螺栓联接综合实验指导书.doc

1 螺栓连接动静态特性分析实验台实验指导书湖南福润德科技文化有限责任公司 TEL:0731-88270660 88270661(Fax) 网址: 实验一螺栓联接综合实验指导书一、实验目的 1、了解螺栓联接在拧紧过程中各部分的受力情况。 2、计算螺栓相对刚度,并绘制螺栓联接的受力变形图。 3、验证受轴向工作载荷时,预紧螺栓联接的变形规律,及对螺栓总拉力的影响。 4、通过螺栓的动载实验, 改变螺栓联接的相对刚度, 观察螺栓动应力幅值的变化, 以验证提高螺栓联接强度的各项措施。二、实验项目 LYS-A 螺栓联接综合实验台可进行下列实验项目: 1 、基本螺栓联接静动态实验。 2 、增加螺栓刚度的静动态实验。 3 、增加被连接件刚度的静动态实验。 4 、改用弹性垫片的静动态实验。三、实验设备及原理(一) 概述承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接是常用的且较重要的一种连接形式。这种连接中零件的受力属于静不定问题。由理论分析可知, 螺栓的总拉力除与预紧力 F P、工作拉力 F 有关外, 还受到螺栓刚度 C b和被连接件刚度 C m 等因素的影响。图 1 所示为一单个螺栓连接及其受力变形图。图1 单个螺栓连接及其受力变形图图 1a) 所示为螺栓刚好拧到与被连接件相接触,但尚未拧紧的状态。图 1b) 所示为螺母已拧紧,但螺栓未受工作载荷的状态,此时,螺栓受预紧力 F P 的拉伸作用,其伸长量为λ 1 ,而被连接件则在 F P 的压缩作用下产生的压缩量为λ 2。图 1c) 所示为承受工作载荷 F 时的情况, 此时螺栓所受拉力由 F P 增至 F 0, 继续伸长量为Δλ,总伸长量为λ 1+ Δλ。被连接件则因螺栓伸长而被放松,根据连接的变形协调条件,其压缩变形的减小量应等于螺栓拉伸变形的增加量Δλ。因此,总压缩量为λ 2- Δλ;而被连接件的压缩力由 F P 减至 F P ‘,F P ‘称为残余预紧力。由于螺栓和被连接件的变形发生在弹性范围内,上述受力与变形关系线图如图 2 所示。 3 图2 受力与变形关系线图由图 2 可知,螺栓总拉力 F 0 并不等于预紧力 F P 与工作拉力 F 之和,而等于残余预紧力 F P ‘与工作拉力之和,即 F 0=F P ‘+F或F 0=F P+ΔF 根据刚度定义, C 1 =F P/λ 1,C 2 =F P/λ 2 。由图 2 中几何关系可得Δ F=C 1 F/(C 1 +C 2) 因此,螺栓总拉力为 F=F P+C 1 F/(C 1 +C 2) 式中, C 1/(C 1 +C 2 )为螺栓的相对刚度系数。此时螺栓预紧力为 F P=F P ‘+C 2 F/(C 1 +C 2) 为了保证连接的紧密性,根据连接的工作性质可取残余预紧力 F P ‘=( ~ ) F. 对于承受轴向变载荷的紧螺栓连接, 在最小应力不变的条件下, 应力幅越小, 则螺栓越不容易发生疲劳破坏, 连接的可靠性越高. 当螺栓所受的工作拉力在 0~F 之间变化时, 则螺栓总拉力将在 F P~F 0 之间变动. 由 F=F P+C 1 F/(C 1 +C 2 )可知, 在保持预紧力 F P 不变的条件下, 若减小螺栓刚度 C 1 或增大连接件刚度 C 2 都可以达到减小总拉力 F 0 的变化范围( 即减小应力幅σ a 之目的. 因此, 在实际承受动载荷的紧螺栓连接