实验一 螺栓联接实验.doc

实验一螺栓联接实验
一、实验目的
1. 测试轴向工作载荷的紧螺栓联接的受力和变形的关系曲线(变形协调图);
2. 求螺栓刚度、被联接件刚度、相对刚度;

3. 试验预紧力和相对刚度对应力幅的影响,以考察对螺栓疲劳的影响。
二、实验设备和仪器
1. 实验机结构和工作原理
 
图1  LB-实验机结构简图
图1为型螺栓联接实验机结构图。手轮1相当于螺母,与螺栓杆2相连。套筒3相当于被联结件,拧紧手轮1就可将其预紧。在螺栓杆和套筒上均贴有电阻应变片,用电阻应变仪测量它们的应变来求受力和变形。测力环4是用来测量轴向工作载荷的。拧紧加载手轮(螺母)6使拉杆5产生轴向拉力,经过测力环4将轴向力作用到螺杆上。测力环上的百分表读数正比于轴向载荷的大小。
图2为LB-型实验机结构图
本实验的实验参数如下:
1)螺栓材料为45号钢、弹性模量,螺栓杆直径,变形计算长度。
2)套筒材料为45号钢,弹性模量,外直径和各一件,内直径,变形计算长度。
3)测力环刚度     百分表1格。
4)电阻应变片灵敏度系数        。
2. 仪器
1)型数字电阻应变仪
2)型数字电阻应变仪
3)型预调平衡箱
 
1. 背紧手轮  2. 螺栓  3. 套筒  4. 测力环  5. 拉杆      
6. 加载手轮  7. 电阻应变片  8. 百分表  9. 预紧手轮
图2  型实验机结构简图
三、实验原理
1. 力与变形协调关系
在螺栓联接中,螺栓受拉力,产生拉伸变形;被联结件受压力,产生压缩变形。根据螺栓和被联接件预紧力相等,可把二者的力和变形图线画在一个坐标系中,如图3所示。当螺栓受轴向工作载荷F作用时,其拉力由预紧力增加到总拉力
。被联接件的压紧力减少到剩余预紧力。这时,螺栓伸长变形的增量,等于被联接件压缩变形的恢复,即,也就是说变形的关系是协调的。因此图3又称变形协调图。
 
图3  螺栓联接变形协调图
力与变形之比称为刚度。为螺栓刚度;为被联接件刚度。称为螺栓的性对刚度。在力—变形

图上,刚度表现为图线的斜率。为了提高螺栓的疲劳强度,通常采用降低或增加的方法以降低载荷的变化值。
2. 主要公式
螺栓联接的受力和变形,可用贴在试件上的电阻应变片,配以电阻应变仪加以测量。通常应变仪测量的是微应变,应变片的接线按半桥接到应变仪上。
材料在弹性限度内,应力与应变的关系为:
故螺栓拉力为:

被联接件(套筒)压力为:

螺栓伸长变形为:

套筒压缩变形为:

轴向工作载荷由测力环中百分表读数测出:

式中:——测力环刚度,百分表1格;
      ——百分表读数,小格数。
3. 测试系统说明
图4
1)测试系统原理如图4所示,图中为贴在螺栓或套筒上的电阻应变片,即受力应变片;为温度补偿片,贴在与螺栓材料相同的零件上;
、共同组成外测量半桥。为应变仪的内半桥电阻,与、组成一个全桥。
2)测量前应对电桥调平衡。当螺栓和被联接件受力时,则贴在其上的电阻应变片的电阻值将发生变化,即处的电位与受力件的变形成正比,经放大器将其电压信号放大和检波后,送转换成与模拟量对应的数字量,显示器显示螺栓或套筒的微应变量。
四、实验步骤
1. 用型实验机进行实验
(1)接线如图5所示