在同一坐标中进行分析比较。螺栓联接实验报告螺栓联接实验报告姓名：姓名： 学号：学号： 实验日期：实验日期： 年年 月月 日日实验地点：实验地点： 一一 、实验目的、实验目的二二 、实验手段及测试线路简图、实验手段及测试线路简图7三、实验记
12、录及计算结果实验记录及计算结果1. 实验数据表实验数据表予紧次数予紧次数1 1加载次数加载次数1 12 23 345678测力读数测力读数 （格）（格）0 0101015152025303540工作载荷工作载荷 F F（N N）1 1F F 总总 （N N）11C1C1（N/mmN/mm ）螺螺 栓栓平均平均 C C1 12 2F F 总总 （N N）套套 桶桶 3131228C C2 2（N/mmN/mm ）平均平均 C C2 2予紧次数予紧次数2 2加载次数加载次数1 12 23 345678测力读数测力读数 （格）（格）0 0101015152025303540工作载荷工作载荷 F F（
13、N N）1 1F F 总总 （N N）11C1C1（N/mmN/mm ）螺螺 栓栓平均平均 C C1 12 2F F 总总 （N N）套套 桶桶 3131229C C2 2（N/mmN/mm ）平均平均 C C2 22.绘制变形协调图绘制变形协调图 F 为纵坐标， 为横坐标，用方格坐标纸绘制 F- 图线。3.3.思考题思考题 1.求相对刚度 C1/C1+C2，与规范数值对比分析。2.考察联接件刚度不同时，对螺栓应力幅的影响。10机械传动系统综合实验机械传动系统综合实验一一 、工程应用与实验问题提出、工程应用与实验问题提出 常见的机械传动方式有带传动、链传动、齿轮传动等。传动部件是机械系统的 重
14、要组成部分，是机械设计课程教学的重点内容。机械传动系统的设计与综合运用， 涉及了零件加工、装配等工艺方面的问题较多，实践性较强。 通过实验可以熟悉和掌握传动系统组成结构设计的基本方法，不仅可以加深课 堂上所学知识的理解与记忆，还可以培养同学的工程实践技能，为后面的课程设计 训练打好基础。 二二 、实验目的、实验目的 21 了解带传动、链传动、齿轮传动的构成及其应用特点，认识其组成元件； 22 了解不同类型及其在工程实际中的应用； 23 了解几种常见传动设计、组成、制作、安装与校准方法。 24 能将几种传动形式组合，并完成安装调试工作。 25 掌握齿轮传动系统中的多轴、混轴传动系统设计、安装及校
15、准方法。 三三 、实验设备、实验设备 主要应用的设备为 JCYC 创意组合机械系统综合实验系统，关于实验系统做如 下说明；113 31 1 系统的主要组成系统的主要组成JCY-C 机械驱动系统如图 1 所示，此系统包括一个活动的工作站，用于装配机械 系统的的标准工作台板，存储面板，储存组件的存储单元。工作台板包含四块金属 板，每一个工作台板都设计有用于装配组件的狭槽和孔，工作站还包括一个电动机 控制单元。 3 32 2 存储面板组件存储面板组件： 轴面板 1、轴面板 2、带面板、链面板；齿轮面板 1、齿轮面板 2、不合格件面 板、机构面板；这些面板装配在工作台的头顶上方架子上。图 2 .存储零件面板图 1. JCY
