螺栓聯(lián)接的靜動(dòng)態(tài)特性

1、實(shí)驗(yàn)一 受軸向載荷螺栓聯(lián)接的靜態(tài)特性螺栓聯(lián)接是廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中的一種重要聯(lián)接形式，受預(yù)緊力和軸向工作載荷的螺栓聯(lián)接中，最常見的應(yīng)用實(shí)例是氣缸蓋與氣缸體的聯(lián)接，如圖1-1所示。螺栓受到的總拉力F0除了與預(yù)緊力和工作載荷F有關(guān)外，還受到螺栓剛度C1和C2被聯(lián)接件剛度等因素的影響。圖6-2為一螺栓和被聯(lián)接件的受力與變形示意圖。 圖1-1 氣缸蓋與氣缸體的聯(lián)接 圖1-2 螺栓和被聯(lián)接件受力、變形情況(a)螺母未擰緊 (b)螺母已擰緊 (c)螺栓承受工作載荷圖1-2(a)所示為螺栓剛好擰好到與被聯(lián)接件相接觸的的狀態(tài)，此時(shí)螺栓和被聯(lián)接件均未受力，因此無變形發(fā)生。圖1-2(b)所示為螺母已擰緊，但聯(lián)

2、接未受工作載荷的狀態(tài)，此時(shí)螺栓受預(yù)緊力的拉伸作用，其伸長(zhǎng)量為；而被聯(lián)接件則在力的作用下被壓縮，其壓縮量為。圖1-2(c)所示為聯(lián)接承受工作載荷F時(shí)的情況，此時(shí)螺栓所受的拉力由增大至F0（螺栓的總拉力），螺栓的伸長(zhǎng)量由增大至；與此同時(shí)，被聯(lián)接件則因螺栓伸長(zhǎng)而被放松，其壓縮變形減少了，減小到（，為剩余變形量）；被聯(lián)接件的壓力由減少至（剩余預(yù)緊力）。根據(jù)聯(lián)結(jié)的變形協(xié)調(diào)條件，壓縮變形的減少量應(yīng)等于螺栓拉伸變形的增加量，即。一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)通過計(jì)算和測(cè)量螺栓受力情況及靜動(dòng)態(tài)特性參數(shù)達(dá)到以下目的：1. 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)剛度并繪制螺栓連接的受力變形圖；3. 驗(yàn)

3、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)設(shè)備及工作原理1. 單螺栓連接實(shí)驗(yàn)臺(tái)（如圖1-3所示）圖1-3 單螺栓連接實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)1-電機(jī) 2-箱體 3-螺栓扭矩測(cè)點(diǎn) 4-八角環(huán) 5-螺栓拉力 6-上板 7-千分表（被聯(lián)接件） 8-千分表（螺栓） 9-螺栓、螺母、墊片 10-八角環(huán)壓力測(cè)點(diǎn) 11-錐塞 12-挺桿 13-挺桿壓力測(cè)點(diǎn) 14-下板 15-實(shí)心扳手 16-手輪1) 聯(lián)接部分包括M16空心螺栓、大螺母和墊片組組成。空心螺栓貼有側(cè)拉力和扭矩的兩組應(yīng)

4、變片，分別測(cè)量螺栓在擰緊時(shí)所受預(yù)緊拉力和扭矩?？招穆菟ǖ膬?nèi)孔中裝有雙頭螺柱，擰緊或松開其上的小螺母即可改變空心螺栓的實(shí)際受載界面積，以達(dá)到改變聯(lián)接件剛度的目的。2) 被聯(lián)接件部分有上板、下板和八角環(huán)組成，八角環(huán)上貼有應(yīng)變片組，測(cè)量被聯(lián)接件受力的大小，中部有錐形孔，插入或拔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) 加載部分由蝸輪、蝸桿、挺桿和彈簧組成，挺桿上貼有應(yīng)變片，用以測(cè)量所加工作載荷和大小，蝸桿一端與電機(jī)相聯(lián)，另一端裝有手輪，啟動(dòng)電機(jī)或轉(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. YJ-25靜態(tài)電阻應(yīng)變儀實(shí)驗(yàn)臺(tái)各被測(cè)件的應(yīng)變量用電阻應(yīng)變儀測(cè)量，通

5、過標(biāo)定或計(jì)算機(jī)可換算出各部分的大小。應(yīng)變儀采用了包含測(cè)量橋和讀數(shù)橋的雙橋結(jié)構(gòu)。各測(cè)點(diǎn)均采用箔式電阻應(yīng)變片，其阻值為120，靈敏系數(shù)k=2.20。三、 實(shí)驗(yàn)方法及步驟1. 捋線，順各測(cè)點(diǎn)連線找到應(yīng)變儀上對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)至相應(yīng)測(cè)點(diǎn)，用螺絲刀調(diào)節(jié)電阻平衡電位器，使各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變顯示數(shù)字為零。2. 取出八角環(huán)上兩錐塞，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪（單方向），使挺桿降下，處于卸載位置，手?jǐn)Q大螺母至剛好與墊片組接觸，（預(yù)緊初始值）螺栓不能有松動(dòng)的感覺。千分表調(diào)零，并保證千分表長(zhǎng)指針有一圈的壓縮量。3. 用測(cè)力扳手預(yù)緊大螺母，當(dāng)扳手力矩為30N·m時(shí)，達(dá)到預(yù)緊力。此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變儀的轉(zhuǎn)換開關(guān)，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值和

6、千分表讀數(shù)，記錄數(shù)據(jù)、計(jì)算。4. 轉(zhuǎn)動(dòng)手輪（單方向），使挺桿上升10mm的高度，再次測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值和千分表讀數(shù)，記錄數(shù)據(jù)。根據(jù)千分表的讀數(shù)求出螺栓的變形變化量和被聯(lián)接件的變形變化量，用八角環(huán)的應(yīng)變量求剩余預(yù)緊力，由挺桿應(yīng)變值求出工作載荷F，由螺栓應(yīng)變值求出總拉力Q，并繪制在變形圖上，用以驗(yàn)證螺栓受軸向載荷作用時(shí)符合變形協(xié)調(diào)規(guī)律，以及驗(yàn)證螺栓上總拉力Q與剩余預(yù)緊力和工作載荷F之間的關(guān)系。四、 已知條件和計(jì)算公式1. 螺栓參數(shù)： 2. 螺紋副摩擦力矩：式中： 3. 扳手力矩：4. 螺栓相對(duì)剛度： 式中：C1螺栓剛度 C2被聯(lián)接件剛度 5. 應(yīng)變值與力的換算：實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告實(shí)驗(yàn)名稱： 姓名： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?實(shí)驗(yàn)設(shè)備三、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)項(xiàng)目螺栓（拉）螺栓（扭）八角環(huán)（壓）挺桿（壓）標(biāo)定系數(shù) 0.1857.93-0.61-1.03應(yīng)變值加載前加載后力N加載前加載后QF千分表讀數(shù)加載前加載后F四、 計(jì)算螺栓相對(duì)剛度五、 繪制螺栓連接變形圖六、 簡(jiǎn)答題1. 在擰緊螺母時(shí)