螺栓組聯(lián)接中螺栓的受力和相對(duì)剛性系數(shù).doc

螺栓組聯(lián)接中螺栓的受力和相對(duì)剛性系數(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.了解在受傾覆力矩時(shí)螺栓組聯(lián)接中各螺栓的受力情況； 2.了解螺栓相對(duì)剛度系數(shù)即被聯(lián)接件間墊片材料對(duì)螺栓受力的影響； 3.了解單個(gè)螺栓預(yù)緊力的大小對(duì)螺栓組中其它各螺栓受力的影響; 3.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出螺栓相對(duì)剛性系數(shù)，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 4.了解和部分掌握電阻應(yīng)變片技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)在力測(cè)量中的應(yīng)用。從而驗(yàn)證螺栓組聯(lián)接受力分析理論和現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 二.實(shí)驗(yàn)要求： 1.實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)和教科書(shū)中有關(guān)本實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容； 2.實(shí)驗(yàn)中按指導(dǎo)教師要求和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，注意觀察實(shí)驗(yàn)中各螺栓載荷變化情況，并能用螺栓組聯(lián)接受力分析理論解釋其現(xiàn)象； 3.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出螺栓相對(duì)剛性系數(shù)，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 4.按指導(dǎo)教師要求完成指定思考題。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備： 1. 螺栓組實(shí)驗(yàn)臺(tái) 一臺(tái) 2. 計(jì)算機(jī) 一臺(tái) 3. 10通道A/D轉(zhuǎn)換板（包括放大器） 一塊 4. 調(diào)零接線盒 一個(gè) 5. 25線聯(lián)接電纜 一條 四、實(shí)驗(yàn)原理1. 機(jī)械部分：當(dāng)將砝碼加上后通過(guò)杠桿增力系統(tǒng)可作用在被聯(lián)接件上一個(gè)力P，該力對(duì)被聯(lián)接件上的作用效果可產(chǎn)生一個(gè)力矩，為平衡該力矩，已加上預(yù)緊力的螺栓組中各螺栓受力狀況會(huì)發(fā)生變化，且受力情況會(huì)因墊片材料不同而不同；螺栓所處位置不同而不同。測(cè)出各螺栓受力變化(如圖11-2)，即可檢驗(yàn)螺栓組受力理論。螺栓實(shí)驗(yàn)臺(tái)(如圖一)本體由機(jī)座、螺栓（10個(gè)）、被聯(lián)接件、1:75的杠桿增力系統(tǒng)、砝碼（22kg，11kg）、墊片六部分組成。各螺栓的工作拉力可根據(jù)支架靜力平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件求出 。設(shè)在M（PL）作用下接觸面仍保持為平面，且被聯(lián)接件在M作用下有繞OO線翻轉(zhuǎn)的趨勢(shì)(如圖11-3)。為平衡該翻轉(zhuǎn)力矩M，各螺栓將承受工作拉力；此時(shí)，OO 線上側(cè)的螺栓進(jìn)一步受拉，螺栓拉力加大；OO 線下側(cè)的螺栓則被放松，螺栓拉力減小。圖11-1 DLS-I型螺栓組聯(lián)接實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)座 螺栓 墊片 被聯(lián)接件 杠桿系統(tǒng) 砝碼 L 由靜力平衡條件可知： （1）式中： 第i個(gè)螺栓所受工作拉力； 第i個(gè)螺栓軸線至OO 線的距離 ； 根據(jù)螺栓變形的協(xié)調(diào)條件，各螺栓拉伸變形量（工作拉力）與該螺栓距OO線的距離成正比，即 （2） 由（1）、（2）兩式可推出任一螺栓的工作拉力 （3） 根據(jù)受軸向載荷緊螺栓聯(lián)接的受力理論，各螺栓受載荷后的總拉力不僅與預(yù)緊力、工作拉力有關(guān)，而且與螺栓的剛度和被聯(lián)接件的剛度有關(guān)。 OO 線上側(cè)各螺栓的總拉力為： （4） OO 線下側(cè)各螺栓的總拉力為： （5）3210948765OO圖11-3 螺栓位置圖Flm變形力QQPlbmqbqm圖11-2 螺栓受力圖 由（3）、（4）、（5）式可求出該實(shí)驗(yàn)中的螺栓相對(duì)剛度系數(shù) （6） 2. 測(cè)試部分： 實(shí)驗(yàn)測(cè)試部分由傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換板、計(jì)算機(jī)（采數(shù)及數(shù)據(jù)處理）四部分組成。其作用是將每個(gè)螺栓的受力值轉(zhuǎn)換為能被計(jì)算機(jī)讀出的值。其框圖如下：計(jì) 算 機(jī) A/D 模 數(shù)轉(zhuǎn)換 板放 大 器 傳 感 器 1)傳感器 采用電阻應(yīng)變片在螺栓上布置成全橋電路，即四片均為工作片，采用兩橫兩縱貼法，使得溫度自動(dòng)補(bǔ)償，且提高傳感器靈敏度，其中、為縱片，、為橫片。 由應(yīng)變技術(shù)理論可知： 5v （1） 電橋輸出電壓（測(cè)量量） 電橋橋壓 第i個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變值 第i個(gè)應(yīng)變片因溫度變化而引起的應(yīng)變值變化 K 應(yīng)變片靈敏系數(shù)（購(gòu)買(mǎi)電阻應(yīng)變片時(shí)廠家給出） 由于該實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，螺栓只承受沿軸向的拉伸，因此可認(rèn)為和受壓。 ， 材料的泊松比 ，（用全橋電路滿足溫度補(bǔ)償）則（1）式可寫(xiě)成： 即通過(guò)電阻應(yīng)變片所組成的傳感器將螺栓的受力情況轉(zhuǎn)變成電壓（）值。 2) 放大器 采用由差分型放大電路構(gòu)成的放大模塊，具有穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但其放大倍數(shù)較大（1000倍），時(shí)間較長(zhǎng)（約17ms）。 3) A/D轉(zhuǎn)換板 分辨率： 12位 通道數(shù)： 16 轉(zhuǎn)換時(shí)間： 轉(zhuǎn)換速度： 輸入電壓： 05V為了使本實(shí)驗(yàn)測(cè)試部分更準(zhǔn)確，采用了實(shí)驗(yàn)定標(biāo)的方法，即當(dāng)測(cè)試部分綜合調(diào)整好后，分別在螺栓試件上加上不同力值的載荷，用計(jì)算機(jī)采回相應(yīng)的數(shù)字量，再經(jīng)過(guò)計(jì)算，確定出每個(gè)螺栓的剛度值。 五、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 進(jìn)入“螺栓定標(biāo)”欄，核對(duì)各螺栓定標(biāo)系數(shù)是否與實(shí)驗(yàn)臺(tái)上所給定標(biāo)系數(shù)相同，如不同，請(qǐng)找指導(dǎo)教師進(jìn)行修正，數(shù)據(jù)正確后存盤(pán)并按Esc鍵退回主菜單。 2. 進(jìn)入“實(shí)驗(yàn)”欄中“預(yù)緊力初讀數(shù)”欄，用或鍵將光標(biāo)(移到“逐點(diǎn)采集數(shù)”，按回車(chē)鍵，然后按屏幕指示操作。采集完成后，按Esc鍵。若有螺栓預(yù)緊力超出3050N2950N范圍時(shí)，將光標(biāo)(移到“單點(diǎn)采集”后，按回車(chē)鍵；將需調(diào)整預(yù)緊力螺栓號(hào)輸入后，按回車(chē)鍵，用扳手調(diào)整該螺栓螺母，直到調(diào)整到所要求的范圍后，（注意：在調(diào)整時(shí)不要用力過(guò)大過(guò)猛）按回車(chē)鍵。再將下一個(gè)需調(diào)整預(yù)緊力螺栓號(hào)輸入，重復(fù)上述過(guò)程。直至所有螺栓預(yù)緊力滿足要求后，按Esc鍵，屏幕將顯示“自動(dòng)進(jìn)入逐點(diǎn)采集預(yù)緊力程序”按回車(chē)鍵后，將進(jìn)入“逐點(diǎn)采集”的預(yù)備狀態(tài)，此時(shí)再按回車(chē)鍵，系統(tǒng)將再次采集各螺栓預(yù)緊力，采集完成后，按Esc鍵，屏幕顯示“預(yù)緊力文件已存盤(pán)”，按回車(chē)鍵。若仍有螺栓預(yù)緊力不滿足要求時(shí)，重復(fù)上述過(guò)程，滿足要求后，按Esc鍵，退回上級(jí)主菜單。 3. 進(jìn)入“加載實(shí)驗(yàn)”欄，用或鍵選擇墊片種類(lèi)，然后按回車(chē)鍵。將載荷砣（2個(gè)2kg，1個(gè)1kg，共5kg）輕輕逐個(gè)放在加載盤(pán)上后按回車(chē)鍵，系統(tǒng)將自動(dòng)采集當(dāng)前各螺栓受力情況，注意觀察此時(shí)螺栓組受力規(guī)律，并討論其原因。完成后將載荷砣輕輕卸掉，按Esc鍵，并將加載文件存盤(pán)，系統(tǒng)將自動(dòng)回上級(jí)菜單。 4. 進(jìn)入“退出”欄，按回車(chē)鍵，系統(tǒng)回主菜單。進(jìn)入“打印實(shí)驗(yàn)結(jié)果”欄，按回車(chē)鍵打印實(shí)驗(yàn)報(bào)告，打印完成后，系統(tǒng)自動(dòng)回主菜單。 5. 進(jìn)入“實(shí)驗(yàn)”欄中“預(yù)緊力初讀數(shù)”欄，將光標(biāo)(移到“單個(gè)螺栓加預(yù)緊力對(duì)整體影響”，按回車(chē)鍵。輸入準(zhǔn)備調(diào)整力的螺栓號(hào)（任意選擇)后，用扳手輕輕擰動(dòng)其螺母，（注意：扳手在原位置的10范圍內(nèi)），按回車(chē)鍵，屏幕將自動(dòng)顯示各螺栓受力變化狀況，觀察現(xiàn)象并討論原因，完成后按Esc鍵退出，系統(tǒng)回上級(jí)菜單。 6. 進(jìn)入“退出”欄，按回車(chē)鍵，退回主菜單。 7. 進(jìn)入“思考題”欄，考慮每道思考題，并按教師要求書(shū)面完成指定思考題，完成后，按Esc鍵，退回到主菜單。 8. 請(qǐng)指導(dǎo)教師檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師確認(rèn)后方可退出實(shí)驗(yàn)。9. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和公式（3）、（6），計(jì)算出相對(duì)剛性系數(shù)值，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六.思考題: 1. 螺紋是怎樣形成的？ 2. 常用的牙形有哪些？用于聯(lián)接的是什么牙形，為什么？用于傳動(dòng)的是什么牙形，為什么？ 3. 粗牙螺紋與細(xì)牙螺紋的區(qū)別？細(xì)牙螺紋用于何種場(chǎng)合？ 4. 如何識(shí)別螺紋的旋向？自行車(chē)左、右腳蹬子固定用的螺紋旋向是否相同？各為何旋向？ 5. 為什么要控制預(yù)緊力？用什么方法控制預(yù)緊力？ 6. 擰緊螺母時(shí)，要克服哪些阻力矩？此時(shí)螺栓和被聯(lián)接件各受什么力？擰緊后螺栓還受什么力？何謂擰緊力矩？ 7. 常用的螺紋失效形式有哪幾種？失效部位通常發(fā)生在何處？ 8. 在一組螺栓聯(lián)接中，為何把各個(gè)螺栓的材料、直徑和長(zhǎng)度均取成相同？ 9. 判斷實(shí)驗(yàn)中的螺栓組聯(lián)接承受哪些載荷？指出哪個(gè)螺栓受力最大及所受哪些載荷？ 10. 在擰緊螺栓時(shí)，加載杠桿應(yīng)放在什么位置？為什么？ 11. 理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的誤差產(chǎn)生的原因有哪些？ 12. 由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的螺栓工作受力分布規(guī)律，若翻轉(zhuǎn)軸線不在OO線上，說(shuō)明什么問(wèn)題？被聯(lián)接件及墊片的材料和剛度對(duì)此分布有何影響？ 13. 實(shí)驗(yàn)計(jì)算所得的相對(duì)剛度系數(shù)值與表中所列值有何區(qū)別？原因有哪些？ 14. 為什么螺栓組聯(lián)接的接觸面大多具有對(duì)稱性？ 15. 實(shí)驗(yàn)的測(cè)試部分由哪幾部分組成？16. 傳感器是由什么組成的？17. 放大器的作用是什么？18. 模擬量（電壓）是通過(guò)什么器件轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的？19. 單個(gè)螺栓預(yù)緊力的變化對(duì)其它的螺栓有何影響？（結(jié)合題8考慮）20. 定標(biāo)的作用是什么？21. 在使用螺栓組固定聯(lián)接受翻轉(zhuǎn)力矩的兩構(gòu)件時(shí)應(yīng)注意什么？22. 通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)有哪些收獲？七.實(shí)驗(yàn)報(bào)告:螺栓組聯(lián)接中螺栓的受力和相對(duì)剛性系數(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)學(xué)號(hào)姓名實(shí)驗(yàn)日期同組人指導(dǎo)教師成績(jī)