机械设计实验指导书及报告--螺栓联接实验.docx

机械设计实验指导书及报告--螺栓联接实验.docx螺栓联接实验指导书徐双满洪建平编王青温审机械工程实验教学中心2012年9月螺栓联接实验指导书—•・实验目的掌握测试受轴向工作载荷的紧螺栓联接的受力和变形曲线(即变形协调图)。掌握求联接件(螺栓)刚度G、被联接件刚度C2、相对刚度G/G+Q。了解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。实验设备图1—1为螺栓联接实验机结构组成示意图,手轮1相当于螺母,与螺栓杆2相连。套筒3相当于被联接件,拧紧手轮1就可将联接副预紧,并且联接件受拉力作用,被联接件受压力作用。在螺栓杆和套筒上均贴冇电阻应变片,用电阻应变仪测量它们的应变来求受力和变形量。测力环4是用来间接的指示轴向工作载荷的。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。1・螺栓联接实验机的主要实验参数如下:1) •螺栓材料为45号钢,弹性模量E.=,螺栓杆直径d=10mm,冇效变形计算长度L]二130mm。2).套筒材料为45号钢,弹性模量E?,两件套筒外径分别为D二31和32,内径为D】二27・5mm,有效变形计算长度L2=)YJ-26型数字电阻应变仪。1-预紧手轮;2-螺栓杆;3-被连接件;4-测力环;5-拉杆;6-加载手轮图4—2LBX-84型实验机结构图+十1-加载手轮2-拉杆3-测力计百分表4-测力环5•套筒6-电阻应变片7•螺栓8■背紧手轮9•了紧手轮实验原理力与变形协调关系在螺栓联接中,当联接副受轴向载荷后,螺栓受拉力,产生拉伸变形;被联接件受压力,产生压缩变形,根据螺栓(联接件)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处标系中,如4—3所示。当联接副受工作载荷后,螺栓因受轴向工作载荷F作用,其拉力由预紧力乞增加到总拉力Q,被联接件的压紧力Q减少到剩余预紧力Q\,这时,螺栓仲长变形的增量厶X,等于被联接件圧缩变形的恢复△入2,即厶入1二△入2二入,也就是说变形的关系是协调的。因此,乂称为变形协调图。知道了力和变形的大小便可计算出连接副的刚度的大小,即力与变形Z比Q/X称为刚度。CfQ./X为螺栓刚度;C2=Q2/X2为被联接件刚度。G/G+C2称为螺栓的相对强度。在力-变形图上,刚度表现为图线的斜率。为了捉高螺栓的疲劳强度,通常采川降低5或增加C2的方法以降低载荷的变化值4F。主要公式螺栓联接的受力和变形,采用在试件上贴电阻应变片,并配接电阻应变仪加以测量,通常应变仪测量的数值为微应变,其可以表示为式:^=exl0~6(4-1)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:CT=EX£=Ex“£X10"(4-2)故螺栓拉力为:加2F(=<7(xA]=£x卩£\x10一6x-p-(4-3)被联接件(套筒)压力为:22F2=(t2/42=Ex心?xIO-6"(D4°)(4-4)螺栓伸长变形为: /I,=^1x10-6xL1(4—5)套筒压缩变形为: A2=“匂xlO-6xL2(4-6)轴向工作载荷可由测力环屮百分表读数测出:F=KxS(4-7)式中:K—测力环刚度,单位为:公斤/格;S—百分表读数一指针格数;测试系统说明1)测试系统原理示意图如图4-4所示,图中R】、R]为贴在螺栓或套筒上的电阻应变片,即受力应变片;&、R,为温度补偿片,贴在与螺栓材料相同的零件上;R】、R.\R2、R・2共同组成外测量半桥,Z3、Z4为应变仪的内半桥电阻,与出、R2组成一个全桥。图4—)测量而应对电桥调平衡,即在电阻应变片未受力的情况卜其阻值未发生改变,电桥的输出信号值为零。当螺栓和被联接件受力时,则贴在其上的电阻应变片乩、的电阻值将发生变化,即电桥的信号输出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,经A/D换成与模拟量对应的数字量,显示器显示出螺栓或套筒的微应变量值,经计算后可得到联接副的联接件与被连接件的力和变形的数值。实验步骤1・用LB-84实验机步骤).在指导老师的指导下,按上图4—4所示的线路连接原理图,将连线接好。).将LBX-84实验机的螺栓联接处于卸载状态,测力环应处于不受力状态,且把百分表小指针调为零。).).).打开应变仪电源,后面板开关打到半桥处。按下“基0”开关,调节“电阻平衡”电位器,使显示为0000o八、、按下“标定”开关,调节“灵敏度”电位器,使显示为-5000,并反复调平衡(零点)和定标(一5000口£)。电桥调平衡:使加载及预紧手轮处于松弛状态,按下应变仪测量鞍钮,调节对应的电位器的电阻值,使应变仪的输出值为零。加预紧力:参照LBX-84实验机结构原理说明,松开手轮6,松开背紧手轮8,拧紧手轮9,使应变仪指示为50