螺栓聯(lián)接綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、螺栓連接動(dòng)靜態(tài)特性分析實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書湖南福潤德科技文化有限責(zé)任公司TEL88270661(Fax)實(shí)驗(yàn)一 螺栓聯(lián)接綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解螺栓聯(lián)接在擰緊過程中各部分的受力情況。2、 計(jì)算螺栓相對(duì)剛度，并繪制螺栓聯(lián)接的受力變形圖。3、驗(yàn)證受軸向工作載荷時(shí)，預(yù)緊螺栓聯(lián)接的變形規(guī)律，及對(duì)螺栓總拉力的影響。4、通過螺栓的動(dòng)載實(shí)驗(yàn)，改變螺栓聯(lián)接的相對(duì)剛度，觀察螺栓動(dòng)應(yīng)力幅值的變化，以驗(yàn)證提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的各項(xiàng)措施。二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目LYS-A螺栓聯(lián)接綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)可進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：1、基本螺栓聯(lián)接靜動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。2、增加螺栓剛度的靜動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。3、增加被連接件剛度的

2、靜動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。4、改用彈性墊片的靜動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原理（一） 概述承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接是常用的且較重要的一種連接形式。這種連接中零件的受力屬于靜不定問題。由理論分析可知，螺栓的總拉力除與預(yù)緊力FP、工作拉力F有關(guān)外，還受到螺栓剛度Cb和被連接件剛度Cm等因素的影響。圖1所示為一單個(gè)螺栓連接及其受力變形圖。圖1 單個(gè)螺栓連接及其受力變形圖圖1a)所示為螺栓剛好擰到與被連接件相接觸，但尚未擰緊的狀態(tài)。圖1b)所示為螺母已擰緊，但螺栓未受工作載荷的狀態(tài)，此時(shí)，螺栓受預(yù)緊力FP的拉伸作用，其伸長量為1，而被連接件則在FP的壓縮作用下產(chǎn)生的壓縮量為2。圖1c)所示為承受工作載荷F時(shí)的情

3、況，此時(shí)螺栓所受拉力由FP增至F0，繼續(xù)伸長量為，總伸長量為1+。被連接件則因螺栓伸長而被放松，根據(jù)連接的變形協(xié)調(diào)條件，其壓縮變形的減小量應(yīng)等于螺栓拉伸變形的增加量。因此，總壓縮量為2-；而被連接件的壓縮力由FP減至FP，F(xiàn)P稱為殘余預(yù)緊力。由于螺栓和被連接件的變形發(fā)生在彈性范圍內(nèi)，上述受力與變形關(guān)系線圖如圖2所示。圖2 受力與變形關(guān)系線圖由圖2可知，螺栓總拉力F0并不等于預(yù)緊力FP與工作拉力F之和，而等于殘余預(yù)緊力FP與工作拉力之和，即F0= FP+F或F0= FP+ F根據(jù)剛度定義，C1=FP/1，C2=FP/2。由圖2中幾何關(guān)系可得F=C1F/（C1+C2）因此，螺栓總拉力為F=FP+

4、C1F/（C1+C2）式中，C1/（C1+C2）為螺栓的相對(duì)剛度系數(shù)。此時(shí)螺栓預(yù)緊力為FP= FP+C2F/（C1+C2）為了保證連接的緊密性，根據(jù)連接的工作性質(zhì)可取殘余預(yù)緊力FP=（0.21.8）F.對(duì)于承受軸向變載荷的緊螺栓連接,在最小應(yīng)力不變的條件下,應(yīng)力幅越小,則螺栓越不容易發(fā)生疲勞破壞,連接的可靠性越高.當(dāng)螺栓所受的工作拉力在0F之間變化時(shí),則螺栓總拉力將在FPF0之間變動(dòng).由F=FP+ C1F/（C1+C2）可知,在保持預(yù)緊力FP不變的條件下,若減小螺栓剛度C1或增大連接件剛度C2都可以達(dá)到減小總拉力F0的變化范圍(即減小應(yīng)力幅a之目的.因此,在實(shí)際承受動(dòng)載荷的緊螺栓連接中,宜采用

5、柔性螺栓(減小C1)和在被連接件之間使用硬墊片(增大C2)。圖3為被連接件間使用不同墊片時(shí)對(duì)螺栓總拉力F0的變化影響。圖3為被連接件間使用不同墊片時(shí)對(duì)螺栓總拉力F0的變化影響。（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器 該實(shí)驗(yàn)需LYS-A螺栓聯(lián)接綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)一臺(tái),及其測(cè)量儀一臺(tái)，計(jì)算機(jī)及專用軟件等實(shí)驗(yàn)沒備及儀器。1、螺栓聯(lián)接實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)與工作原理。如圖4所示。 1)聯(lián)接部分包括M16空心螺栓、大螺母、墊片組組成。空心螺栓貼有測(cè)拉力和扭矩的兩組應(yīng)變片，分別測(cè)量螺栓在擰緊時(shí)，所受預(yù)緊拉力和扭矩。空心螺栓的內(nèi)孔中裝有M8螺栓，擰緊或松開其上的手柄桿，即可改變空心螺栓的實(shí)際受載截面積，以達(dá)到改變聯(lián)接件剛度的目的。墊片組由剛性

6、和彈性兩種墊片組成。 2)被聯(lián)接件部分由上板、下板和八角環(huán)組成，八角環(huán)上貼有應(yīng)變片，測(cè)量被聯(lián)接件受力的大小，中部有錐形孔，插入或撥出錐塞即可改變八角環(huán)的受力，以改變被聯(lián)接件系統(tǒng)的剛度。3)加載部分由蝸桿、蝸輪、挺桿和彈簧組成，挺桿上貼有應(yīng)變片，用以測(cè)量所加工作載荷的大小，蝸桿一端與電機(jī)相聯(lián)，另端裝有手輪，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使挺桿上升或下降，以達(dá)到加載、卸載(改變工作載荷)的目的。2、LYS-A型靜動(dòng)態(tài)測(cè)量儀的工作原理及各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變片的組橋方式。本儀器由精密恒流源,多路切換開關(guān),前置放大器,低通濾波器,A/D轉(zhuǎn)換器,單片機(jī),顯示電路,電源等部分組成見方框圖。圖4整機(jī)方框圖本機(jī)橋路激勵(lì)采用恒流源模式，電子開關(guān)

7、切換測(cè)點(diǎn)，電路新穎，工作合理。圖4為單片工作簡(jiǎn)圖，圖5為其中一路的等效電路。圖5 等效電路圖中Rk 切換開關(guān)等效電阻RL 應(yīng)變片引線電阻Rg 應(yīng)變片電阻IB 恒定電流源在圖5回路中，電流恒定不變，信號(hào)從C點(diǎn)輸出。開關(guān)等效電阻Rk的影響被排除，引線電阻RL固定不變，對(duì)輸出無影響，也無需長導(dǎo)線修正。只要測(cè)出Rg即等效了應(yīng)變的測(cè)量。根據(jù)應(yīng)變片原理由于采用恒流激勵(lì)則由上式可見U和K為常數(shù)。只要測(cè)出U就可換算成相應(yīng)的應(yīng)變值,這里不存在非線性誤差。本儀器橋路平衡采用DA反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)零和初值扣除的兩種方法,測(cè)量前先通過DA調(diào)整放大器的偏移電壓使放大器的輸出接近零值，然后再將每個(gè)測(cè)點(diǎn)橋路不平衡值即初始值顯示存貯

8、,在隨后測(cè)量中將該點(diǎn)初值扣除,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)平衡的功能。1-電機(jī)、2-蝸桿、3-偏心輪、4-蝸輪、5-空心螺栓內(nèi)螺栓擰緊手柄、6-中間板、7-錐銷、8-施力彈簧、9-空心螺栓、10空心大螺母、11-千分表1（測(cè)空心螺栓）、12-千分表2、13-八角環(huán)、14-空心螺栓內(nèi)螺桿（止動(dòng)螺栓）、15-挺桿、16-手輪 圖6 螺栓連接實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖四、實(shí)驗(yàn)方法及步驟 (一)實(shí)驗(yàn)臺(tái)及儀器預(yù)調(diào)與連接 1)實(shí)驗(yàn)臺(tái)：取出八角環(huán)上兩錐塞，松開空心螺栓上的M8小螺桿，裝上剛性墊片，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使挺桿降下，處于卸載位置。將兩塊千分表分別安裝在表架上，使表頭分別與上板面(靠外側(cè))和螺栓頂面接觸，用以測(cè)量聯(lián)接件(螺栓)與被聯(lián)接

9、件的變形量。手?jǐn)Q大螺母至恰好與墊片接觸。(預(yù)緊初始值)螺栓不應(yīng)有松動(dòng)的感覺，分別將兩千分表調(diào)零。2)測(cè)量儀：配套的4根輸出線的插頭將各點(diǎn)插座連接好。3)計(jì)算機(jī)：用配套的串口數(shù)據(jù)線接儀器背面的通訊插座，另一頭連接計(jì)算機(jī)上的RS232串口。啟動(dòng) 數(shù)據(jù)采集箱，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)臺(tái)螺栓實(shí)驗(yàn)界面后。按“數(shù)據(jù)調(diào)零”鍵后，對(duì)“應(yīng)變測(cè)量值”數(shù)據(jù)清零。（二)實(shí)驗(yàn)方法與步驟1螺栓聯(lián)接的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)1)用扭力矩扳手預(yù)緊被試螺栓，當(dāng)扳手力矩為3040N時(shí)，取下扳手，完成螺栓預(yù)緊。2)進(jìn)入靜態(tài)螺栓界面，將表中給定的標(biāo)定參數(shù)由鍵盤輸入到相應(yīng)的“參數(shù)給定框”中。將千分表測(cè)量的螺栓拉變形和八角環(huán)壓變形值輸入到相應(yīng)的“千分表值輸入”框中。通

10、過測(cè)量儀上的液晶屏讀取,將對(duì)應(yīng)點(diǎn)值填預(yù)緊表中。序號(hào)參數(shù)標(biāo)定系數(shù)1螺栓拉力0.026652螺紋副摩擦力矩（）3八角環(huán)壓力0.09554挺桿壓力3)單擊“設(shè)置預(yù)緊力”鍵，對(duì)預(yù)緊的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。4)用手將實(shí)驗(yàn)臺(tái)上手輪逆時(shí)鐘(面對(duì)手輪)旋轉(zhuǎn)，使挺桿上升至一定高度，對(duì)螺栓軸向加載三次，將讀數(shù)填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告加載測(cè)試表中。每加載一次點(diǎn)擊一次采點(diǎn)。5)加載完三次，點(diǎn)擊軟件界面上的連線。使各點(diǎn)練成曲線。6)單擊軟件界面上的畫理論圖，可以在軟件下面顯示出理論曲線。學(xué)生可將理論曲線和實(shí)測(cè)曲線進(jìn)行對(duì)比。7)單擊“打印”鍵，打印實(shí)測(cè)曲線圖形和理論曲線圖形。9)完成上述操作后，靜態(tài)螺栓聯(lián)接實(shí)驗(yàn)結(jié)束，單擊“返回”鍵，可

11、返回主界面。2螺栓聯(lián)接動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)1)螺栓聯(lián)接的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)束返回主界面后，單擊“動(dòng)態(tài)測(cè)試”進(jìn)入動(dòng)態(tài)螺栓實(shí)驗(yàn)界面。2)取下實(shí)驗(yàn)臺(tái)右側(cè)手輪，開啟實(shí)驗(yàn)臺(tái)電動(dòng)機(jī)開關(guān)，單擊“采集”鍵，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)30秒鐘左右。進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載工況的采集和處理。3)單擊通道選擇，選取需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試的測(cè)試點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)一般選取螺栓拉應(yīng)變和八角環(huán)應(yīng)變。4)單擊“保存數(shù)據(jù)”鍵，保存實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，以便學(xué)生帶走。7)完成上述操作后，動(dòng)態(tài)螺栓聯(lián)接實(shí)驗(yàn)結(jié)束。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 LYS-A螺栓聯(lián)接綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)可進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都需對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行調(diào)整。 1、螺栓聯(lián)接靜動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)：1)實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求：取出八角環(huán)上兩錐塞，松開空心螺桿上的M8小螺桿，裝上剛

12、性墊片。2、增加螺栓剛度的靜動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)： 1)實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求：取出八角環(huán)上兩錐塞，擰緊空心螺桿上的M8小螺桿，調(diào)至實(shí)心位置。3、增加被連接件剛度的靜動(dòng)態(tài)： 1)實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求：插上八角環(huán)上兩錐塞，松開空心螺桿上的M8小螺桿4、改用彈性墊片的靜動(dòng)態(tài)： 1)實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求：取出八角環(huán)上兩錐塞，松開空心螺桿上的M8小螺桿，裝上彈性墊片。六、注意事項(xiàng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，開啟電機(jī)電源開關(guān)時(shí)必須注意把手輪卸下來，避免電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)生安全事故 并可減少實(shí)驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)和噪聲。實(shí)驗(yàn)一 螺栓聯(lián)結(jié)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)日期組別姓名班級(jí)成績1實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)條件試驗(yàn)機(jī)型號(hào)（或編號(hào)）實(shí)驗(yàn)條件2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理被測(cè)零件所受力與變形關(guān)系表工作載荷F被測(cè)零件千分表測(cè)量儀讀數(shù)(mm)變形量(mm)應(yīng)變（）應(yīng)力(Nmm2)初始狀態(tài)螺栓（拉）螺栓（扭）八角環(huán)預(yù)緊螺栓（拉）螺栓（扭）八角環(huán)第一次加載F1螺栓（拉）螺栓（扭）八角環(huán)第二次加載F2螺栓（拉）螺栓（扭）八角環(huán)第三次加載F3螺栓（拉）螺栓（扭）八角環(huán)注：，變形mm應(yīng)變 螺栓長度mm材料彈性模量應(yīng)力Nmm2有效作用面積mm2標(biāo)定系數(shù)3繪制實(shí)際螺栓聯(lián)結(jié)的受力與變形的關(guān)系圖；繪制理論螺栓聯(lián)結(jié)的受力與變形的關(guān)系