螺栓联接综合实验指导书.doc

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
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实验一螺栓联接综合实验指导书
一、实验目的
了解螺栓联接在拧紧过程中各部分的受力情况。
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
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FP、工作拉力F有关外,还受到螺栓刚度Cb和被连接件刚度Cm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FP的拉伸作用,其伸长量为λ1,而被连接件则在FP的压缩作用下产生的压缩量为λ2。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FP增至F0,继续伸长量为Δλ,总伸长量为λ1+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λ2-Δλ;而被连接件的压缩力由FP减至FP‘,FP‘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。
图2 受力与变形关系线图
由图2可知,螺栓总拉力F0并不等于预紧力FP与工作拉力F之和,而等于残余预紧力FP‘与工作拉力之和,即F0= FP‘+F或F0= FP+ ΔF
根据刚度定义,C1=FP/λ1,C2=FP/λ2。由图2中几何关系可得ΔF=C1F/(C1+C2)
因此,螺栓总拉力为F=FP+ C1F/(C1+C2)
式中,C1/(C1+C2)为螺栓的相对刚度系数。此时螺栓预紧力为FP= FP‘+C2F/(C1+C2)
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FP‘=(~)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,~F之间变化时,则螺栓总拉力将在FP~=FP+ C1F/(C1+C2)可知,在保持预紧力FP不变的条件下,若减小螺栓刚度C1或增大连接件刚度C2都可以达到减小总拉力F0的变化范围(,在实际承受动载荷的紧螺栓连接中,宜采用柔性螺栓(减小C1)和在被连接件之间使用硬垫片(增大C2)。图3为被连接件间使用不同垫片时对螺栓总拉力F0的变化影响。
图3为被连接件间使用不同垫片时对螺栓总拉力F0的变化影响。
(二)实验设备及仪器
该实验需LYS-A螺栓联接综合实验台一台,及其测