文档介绍：《机械设计实验指导书》
徐双满洪建平编
王青温审
机械工程实验教学中心
2011年 2月
螺栓联接实验指导书

(即变形协调图)。
(螺栓)刚度C1、被联接件刚度C2、相对刚度C1/C1+C2。
,以考察对螺栓疲劳的影响。

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).螺栓材料为45号钢,弹性模量E1=×105N/mm2,螺栓杆直径d=10mm,有效变形计算长度L1=130mm。
2).套筒材料为45号钢,弹性模量E2=×105N/mm2,两件套筒外径分别为D=31和32,内径为D1=,有效变形计算长度L2=130mm.。

1)YJ-26型数字电阻应变仪。
图1-1螺栓联接实验机结构图。
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
6 5 4 3 2 1
D
D1
d
L

2)YJ-26型数字电阻应变仪。
3)PR10-26型预调平衡箱。
图4-2 LBX-84型实验机结构图
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-予紧手轮

ΔF
Dn
λb
λm
λ
λm’
θn
λ
F
θ0
D0
Qp
F
Qp
Q
图4-3 力-变形协调图
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坐标系中,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Qp增加到总拉力Q,被联接件的压紧力Qp减少到剩余预紧力Qˊp,这时,螺栓伸长变形的增量Δλ1,等于被联接件压缩变形的恢复Δλ2,即Δλ1=Δλ2=λ,也就是说变形的关系是协调的。因此,又称为变形协调图。
知道了力和变形的大小便可计算出连接副的刚度的大小,即力与变形之比Q/λ称为刚度。C1=Q1/λ为螺栓刚度;C2=Q2/λ2为被联接件刚度。C1/C1+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。为了提高螺栓的疲劳强度,通常采用降低C1或增加C2的方法以降低载荷的变化值ΔF。

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: (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:
(4-2)
故螺栓拉力为:
(4-3)
被联接件(套筒)压力为:
(4-4)
螺栓伸长变形为: (4-5)
套筒压缩变形为: (4-6)
轴向工作载荷可由测力环中百分表读数测出: (4-7)
式中:K—测力环刚度,单位为:公斤/格;S—百分表读数—指针格数;

1)测试系统原理示意图如图4-4所示,图中R1、R1,为贴在螺栓或套筒上的电阻应变片,即受力应变片;R2、R2,为温度补偿片,贴在与螺栓材料相同的零件上;R1、R1,、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R1、R2组成一个全桥。
~
放大器
检波( )
A/D
结果显示
R1
R1’
R2
R2’
Z4
U
Z3
R0
A
B
图4-
2)测量前应对电桥调平衡,即在电阻应变片未受力的情况下,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R1、R'1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。

-84实验机步骤
1).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。
2).将LB