1、1机械设计课程实验指导书2011 级机械设计制造及其自动化梧州学院电子信息工程系2实验二 螺栓组联接实验一、实验目的1测试螺栓组联接在翻转力矩作用下各螺栓所受的载荷；2深化课程学习中对螺栓组联接受力分析的认识；3初步掌握电阻应变仪的工作原理和使用方法。二、实验设备LYS-B 螺栓组及单螺栓连接静、动态综合实验台。三、实验设备的结构及工作原理LYS-B 螺栓组联接实验台结构如图 1 所示：图 1 多功能螺栓组联接实验台结构1机座 2测试螺栓 3测试梁4托架 5测试齿块 6杠杆系统 7砝码8齿板接线柱 9螺栓 1-5 接线柱 10螺栓 610 接线柱 11.垫片多功能螺栓组联接实验台结构如图 l
2、所示，被联接件机座 l 和托架 4 被双排共 10 个螺栓 2 联接，联接面间加入垫片 II(硬橡胶板) ，砝码 7 的重力通过双级杠杆加载系统6(1：75)增力作用到托架 4 上，托架受到翻转力矩的作用，螺栓组联接受横向载荷和倾覆力矩联合作用，各个螺栓所受轴向力不同，它们的轴向变形也就不同。在各个螺栓上贴有电阻应变片，可在螺栓中段测试部位的任一侧贴一片，或在对称的两侧各贴一片，如图 2 所示各个螺栓的受力可通过贴在其上的电阻应变片的变形，用电阻应变仪测得。图 2 螺栓安装及贴片图3静态电阻应变仪主要由：测量桥、桥压、滤波器、A/D 转换器、MCU 、键盘、显示屏组成。测量方法：由 DC2.5
3、V 高精度稳定桥压供电，通过高精度放大器，把测量桥桥臂压差( 信号 )放大，后经过数字滤波器，滤去杂波信号，通过 24 位 A/D 模数转换送入uVMCU(即 CPU)处理，调零点方式采用计算机内部自动调零。送显示屏显示测量数据，同时配有 RS232 通讯口，可以与计算机通讯。 KEUBD4式中： 工作片平衡电压差；E桥压；BDUK电阻应变系数； 应变值。当工作电阻片由于螺栓受力变形，长度变化L 时，其电阻也要变化 R ，并且正比于 ，R 使测量桥失去平衡。通过应变仪测量出 的变化，测量出螺栓 l BDU的应变量。电阻应变仪的工作原理如图 3 所示，主要有测量桥、读数桥、毫安表等。工作电阻应变
4、片和补偿电阻应变片分别接入电阻应变仪测量桥的一个臂，当工作电阻应变片由于螺栓受力变形，长度变化 时，其电阻值也要变化R，并且 正比于 ，l R lR 使测量桥失去平衡，使毫安表恢复零点，读出读数桥的调节量，及为被测螺栓的应变量。四、实验内容1螺栓组联接实测工作载荷图 根据实测记录的各螺栓的应变量，计算各螺栓所受的总拉力 ：2FSEii式中：E螺栓材料的弹性模量( )；S螺栓测试段的截面积(m0)；aGP第 个螺栓在倾覆力矩作用下的拉伸变量。ii根据局 绘出螺栓组联接实测工作载荷图。iF22螺栓组联接理论计算受力图砝码加钱后，螺栓组受到横向力 Q 和倾覆力矩 M 的作用，即：Q=75G+ NoG
5、M=QL Nm式中：G加载砝码重力（N）杠杆系统自重折算的载荷(700N)；o4L力臂长(214mm) 。在倾覆力矩作用下，各螺栓所受的工作载荷 ：iFmax1LMiZii)(211axmaFZi 式中：Z螺栓个数； 螺栓中的最大总拉力； 螺栓轴线到底板翻转轴线的距。maxFiL五、实验步骤1实验方法：(1)螺栓初预紧抬起杠杆加载系统，不使加载系统的自重加到螺栓组联接件上。先将图 2 中所示的左端各螺母 I 用手( 不能用扳手)尽力拧紧，然后在把右端的各螺母也用手尽力拧紧。(如果在实验前螺栓已经受力，则应将其拧松后，再做初预紧。)(2)应变测量点预调平衡以各螺栓初预紧后的状态为初始状态，先将杠
6、杆加载系统安装好，使加载砝码的重力通过杠杆放大，加到托架上；然后再进行各螺栓应变测量的“调零”( 预调平衡)，即把应变仪上各测量点的应变量都调到“零” 读数。预调平衡砝码加载前，应松开测试齿块 (即使载荷直接加在托架上，测试齿块不受力)：加载后，加载杠杆一般呈向向右倾斜状态。(3)螺栓预紧实现预调平衡之后，再用扳手拧各螺栓右端螺母来加预紧力。为防止预紧时螺栓测试端受到扭矩作用产生扭转变形，在螺栓的右端设有一段“U”形断面，它嵌入托架接合面处的矩形槽中，以平衡拧紧力矩。在预紧过程中，为防止各螺栓预紧变形的相互影响，各螺栓应先后交叉并重复预紧(可按 1、10、5、6、7、4、2、9、8、3 依次进
7、行)，使各螺栓均预紧到相同的设定应变量(即应变仪显示值为 =280320 )。为此，要反复调整预u紧 3-4 次或更多。在预紧过程中，用应变仪来监测。螺栓预紧后，加载杠杆一般会呈右端上翘状态。(4)加载实验 完成螺栓预紧后，在杠杆加载系统上依次增加砝码，实现逐步加载。加载后，记录各螺栓的应变值( 据此计算各螺栓的总拉力)。注意：加载后，任一螺栓的总应变值（预紧应变+ 工作应变) 不应超过允许的最大应变值( 岛 800 )，以免螺栓超载损坏。maxu2实验步骤：(1)检查各螺栓处于卸载状态；(2)将各螺栓的电阻应变片接到应变仪预 调箱上；5(3)在不加载的情况下，先用手拧紧螺栓组左端各螺母，再用
8、手拧紧右端螺母，实现螺栓初预紧。(4)在加载的情况下，把应变仪上各个测量点的应变量都调到“零” ，实现预调平衡； (5)用扳手交叉并重复拧紧螺栓组右端各螺母，使各螺栓均预紧到相同的设定预应变量(应变仪显示值为 =280320 )；u(6)依次增加砝码，实现逐步加载到 2.5Kg，记录各螺栓的应变值；(7)测试完毕，逐步卸载，并去除预紧； (8)整理数据，计算各螺栓的总拉力，填写实验报告。六、实验报告1螺栓组联接实测工作载荷图2螺栓组联接理论计算受力图3.测试记录螺栓号 1 2 3 4 5数据 1 F1 2 F2 3 F3 4 F4 5 F5预调零 预紧 加载 螺栓号 6 7 8 9 10数据
9、6 F6 7 F7 8 F8 9 F9 10 F10预调零 预紧 加载 64.理论计算螺栓号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10数据 1 F1 2 F2 3 F3 4 F4 5 F5 6 F6 7 F7 8 F8 9 F9 10 F10预调零预紧加载七、主要技术参数1联连接螺栓中段直径 6.5mm，两端螺纹 M10，螺栓材料 40Cr，其弹性模量E=206GP。2加载杠杆比：1：75：3托架悬臂长：L=214mm ；4测试齿参数：z=32，m=16mm，= ，b=10mm；o205等强度梁：厚度 t=6mm，固定端宽度 b=40mm，加力孔至固定端距离L=350mm；6砝码：共 3 块(两块 1Kg，一块 0.5Kg)；
