《螺栓联接综合实验指导书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《螺栓联接综合实验指导书（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验一 螺栓联接综合实验指导书一、实验目的1、了解螺栓联接在拧紧过程中各部分的受力情况。2、计算螺栓相对刚度，并绘制螺栓联接的受力变形图。3、验证受轴向工作载荷时，预紧螺栓联接的变形规律，及对螺栓总拉力的影响。4、通过螺栓的动载实验，改变螺栓联接的相对刚度，观察螺栓动应力幅值的变化，以验证提高螺栓联接 强度的各项措施。二、实验项目LZS 螺栓联接综合实验台可进行下列实验项目：1、基本螺栓联接静动态实验。2、增加螺栓刚度的静动态实验。3、增加被连接件刚度的静动态实验。4、改用弹性垫片的静动态实验。三、实验设备及原理（一） 概述 承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接是常用的且较重要的一种连接形式。这种
2、连接中零件的受力属于静 不定问题。由理论分析可知，螺栓的总拉力除与预紧力F、工作拉力F有关外，还受到螺栓刚度C和被Pb连接件刚度C等因素的影响。图1所示为一单个螺栓连接及其受力变形图。mF&么F, F；c）受工作载荷时a）开始拧紧b）拧紧后图 1 单个螺栓连接及其受力变形图图1a）所示为螺栓刚好拧到与被连接件相接触，但尚未拧紧的状态。图1b）所示为螺母已拧紧，但螺栓未 受工作载荷的状态，此时，螺栓受预紧力Fp的拉伸作用，其伸长量为入，而被连接件则在Fp的压缩作用 下产生的压缩量为入2。图1c）所示为承受工作载荷F时的情况，此时螺栓所受拉力由Fp增至F,继续伸长 量为入，总伸长量为入J入。被连接
3、件则因螺栓伸长而被放松，根据连接的变形协调条件，其压缩变 形的减小量应等于螺栓拉伸变形的增加量入。因此，总压缩量为入2-入；而被连接件的压缩力由Fp减 至叮，叮称为残余预紧力。由于螺栓和被连接件的变形发生在弹性范围内，上述受力与变形关系线图如 图 2 所示。图 2 受力与变形关系线图由图1可知，螺栓总拉力F0并不等于预紧力Fp与工作拉力F之和，而等于残余预紧力Fp 与工作拉力之和， 艮卩 F = F +F 或 F= F+ F0 P0 P根据刚度定义，C=F/入，C=F/入。由图2中几何关系可得厶F=CF/ （C+C）1 P 12 P 2112因此，螺栓总拉力为F=F+ CF/（C+C）P 11
4、2式中，C/（C+C ）为螺栓的相对刚度系数。此时螺栓预紧力为F= F +CF/（C+C）112P P 212为了保证连接的紧密性，根据连接的工作性质可取残余预紧力Fp= （0.21.8） F 对于承受轴向变载荷的紧螺栓连接,在最小应力不变的条件下,应力幅越小,则螺栓越不容易发生疲劳破坏, 连接的可靠性越高当螺栓所受的工作拉力在0F之间变化时，则螺栓总拉力将在FpF0之间变动.由F=Fp+ qF/ （C1+C2）可知,在保持预紧力Fp不变的条件下，若减小螺栓刚度q或增大连接件刚度C2都可以达到减小 总拉力F 2的变化范围（即减小应力幅。之目的.因此，在实际承受动载荷的紧螺栓连接中,，宜采用柔性
5、螺栓 0a（减小q）和在被连接件之间使用硬垫片（增大c2）。图3为被连接件间使用不同垫片时对螺栓总拉力fo的变 化影响。变形图3为被连接件间使用不同垫片时对螺栓总拉力Fo的变化影响。（二）实验设备及仪器该实验需LZS螺栓联接综合实验台一台，LSD-A静动态测量仪一台，计算机及专用软件等实验没备 及仪器。1、螺栓联接实验台的结构与工作原理。如图4所示。1）联接部分包括M16空心螺栓、大螺母、垫片组组成。空心螺栓贴有测拉力和扭矩的两组应变片，分 别测量螺栓在拧紧时，所受预紧拉力和扭矩。空心螺栓的内孔中装有M8螺栓，拧紧或松开其上的手柄杆， 即可改变空心螺栓的实际受载截面积，以达到改变联接件刚度的目
6、的。垫片组由刚性和弹性两种垫片组成。2）被联接件部分由上板、下板和八角环组成，八角环上贴有应变片，测量被联接件受力的大小，中部 有锥形孔，插入或拨出锥塞即可改变八角环的受力，以改变被联接件系统的刚度。3）加载部分由蜗杆、蜗轮、挺杆和弹簧组成，挺杆上贴有应变片，用以测量所加工作载荷的大小，蜗 杆一端与电机相联，另端装有手轮，启动电机或转动手轮使挺杆上升或下降，以达到加载、卸载（改变 工作载荷）的目的。2、LSD-A型静动态测量仪的工作原理及各测点应变片的组桥方式。实验台各被测件的应变量用LSD-A型静动态测量仪测量，如图5所示。通过标定或计算即可换算出各 部分的大小。LSD-A型静动态测量仪是利
7、用金属材料的特性，将非电量的变化转换成电量变化的测量仪，应变测量 的转换元件应变片是用极细的金属电阻丝绕成或用金属箔片印刷腐蚀而成，用粘剂将应变片牢固的贴 在被测物件上，当被测件受到外力作用长度发生变化时，粘贴在被测件上的应变片也相应变化，应变片的 电阻值也随着发生了 AR的变化，这样就把机械量转换成电量（电阻值）的变化。用灵敏的电阻测量仪一一 电桥，测出电阻值的变化AR/R,就可换算出相应的应变，并可直接在测量仪的数码管读出应变值。通 过 AD 板该仪器可向计算机发送被测点应变值，供计算机处理。LZS螺栓联接综合实验台各测点均采用箔式电阻应变片，其阻值为120Q，灵敏系数k=2. 20,各测
8、点 均为两片应变片，按测量要求粘贴组成如图6所示半桥（即测量桥的两桥臂），图中A、B、C三点分别应为 连接线中的三色细导线，其黄色线（即B点）为两应变片之公共点。3、计算机专用多媒体软件及其他配套器具1）需要计算机的配置为带RS232主板、128M内存、40G硬盘、Celeronl.3G、光驱48X、17”纯平显示器。2）实验台专用多媒体软件，该软件可进行螺栓静态联接实验和动态联接实验的数据结果处理、整理并打 印出所需的实测曲线和理论曲线图，待实验结束后进行分析。3）专用扭力扳手0-200Nm 把，量程为0-lmm的千分表两个11101291314155-164173182198-!III7+
9、I、心动机2、蜗杆3、凸轮4、蜗轮5、下板6、扭力插座7、锥塞8、拉力插座9、弹簧10、空心螺杆II、千分表 12、螺母 13、刚性垫片（弹性垫片） 14、八角环压力插座 15、八角环 16、挺杆压力插座 17、M8 螺杆18、挺杆 19、手轮图 4 螺栓连接实验装置结构简图L交流故大甜 抵消电K图 5 LSD-A 型静动态测量仪 图 6 半桥电路四、实验方法及步骤（ 一 ）实验台及仪器预调与连接1）实验台：取出八角环上两锥塞，松开空心螺栓上的 M8 小螺杆，装上刚性垫片，转动手轮，使挺杆 降下，处于卸载位置。将两块千分表分别安装在表架上，使表头分别与上板面（靠外侧）和螺栓顶面接触， 用以测量
10、联接件（螺栓）与被联接件的变形量。手拧大螺母至恰好与垫片接触。（预紧初始值）螺栓不应有松 动的感觉，分别将两千分表调零。2）测量仪：配套的 4 根输出线的插头将各点插座连接好，各测点的布置为：电机侧八角环的上方为 螺栓拉力，下方为螺栓扭力。手轮侧八角环的上方为八角环压力，下方为挺杆压力。然后再将各测点输出 线分别接于测量仪背面1、2、3、4各通道的A、B、C接线端子上，如图4所示，注意黄色线接B端子（中 点）。图43）计算机：用配套的串口数据线接仪器背面的 9 芯插座，另一头连接计算机上的 RS232 串口。启动 计算机，进入实验台静态螺栓实验界面后。单击“空载调零”键后，对“应变测量值”框中
11、数据清零，如 串口数据线连接无误，则该输入框中，会有数据显示并跳动。4）调节静动态测量仪：通过测量仪上的选择开关，分别切换至各对应点，调节对应的“电阻平衡”电 位器，使数码管为“0”，进行测点的电阻平衡。（二）实验方法与步骤1 螺栓联接的静态实验1）用扭力矩扳手预紧被试螺栓，当扳手力矩为3040N时，取下扳手，完成螺栓预紧。2）进入静态螺栓界面，将千分表测量的螺栓拉变形和八角环压变形值输入到相应的“千分表值输入”框 中。通过测量仪上的选择开关，分别切换至各对应点,将对应点1、2、3、4的应变值填到相应的“应 变测量值” 框中，3）单击“预紧测试”键，对预紧的数据进行采集和处理。标定系数由键盘输
12、入到相应的“参数给定”框 中，通过标定参数的改变，多次单击“预紧测试”键，调整实测值，使其接近理论值。4）用手将实验台上手轮逆时钟（面对手轮）旋转，使挺杆上升至一定高度，对螺栓轴向加载，加载高度W 16mm。高度值可通过塞入0 16mm的测量棒确定，然后将千分表测到的变形值再次输入到相应的“干分表 值输入”框中。5）单击“加载测试”键进行轴向加载的数据采集和处理。6）单击“实测曲线”键，做出螺栓联接对受力和变形的实测综合变形图。7）单击“理论曲线”键，做出螺栓联接的受力和变形的理论曲线图形。8）单击“打印”键，打印实测曲线图形和理论曲线图形。9）完成上述操作后，静态螺栓联接实验结束，单击“返回
13、”键，可返回主界面。2 螺栓联接动态实验1）螺栓联接的静态实验结束返回主界面后，单击“动态螺栓”键进入动态螺栓实验界面。2）重复静态实验方法与步骤中的 34 步。3）取下实验台右侧手轮，开启实验台电动机开关，单击“动态测试”键，使电动机运转30 秒钟左右。 进行动态加载工况的采集和处理。4）单击“测试曲线”键，做出工作载荷变化时螺栓拉力和八角环压力变化实际波形图。5）单击“理论曲线”键，做出工作载荷变化时螺栓拉力和八角环压力及工作载荷变化的理论波形图。6）单击“打印”键，打印实测波形图和理论波形图。7）完成上述操作后，动态螺栓联接实验结束。五、实验内容LZS 螺栓联接综合实验台可进行下列实验项
14、目，每个实验项目都需对实验台进行调整和相应标定系数 的输入工作：1、螺栓联接静动态实验：1）实验台要求：取出八角环上两锥塞，松开空心螺杆上的M8小螺杆，装上刚性垫片。2）标定系数：使用同上的方法。2、增加螺栓刚度的静动态实验：1）实验台要求：取出八角环上两锥塞，拧紧空心螺杆上的M8小螺杆，调至实心位置。2）标出系数：使用同上的方法。3、增加被连接件刚度的静动态：1）实验台要求：插上八角环上两锥塞，松开空心螺杆上的M8小螺杆2）标定系数：使用同上的方法。4、改用弹性垫片的静动态：1）实验台要求：取出八角环上两锥塞，松开空心螺杆上的M8小螺杆，装上弹性垫片。2）标定系数：使用同上的方法。六、注意事
15、项1、电机的接线必须正确，电机的旋转方向为逆时钟（面向手轮正面）2、进行动态实验，开启电机电源开关时必须注意把手轮卸下来，避免电机转动时发生安全事故 并可减少实验台振动和噪声。实验一 螺栓联结综合实验报告机械设计实验报告实验名称实验日期组别姓名班级成绩1实验设备与实验条件 试验机型号（或编号） 实验条件2实验数据记录与处理 预紧螺栓时： 提示：应变、变形、应力、力之间的计算关系变形&应力O预紧力F/6 = LO =6 EF/=AO被测零件应变（ ）变形（mm）应力(N / mm2)力(N)螺栓（拉）螺栓（扭）八角环挺杆加轴向工作载荷 F 时：工作载荷F被测零件应变（P ）变形(mm)应力 (N / mm2)螺栓总拉力（N）
