螺栓組聯(lián)接中螺栓的受力和相對剛性系數(shù)

1、 螺栓組聯(lián)接中螺栓的受力和相對剛性系數(shù) 一、 實(shí)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(shí)驗結(jié)果計算出螺栓相對剛性系數(shù)，填入實(shí)驗報告。 4. 了解和局部掌握電阻應(yīng)變片技術(shù)、計算機(jī)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(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用。 二. 實(shí)驗要求： 1. 實(shí)驗前預(yù)習(xí)實(shí)驗指導(dǎo)書和教科書中有關(guān)本實(shí)驗的相關(guān)內(nèi)容； 2. 實(shí)驗中按指導(dǎo)教師要求和實(shí)驗指導(dǎo)書中實(shí)驗步驟進(jìn)行實(shí)驗， 注意觀察實(shí)驗中各螺栓載 荷變

2、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(shí)驗結(jié)果計算出螺栓相對剛性系數(shù)，填入實(shí)驗報告。 4. 按指導(dǎo)教師要求完成指定思考題。 三、實(shí)驗設(shè)備: 1. 螺栓組實(shí)驗臺 一臺 2. 計算機(jī) 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(shí)驗原理 1. 機(jī)械局部： 當(dāng)將缺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

3、可檢驗螺栓組受力理論。 螺栓實(shí)驗臺如圖一本體由機(jī)座、螺栓10個、被聯(lián)接件、175的杠桿增力 系統(tǒng)、石去碼22kg, 1 1kg、墊片六局部組成。 各螺栓的工作拉力 巳可根據(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O O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 Fi ；此時，O O線上側(cè)的螺栓進(jìn)一步受拉， 螺栓拉力加大；OO線下側(cè)的螺栓那么被放松，螺栓拉力減小。 機(jī)座螺栓墊片被聯(lián)接件 杠桿系統(tǒng) 石去碼 圖11-1 DLS-I型螺栓組聯(lián)接實(shí)驗臺 由靜力平衡條件可知： M =PL =1 F2L2 汁. 牌

4、 FjLj 汁 . M10L10 (1) 式中：F i 第i個螺栓所受工作拉力; 一第i個螺栓軸線至 根據(jù)螺栓變形的協(xié)調(diào)條件， 成正比，即 O O線的距離； 各螺栓拉伸變形量 工作拉力 與該螺栓距OO線的距離 F1 F2 Fi F10 L L L . L / c、 1 2 i L10 (2) 由(1 )、(2) 兩式可推出任一螺栓的工作拉力 Fi P L L F:二 2 2 2 I . L 一 -LE 1 2 10 (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Fi有關(guān)，而且與螺栓的剛度 Cb和被聯(lián)接件的剛度Cm有關(guān)。 Qpi O - O線上側(cè)各螺栓的

5、總拉力為: Cb Qi =Qpi - Fi - Cb - Cm (4) O-O線下側(cè)各螺栓的總拉力為: Cb Qi = Qpi - Fi Cb - Cm (5) 由3、4、5式可求出該實(shí)驗中的螺栓相對剛度系數(shù) C b Q i - Q pi = Cb Cm 一 Fi 2. 測試局部： 實(shí)驗測試局部由傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換板、計算機(jī)采數(shù)及數(shù)據(jù)處理 其作用是將每個螺栓的受力值轉(zhuǎn)換為能被計算機(jī)讀出的值。其框圖如下: 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(bǔ)償，且提高傳感器靈敏度，其中 R1、R3為縱片，R2、R4為橫片。 由應(yīng)變技術(shù)

6、理論可知： RI 5v 圖11-2螺栓受力圖 9 4 O 圖11-3螺栓位置圖 1 Cb 傳感器 (6) 四局部組成。 R2 R3 R4 u 0 K , Ui = ；1 一 ；2 ；3 一；4 ；1t 一 ；2t , ；3t 一 ；4t 1 Ui 一電橋輸出電壓測量量 U0 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 一應(yīng)變片靈敏系數(shù)購置電阻應(yīng)變片時廠家給出 由于該實(shí)驗過程中，螺栓只承受沿軸向的拉伸，因此可認(rèn)為 R2和R4受壓。 &2 = -g ,饑=一鴕， 材料的泊松比 私=% = %t = 4t ,用全橋電路滿足溫度補(bǔ)償 那

7、么1式可寫成： Ui = ；1 ；1 J.3 ,；3 = 0 ；1 J.31 ： L 4 4 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 ui 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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)， 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： 0 5V 為了使本實(shí)驗測試局部更準(zhǔn)確，采用了實(shí)驗定標(biāo)的方法，即當(dāng)測試局部綜合調(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(jī)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(shí)驗步驟 1.

8、 進(jìn)入螺栓定標(biāo)欄，核對各螺栓定標(biāo)系數(shù)是否與實(shí)驗臺上所給定標(biāo)系數(shù)相同，如 不同，請找指導(dǎo)教師進(jìn)行修正，數(shù)據(jù)正確后存盤并按 Esc鍵退回主菜單。 2. 進(jìn)入“實(shí)驗欄中“預(yù)緊力初讀數(shù)欄，用？或$鍵將光標(biāo) 移到“逐點(diǎn)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。假設(shè)有螺栓預(yù)緊力超出 3050N 2950N 范圍時，將光標(biāo)移到“單點(diǎn)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

9、動進(jìn)入逐點(diǎn)采集預(yù)緊力程序按回車 鍵后，將進(jìn)入“逐點(diǎn)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。假設(shè)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(jìn)入“加載實(shí)驗欄，用？或$鍵選擇墊片種類，然后按回車鍵。將載荷泥 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。完成后將載荷泥輕輕卸掉，按 Esc 鍵，并將加載文件存盤，系統(tǒng)將自動回上級菜單。 4. 進(jìn)入“退出欄，按回車鍵，系

10、統(tǒng)回主菜單。進(jìn)入“打印實(shí)驗結(jié)果欄，按回車鍵 打印實(shí)驗報告，打印完成后，系統(tǒng)自動回主菜單。 5. 進(jìn)入“實(shí)驗欄中“預(yù)緊力初讀數(shù)欄，將光標(biāo) 移到“單個螺栓加預(yù)緊力對整體影 響，按回車鍵。輸入準(zhǔn)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： 扳手在原位置的土 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(jìn)入“退出欄，按回車鍵，退回主菜單。 7. 進(jìn)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(shí)驗結(jié)果，教師確認(rèn)前方可退出實(shí)驗。 9.

11、 根據(jù)實(shí)驗結(jié)果和公式3、6,計算出相對剛性系數(shù)值，填入實(shí)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(xì)牙螺紋的區(qū)別？細(xì)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、

12、直徑和長度均取成相同？ 9. 判斷實(shí)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(shí)驗結(jié)果之間的誤差產(chǎn)生的原因有哪些？ 12. 由實(shí)驗測得的螺栓工作受力分布規(guī)律， 假設(shè)翻轉(zhuǎn)軸線不在 O O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(shí)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(shí)驗的測試局部由哪幾局部組成？ 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(biāo)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(shí)驗有哪些收獲？ 七. 實(shí)驗報告： 螺栓組聯(lián)接中螺栓的受力和相對剛性系數(shù)實(shí)驗報