实验一 螺栓联接的静动态特性.docx

实验一 受轴向载荷螺栓联接的静态特性螺栓联接是广泛应用于各种机械设备中的一种重要联接形式，受预紧力和轴向工作载荷 的螺栓联接中，螺栓受到的总拉力F0除了与预紧力F '和工作载荷F有关外，还受到螺栓刚 度q和被联接件刚度C2等因素的影响图1-1为螺栓和被联接件的受力与变形示意图a）螺母未拧紧（b）螺母已拧紧（c）螺栓承受工作载荷图1-1螺栓和被联接件受力、变形情况图1-1（a）所示为螺栓刚好拧到与被联接件相接触的的状态，此时螺栓和被联接件均未受 力，因此无变形发生图1-1（b）所示为螺母已拧紧，但联接未受工作载荷的状态，此时螺栓受预紧力F '的拉 伸作用，其伸长量为6 ;而被联接件则在力F，的作用下被压缩，其压缩量为51 2图1-1（c）所示为联接承受工作载荷F时的情况，此时螺栓所受的拉力由F '增大至F（螺 栓的总拉力），螺栓的伸长量由5增大至5 +A5 ；与此同时，被联接件则因螺栓伸长而被 1 1 1放松，其压缩变形减少了 A5，减小到5〃（ 5〃 = 5 - A5，5〃为剩余变形量）；被联接2 2 2 2 2 2件的压力由F '减少至F "（剩余预紧力）根据联结的变形协调条件，压缩变形的减少量A52 应等于螺栓拉伸变形的增加量A5，即A5 = A5。

1 1 2一、 实验目的本实验通过计算和测量螺栓受力情况及静动态特性参数达到以下目的：1. 了解螺栓联接在拧紧过程中各部分的受力情况；2. 计算螺栓相对刚度并绘制螺栓连接的受力变形图；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 验证提咼螺栓联接强度的各项措施二、 实验设备及工作原理1. 单螺栓连接实验台（如图1-2所示）千分表（被联,接件）:'；千分表（螺栓）上板0螺栓拉力■测点八角环J螺栓扭矩测点:螺栓、螺母、■-垫片•厂八角环压力测点…锥塞•匚挺杆挺杆压力测点•• J下板-F实心扳手•F手轮图1-2单螺栓连接实验台结构1-电机2-箱体3-螺栓扭矩测点4-八角环5-螺栓拉力6-上板7-千分表（被联接件）8-千分表（螺栓）9-螺栓、螺母、垫片10-八角环压力测点11-锥塞12-挺杆13-挺杆压力测点14-下板15-实心扳手16-手轮987651112138974 3 2图1-2螺栓联接综合实验台1、电动机、2、蜗杆、3、凸轮、4、蜗轮、5、下板、6、扭力插座、7、锥塞、8、拉力插座、 9、弹簧、10、空心螺杆、11、千分表、12、螺母、13、刚性垫片（弹性垫片）、14、八角环 压力插座、15、八角环、16、挺杆压力插座、17、M8螺杆、18、挺杆、19、手轮1） 联接部分包括M16空心螺栓、大螺母和垫片组成。

空心螺栓贴有两组应变片，分别 测量螺栓在拧紧时所受预紧侧拉力和扭矩空心螺栓的内孔中装有双头螺柱，拧紧或松开其 上的小螺母即可改变空心螺栓的实际受载面积，以达到改变联接件刚度的目的2） 被联接件部分有上板、下板和八角环组成，八角环上贴有应变片组，测量被联接件 受力的大小，中部有锥形孔，插入或拔出锥塞即可改变八角环的受力，以改变被联接件系统 的刚度3） 加载部分由蜗轮、蜗杆、挺杆和弹簧组成，挺杆上贴有应变片，用以测量所加工作 载荷和大小，蜗杆一端与电机相联，另一端装有手轮，启动电机或转动手轮使挺杆上升或下 降，以达到加载、卸载（改变工作载荷）的目的2. 静动态测量仪的工作原理及各测点应变片的组桥方式实验台各被测件的应变量用LSD-A型静动态测量仪测量，通过标定或计算即可换 算出各部分的大小应变仪采用了包含测量桥和读数桥的双桥结构各测点均采用箔式电阻 应变片，其阻值为120 ，灵敏系数k=2.20三、实验方法及步骤1. 捋线，顺各测点连线找到应变仪上对应点，并转动转换开关至相应测点，用螺丝刀 调节电阻平衡电位器，使各测点的应变显示数字为零2. 取出八角环上两锥塞，转动手轮（单方向），使挺杆降下，处于卸载位置，手拧大螺 母至刚好与垫片组接触，（预紧初始值）螺栓不能有松动的感觉。

千分表调零，并保证千分 表长指针有一圈的压缩量3. 用测力扳手预紧大螺母，当扳手力矩为30N - m时，达到预紧力此时转动静态应 变仪的转换开关，测量各测点的应变值和千分表读数，记录数据、计算4. 转动手轮（单方向），使挺杆上升10mm的高度，再次测量各测点的应变值和千分 表读数，记录数据根据千分表的读数求出螺栓的变形变化量A5和被联接件的变形变化量A5，用八角1 2环的应变量求剩余预紧力Q，，由挺杆应变值求出工作载荷F，由螺栓应变值求出总拉力Q， P并绘制在变形图上，用以验证螺栓受轴向载荷作用时符合变形协调规律，以及验证螺栓上总 拉力Q与剩余预紧力Q'和工作载荷F之间的关系P四、已知条件和计算公式1.螺栓参数：d = M 16 d = 14.2722.螺纹副摩擦力矩：T = Q 仝tan匕+甲）1 P 2 v申=tan -1 0.15v式中：X = tan t = 2.254 冗d23.扳手力矩：T = 0.2Q dPC4.螺栓相对刚度： 1—C + C1 2式中：C]—螺栓刚度C = QP；1c2—被联接件刚度C2 25.应变值与力的换算:£测卩标五、实验数据测点项目螺栓（拉）螺栓（扭）八角环（压）挺杆（压）标定系数卩标0.1857.93-0.61-1.03应变值加载前加载后£杆力N加载前QPQP加载后' P 1F千分表读数5加载前5152加载后5，——1 5，2F六、简答题1. 在拧紧螺母时，拧紧力矩要克服那些摩擦力？此时螺栓和被联接件各受怎样载荷?2. 拧紧后又加工作载荷的螺栓连接中，螺栓所受总拉力是否等于预紧力加工作载荷? 应该怎样确定？3. 从实验中可以总结出那些提高螺栓联接强度的措施？。