螺栓联接实验指导书_机械设计实验指导书2012-9

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1、《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30螺栓联接实验指导书一．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．实验设备图1—1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。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

2、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。１．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=2.06×105N/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=2.06×105N/mm2，两件套筒外径分别为D=31和32，内径为D1=27.5mm，有效变形计算长度L2=130mm.。2．仪器1）YJ-26型数字电阻应变仪。图1－1螺栓联接实验机结构

3、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654321DD1dL2）YJ-26型数字电阻应变仪。3）PR10-26型预调平衡箱。30图4－２LBX-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1．力与变形协调关系ΔFDnλbλmλλm’θnλFθ0D0QpFQpQ图4－３　力－变形协调图在螺栓联接中，当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

4、个坐标系中，如4－3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Ｑp增加到总拉力Q，被联接件的压紧力Qp减少到剩余预紧力Qˊp，这时，螺栓伸长变形的增量Δλ1，等于被联接件压缩变形的恢复Δλ2，即Δλ1=Δλ2=λ，也就是说变形的关系是协调的。因此，又称为变形协调图。30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/λ称为刚度。C1=Q1/λ为螺栓刚度；C2=Q2/λ2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C１或增加C2的方法以降

5、低载荷的变化值ΔF。2．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）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：　　　　　　　　　　　(４－２)故螺栓拉力为:　　　　　(４－3)被联接件（套筒）压力为：(４－4)螺栓伸长变形为：(４－5)套筒压缩变形为：(４－6)轴向工作载荷可由测力环中百分表读数测出：(4－7)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.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,

6、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R1R1’R2R2’Z4UZ3R0AB30图4－４.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，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、R'1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

7、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１．用LB-84实验机步骤１）．在指导老师的指导下，按上图4－４所示的线路连接原理图，将连线接好。２）．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。３）．打开应变仪电源，后面板开关打到半桥处。４）．按下“基0”开关，调节“电阻平衡”电位器，使显示为0000。５）．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（－５０００με）。电桥调平衡：使加载及预紧手轮处于松

8、弛状态，按