螺栓連接性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、螺栓組連接受力與相對(duì)剛度實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、驗(yàn)證螺栓組連接受力分析理論；2、了解用電阻應(yīng)變儀測(cè)定機(jī)器機(jī)構(gòu)中應(yīng)力的一般方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工作原理螺栓組連接實(shí)驗(yàn)臺(tái)由螺栓連接、加載裝置及測(cè)試儀器三部分組成。如圖1所示螺栓組連接是由十個(gè)均布排列為二行的螺栓將支架11和機(jī)座12連接起來而構(gòu)成。加載裝置是由具有1：100放大比的兩極杠桿13和14組成，砝碼力G經(jīng)過杠桿放大而作用在支架上的載荷為P，因此，連接接觸面將受有橫向載荷P和翻轉(zhuǎn)力矩M。 (N·) (N)式中l(wèi)力臂（）由于P和M的作用，在螺栓中引起的受力是通過貼在每個(gè)螺栓上的電阻應(yīng)變片15的變形并借助電阻應(yīng)變儀而測(cè)得。電阻應(yīng)變儀是通過載波

2、電橋?qū)C(jī)械量轉(zhuǎn)換成電量實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。如圖2所示，將貼在螺栓上的電阻應(yīng)變片1作為電橋一個(gè)橋臂，溫度補(bǔ)償應(yīng)變片2為另一個(gè)橋臂。螺栓不受力時(shí)，使電橋呈現(xiàn)平衡狀態(tài)。當(dāng)螺栓受力發(fā)生變形后，應(yīng)變片電阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出一個(gè)電壓訊號(hào)，經(jīng)放大、檢波等環(huán)節(jié)，便可在應(yīng)變儀上直接讀出應(yīng)變值來。經(jīng)過適當(dāng)?shù)挠?jì)算就可以得到各螺栓的受力大小。 圖1 螺栓連接實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1，2，10實(shí)驗(yàn)螺栓；11支架；12機(jī)座；13第一杠桿；14第二杠桿；15電阻應(yīng)變片；16砝碼(相關(guān)尺寸：l=200;a=160;b=105;c=55;G=22N) 圖2 電橋工作原理圖本實(shí)驗(yàn)是針對(duì)不允許連接接合面分開的情況。螺栓預(yù)緊時(shí)，連接在

3、預(yù)緊力作用下，接合面間產(chǎn)生擠壓應(yīng)力。當(dāng)受載后，支架在翻轉(zhuǎn)力矩M作用下，有繞其對(duì)稱軸線0-0翻轉(zhuǎn)趨勢(shì)，使連接右部擠壓應(yīng)力減小，左部擠壓應(yīng)力增加。為保證連接最右端處不出現(xiàn)間隙，應(yīng)滿足以下條件： (1)式中 Qp單個(gè)螺栓預(yù)緊力（N）； Z 螺栓個(gè)數(shù) Z=10； A 接合面面積 A=a(b-c) (2) M 翻轉(zhuǎn)力矩 M=Pl W 接合面抗彎剖面模量 （3）化簡(jiǎn)（1）式得 為保證一定安全性，取螺栓預(yù)緊力為 (2)螺栓工作拉力可根據(jù)支架靜力平衡條件求得，由平衡條件有： M=Pl=F1r1+ F2r2+ Fzrz (3)式中F1、F2Fz 各螺栓所受工作力r1、r2 rz 各螺栓中心到翻轉(zhuǎn)軸線的距離根據(jù)螺

4、栓變形協(xié)調(diào)條件有： (4) 由式（3）和式（4）可得任一位置螺栓工作拉力 (5)在翻轉(zhuǎn)軸線0-0右邊，F(xiàn)i使螺栓被拉緊，軸向拉力增大，而在0-0線左邊的螺栓被放松，預(yù)緊力減小。0- 0線右邊的螺栓總拉力為 或 (6)在0-0線左邊的螺栓總拉力為 或 (7)螺栓受力是通過測(cè)量應(yīng)變值而得到的，且十個(gè)螺栓尺寸和材料完全相同，根據(jù)虎克定律=/E可得螺栓預(yù)緊應(yīng)變量為 或 (8)螺栓總應(yīng)變量為 或 (9)式中 E彈性模量 對(duì)鋼 E=210×103Mpa,d螺栓直徑（貼電阻應(yīng)變片處） 對(duì)直徑為6的鋼制螺栓k=593.76×104N,將式（8）、（9）代入式（6）、（7）中得在0-0線右邊

5、 (10)在0-0線左邊 (11)若在0-0線左邊螺栓所受工作拉力Fi 代以負(fù)值，則由式（10）、（11）可得 (12)利用式（5）將計(jì)算所得的F1 或F6（危險(xiǎn)螺栓工作拉力）代入上式可求得相對(duì)剛度 值，并與規(guī)范給定的相對(duì)剛度值進(jìn)行比較。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求1、測(cè)定受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接中螺栓受力分布，并畫出受力分布圖和確定翻轉(zhuǎn)軸線位置。2、初步掌握電阻應(yīng)變儀的工作原理和使用方法。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作，先檢查實(shí)驗(yàn)臺(tái)各部分及儀器是否正常，電阻應(yīng)變片應(yīng)貼牢，并將其接入測(cè)量電路中。2、 由式（2）計(jì)算每個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力 Qp，并由式（8）計(jì)算螺栓預(yù)緊應(yīng)變量。（為方便實(shí)驗(yàn)取500）3、 在支架不受外載荷P的情況下，打開應(yīng)變儀的開關(guān)，檢查確定各螺栓的k值、阻值及由各螺栓所組成電橋的初始值，此值將由應(yīng)變儀自動(dòng)補(bǔ)償，確定后進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)。4、 依次擰緊各螺栓，按照應(yīng)變儀讀數(shù)檢驗(yàn)預(yù)緊力Qp的大小。5、 對(duì)螺栓組連接進(jìn)行加載（加載大小按指導(dǎo)教師的規(guī)定），在應(yīng)變儀上讀出每個(gè)螺栓的應(yīng)變量。6、 按式（12）求得螺栓連接相對(duì)剛度值，與規(guī)范值兩者進(jìn)行比較。7、 根據(jù)應(yīng)變量增量（-0）畫出實(shí)測(cè)的螺栓工作力分布圖，確定翻轉(zhuǎn)軸線位置，并進(jìn)行分析討論。五、計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)圖3 計(jì)算機(jī)輔助螺栓連接實(shí)驗(yàn)原理框圖 本實(shí)驗(yàn)臺(tái)