螺栓組聯(lián)接中螺栓的受力和相對剛性系數(shù).doc

螺栓組聯(lián)接中螺栓的受力和相對剛性系數(shù)一、實驗?zāi)康?1.了解在受傾覆力矩時螺栓組聯(lián)接中各螺栓的受力情況； 2.了解螺栓相對剛度系數(shù)即被聯(lián)接件間墊片材料對螺栓受力的影響； 3.了解單個螺栓預(yù)緊力的大小對螺栓組中其它各螺栓受力的影響; 3.根據(jù)實驗結(jié)果計算出螺栓相對剛性系數(shù)，填入實驗報告。 4.了解和部分掌握電阻應(yīng)變片技術(shù)、計算機技術(shù)在力測量中的應(yīng)用。從而驗證螺栓組聯(lián)接受力分析理論和現(xiàn)代測量技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用。 二.實驗要求： 1.實驗前預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書和教科書中有關(guān)本實驗的相關(guān)內(nèi)容； 2.實驗中按指導(dǎo)教師要求和實驗指導(dǎo)書中實驗步驟進行實驗，注意觀察實驗中各螺栓載荷變化情況，并能用螺栓組聯(lián)接受力分析理論解釋其現(xiàn)象； 3.根據(jù)實驗結(jié)果計算出螺栓相對剛性系數(shù)，填入實驗報告。 4.按指導(dǎo)教師要求完成指定思考題。 三、實驗設(shè)備： 1. 螺栓組實驗臺 一臺 2. 計算機 一臺 3. 10通道A/D轉(zhuǎn)換板（包括放大器） 一塊 4. 調(diào)零接線盒 一個 5. 25線聯(lián)接電纜 一條 四、實驗原理1. 機械部分：當(dāng)將砝碼加上后通過杠桿增力系統(tǒng)可作用在被聯(lián)接件上一個力P，該力對被聯(lián)接件上的作用效果可產(chǎn)生一個力矩，為平衡該力矩，已加上預(yù)緊力的螺栓組中各螺栓受力狀況會發(fā)生變化，且受力情況會因墊片材料不同而不同；螺栓所處位置不同而不同。測出各螺栓受力變化(如圖11-2)，即可檢驗螺栓組受力理論。螺栓實驗臺(如圖一)本體由機座、螺栓（10個）、被聯(lián)接件、1:75的杠桿增力系統(tǒng)、砝碼（22kg，11kg）、墊片六部分組成。各螺栓的工作拉力可根據(jù)支架靜力平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件求出 。設(shè)在M（PL）作用下接觸面仍保持為平面，且被聯(lián)接件在M作用下有繞OO線翻轉(zhuǎn)的趨勢(如圖11-3)。為平衡該翻轉(zhuǎn)力矩M，各螺栓將承受工作拉力；此時，OO 線上側(cè)的螺栓進一步受拉，螺栓拉力加大；OO 線下側(cè)的螺栓則被放松，螺栓拉力減小。圖11-1 DLS-I型螺栓組聯(lián)接實驗臺機座 螺栓 墊片 被聯(lián)接件 杠桿系統(tǒng) 砝碼 L 由靜力平衡條件可知： （1）式中： 第i個螺栓所受工作拉力； 第i個螺栓軸線至OO 線的距離 ； 根據(jù)螺栓變形的協(xié)調(diào)條件，各螺栓拉伸變形量（工作拉力）與該螺栓距OO線的距離成正比，即 （2） 由（1）、（2）兩式可推出任一螺栓的工作拉力 （3） 根據(jù)受軸向載荷緊螺栓聯(lián)接的受力理論，各螺栓受載荷后的總拉力不僅與預(yù)緊力、工作拉力有關(guān)，而且與螺栓的剛度和被聯(lián)接件的剛度有關(guān)。 OO 線上側(cè)各螺栓的總拉力為： （4） OO 線下側(cè)各螺栓的總拉力為： （5）3210948765OO圖11-3 螺栓位置圖Flm變形力QQPlbmqbqm圖11-2 螺栓受力圖 由（3）、（4）、（5）式可求出該實驗中的螺栓相對剛度系數(shù) （6） 2. 測試部分： 實驗測試部分由傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換板、計算機（采數(shù)及數(shù)據(jù)處理）四部分組成。其作用是將每個螺栓的受力值轉(zhuǎn)換為能被計算機讀出的值。其框圖如下：計 算 機 A/D 模 數(shù)轉(zhuǎn)換 板放 大 器 傳 感 器 1)傳感器 采用電阻應(yīng)變片在螺栓上布置成全橋電路，即四片均為工作片，采用兩橫兩縱貼法，使得溫度自動補償，且提高傳感器靈敏度，其中、為縱片，、為橫片。 由應(yīng)變技術(shù)理論可知： 5v （1） 電橋輸出電壓（測量量） 電橋橋壓 第i個應(yīng)變片的應(yīng)變值 第i個應(yīng)變片因溫度變化而引起的應(yīng)變值變化 K 應(yīng)變片靈敏系數(shù)（購買電阻應(yīng)變片時廠家給出） 由于該實驗過程中，螺栓只承受沿軸向的拉伸，因此可認為和受壓。 ， 材料的泊松比 ，（用全橋電路滿足溫度補償）則（1）式可寫成： 即通過電阻應(yīng)變片所組成的傳感器將螺栓的受力情況轉(zhuǎn)變成電壓（）值。 2) 放大器 采用由差分型放大電路構(gòu)成的放大模塊，具有穩(wěn)定性好，抗干擾能力強等優(yōu)點，但其放大倍數(shù)較大（1000倍），時間較長（約17ms）。 3) A/D轉(zhuǎn)換板 分辨率： 12位 通道數(shù)： 16 轉(zhuǎn)換時間： 轉(zhuǎn)換速度： 輸入電壓： 05V為了使本實驗測試部分更準確，采用了實驗定標的方法，即當(dāng)測試部分綜合調(diào)整好后，分別在螺栓試件上加上不同力值的載荷，用計算機采回相應(yīng)的數(shù)字量，再經(jīng)過計算，確定出每個螺栓的剛度值。 五、實驗步驟 1. 進入“螺栓定標”欄，核對各螺栓定標系數(shù)是否與實驗臺上所給定標系數(shù)相同，如不同，請找指導(dǎo)教師進行修正，數(shù)據(jù)正確后存盤并按Esc鍵退回主菜單。 2. 進入“實驗”欄中“預(yù)緊力初讀數(shù)”欄，用或鍵將光標(移到“逐點采集數(shù)”，按回車鍵，然后按屏幕指示操作。采集完成后，按Esc鍵。若有螺栓預(yù)緊力超出3050N2950N范圍時，將光標(移到“單點采集”后，按回車鍵；將需調(diào)整預(yù)緊力螺栓號輸入后，按回車鍵，用扳手調(diào)整該螺栓螺母，直到調(diào)整到所要求的范圍后，（注意：在調(diào)整時不要用力過大過猛）按回車鍵。再將下一個需調(diào)整預(yù)緊力螺栓號輸入，重復(fù)上述過程。直至所有螺栓預(yù)緊力滿足要求后，按Esc鍵，屏幕將顯示“自動進入逐點采集預(yù)緊力程序”按回車鍵后，將進入“逐點采集”的預(yù)備狀態(tài)，此時再按回車鍵，系統(tǒng)將再次采集各螺栓預(yù)緊力，采集完成后，按Esc鍵，屏幕顯示“預(yù)緊力文件已存盤”，按回車鍵。若仍有螺栓預(yù)緊力不滿足要求時，重復(fù)上述過程，滿足要求后，按Esc鍵，退回上級主菜單。 3. 進入“加載實驗”欄，用或鍵選擇墊片種類，然后按回車鍵。將載荷砣（2個2kg，1個1kg，共5kg）輕輕逐個放在加載盤上后按回車鍵，系統(tǒng)將自動采集當(dāng)前各螺栓受力情況，注意觀察此時螺栓組受力規(guī)律，并討論其原因。完成后將載荷砣輕輕卸掉，按Esc鍵，并將加載文件存盤，系統(tǒng)將自動回上級菜單。 4. 進入“退出”欄，按回車鍵，系統(tǒng)回主菜單。進入“打印實驗結(jié)果”欄，按回車鍵打印實驗報告，打印完成后，系統(tǒng)自動回主菜單。 5. 進入“實驗”欄中“預(yù)緊力初讀數(shù)”欄，將光標(移到“單個螺栓加預(yù)緊力對整體影響”，按回車鍵。輸入準備調(diào)整力的螺栓號（任意選擇)后，用扳手輕輕擰動其螺母，（注意：扳手在原位置的10范圍內(nèi)），按回車鍵，屏幕將自動顯示各螺栓受力變化狀況，觀察現(xiàn)象并討論原因，完成后按Esc鍵退出，系統(tǒng)回上級菜單。 6. 進入“退出”欄，按回車鍵，退回主菜單。 7. 進入“思考題”欄，考慮每道思考題，并按教師要求書面完成指定思考題，完成后，按Esc鍵，退回到主菜單。 8. 請指導(dǎo)教師檢查實驗結(jié)果，教師確認后方可退出實驗。9. 根據(jù)實驗結(jié)果和公式（3）、（6），計算出相對剛性系數(shù)值，填入實驗報告。六.思考題: 1. 螺紋是怎樣形成的？ 2. 常用的牙形有哪些？用于聯(lián)接的是什么牙形，為什么？用于傳動的是什么牙形，為什么？ 3. 粗牙螺紋與細牙螺紋的區(qū)別？細牙螺紋用于何種場合？ 4. 如何識別螺紋的旋向？自行車左、右腳蹬子固定用的螺紋旋向是否相同？各為何旋向？ 5. 為什么要控制預(yù)緊力？用什么方法控制預(yù)緊力？ 6. 擰緊螺母時，要克服哪些阻力矩？此時螺栓和被聯(lián)接件各受什么力？擰緊后螺栓還受什么力？何謂擰緊力矩？ 7. 常用的螺紋失效形式有哪幾種？失效部位通常發(fā)生在何處？ 8. 在一組螺栓聯(lián)接中，為何把各個螺栓的材料、直徑和長度均取成相同？ 9. 判斷實驗中的螺栓組聯(lián)接承受哪些載荷？指出哪個螺栓受力最大及所受哪些載荷？ 10. 在擰緊螺栓時，加載杠桿應(yīng)放在什么位置？為什么？ 11. 理論計算與實驗結(jié)果之間的誤差產(chǎn)生的原因有哪些？ 12. 由實驗測得的螺栓工作受力分布規(guī)律，若翻轉(zhuǎn)軸線不在OO線上，說明什么問題？被聯(lián)接件及墊片的材料和剛度對此分布有何影響？ 13. 實驗計算所得的相對剛度系數(shù)值與表中所列值有何區(qū)別？原因有哪些？ 14. 為什么螺栓組聯(lián)接的接觸面大多具有對稱性？ 15. 實驗的測試部分由哪幾部分組成？16. 傳感器是由什么組成的？17. 放大器的作用是什么？18. 模擬量（電壓）是通過什么器件轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的？19. 單個螺栓預(yù)緊力的變化對其它的螺栓有何影響？（結(jié)合題8考慮）20. 定標的作用是什么？21. 在使用螺栓組固定聯(lián)接受翻轉(zhuǎn)力矩的兩構(gòu)件時應(yīng)注意什么？22. 通過此次實驗有哪些收獲？七.實驗報告:螺栓組聯(lián)接中螺栓的受力和相對剛性系數(shù)實驗報告班級學(xué)號姓名實驗日期同組人指導(dǎo)教師成績