机械设计基础螺栓连接性能测试实验指导书

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1、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,祛码力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。M=P•I(N•mm)P=1OOG(N)式

2、中1一力臂(mm)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。A-A图1螺栓连接实验台结构简图1,2,•••

3、•T0实验螺栓；11支架；12机座；13第-杠杆；14第一杠杆；15电阻应变片；16一不去码(相关尺寸：1二200mm;a=160mm;b二105mm;c=55mm;G二22N)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：式中Qp—单个螺栓预紧力(N)；Z一螺栓个数Z二10；A一接合面面积

4、A=a(b~c)(mm2)M一翻转力矩M二PlW—接合而抗弯剖而模量w=d）（価3）6化简（1）式得2/>>6PI~Za为保证一定安全性，取螺栓预紧力为=(1.25-1.5)—Za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二P1二F/1+F2r2+•••+Fr式屮FkF2…人一各螺栓所受工作力rhr2一各螺栓屮心到翻转轴线的距离根据螺栓变形协调条件有：⑷由式（3）和式（4）可得任一位置螺栓工作拉力⑸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

5、。0-0线右边的螺栓总拉力为或（6）在0-0线左边的螺栓总拉力为Q=Qp-Ft^^5+5Fi=_(Q_Qp)^^⑺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=o/E可得螺栓预紧应变量为K二4©~E~Ejid2或Qp=^-s'=ks'（8）螺栓总应变量为^=JQ_EEnd1或Q=E加£-ks4（9）式屮E—弹性模量对钢E二210XIO'Mpa,d—螺栓直径（贴电阻应变片处）,E7td~k=4对直径为6mm的钢制螺栓k二593.76X10"N,将式（8）、（9）代入式（6）

6、、（7）中得在0-0线右边丘=八+5（£_£）5（10）在0-0线左边耳=_宀+5（―小5仃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(12)利用式（5）将计算所得的R或Fe（危险螺栓工作拉力）代入上式可求得相对刚度一」5+5值，并与规范给是的相对刚度值进行比较。三、实验内容及要求1、测定受翻转力矩的螺栓组连接屮螺栓受力分布，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

7、正常，电阻应变片应贴牢，并将其接入测量电路屮。2、由式（2）计算每个螺栓所需的预紧力Qp,并由式（8）计算螺栓预紧应变量「0（为方便实验厂取500u）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£o6、按式（12）求得螺栓连接相对刚度5+5值，与规范值两者进行

8、比较。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、计算机辅助实验木实验台与计算机连接，借助计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。图3计算机辅助螺栓连接实验原理框图六、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?