SL-LS01型螺栓组联接综合实验台

实验二螺栓组联接实验指导书一、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、实验设备及工具1．CQL-B多功能螺栓组联接综合实验台；2．CQYJ-12静态电阻应变仪一台；3.其它仪器工具：螺丝刀、扳手。

三、实验台结构及工作原理图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6—10接线柱 11.垫片多功能螺栓组联接实验台结构如图l所示，被联接件机座1和托架4被双排共10个螺栓2联接，联接面间加入垫片11(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。

实验台主要技术参数：1.联接螺栓中段直径Φ6.5mm，两端螺纹M10，螺栓材料40Gr，其弹性模量E=206GPa；2.加载杠杆比：1:75；3.托架悬臂长L=214mm；4.砝码：共3块（两块1Kg，一块0.5Kg）静态电阻应变仪的工作原理如图3所示，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DC2．5V 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(µV 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MCU(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。

εKEU BD4=∇ 式中： BDU∇ ——工作片平衡电压差；E ——电阻应变系数； ε——应变值。

LSC-II螺栓组及单螺栓联接综合实验台一、工程应用实例螺纹联接是机器中广泛采用的联接形式，常为可拆联接。

在机械设计中大量使用螺纹联接，例如流体传动中液压缸的法兰盘联接、汽车发动机中汽缸盖与缸体的联接等。

在日常生活中，螺栓组联接也有广泛应用，例如空调的室外机的托架等等。

二、实验问题的提出在螺栓承受变动外载荷时，粗螺栓的疲劳寿命比细长螺栓的寿命短，这是为什么呢？另一方面，在机器设计中可以通过哪些措施来提高螺栓的疲劳寿命，机械设计中介绍了三种措施：（1）提高被联接件的刚度；（2）减小螺栓的刚度；（3）提高螺栓联接的预紧力。

也可以同时采用上述三种措施。

第（1）（2）种措施将导致螺栓联接残余预紧力的减小，这对有密封要求的联接是必须考虑的；第（3）种措施会导致螺栓静强度的减弱。

上述结论正确吗？我们通过本实验来观察、分析螺栓的联接特性。

螺栓联接常成组使用。

在外界转矩或倾翻力矩载荷作用下，每只螺栓上承受的载荷一样吗？各螺栓上承受载荷间有什么关系呢？让我们用实验来研究这一问题。

三、实验目的现代各类机械工程中广泛应用螺栓组机构进行联接。

如何计算和测量螺栓受力情况及静、动态性能参数是工程技术人员面临的一个重要课题。

本实验通过对一螺栓组及单个螺栓的受力分析，要求达到下述目的：（一）螺栓组试验（1）了解托架螺栓组受翻转力矩引起的载荷对各螺栓拉力的分布情况。

（2）根据拉力分布情况确定托架底板旋转轴线的位置。

（3）将实验结果与螺栓组受力分布的理论计算结果相比较。

（二）单个螺栓静载试验了解受预紧轴向载荷螺栓联接中，零件相对刚度的变化对螺栓所受总拉力的影响。

（三）单个螺栓动载荷试验通过改变螺栓联接中零件的相对刚度，观察螺栓中动态应力幅值的变化。

2四、螺栓试验台结构及工作原理(一)螺栓组试验台结构与工作原理螺栓组试验台的结构如：图1所示。

图中1为托架，在实际使用中多为水平放置，为了避免由于自重产生力矩的影响，在本试验台上设计为垂直放置。

螺栓联接静、动态特性综合实验报告专业班级 ___________ 姓名 ___________ 成绩 ___________一、实验条件：1、试验台型号及主要技术参数螺栓联接实验台型号：主要技术参数：①、螺栓材料为40Cr、弹性模量E=206000 N/mm2，螺栓杆外直径D1=16mm，螺栓杆内直径D2=8mm，变形计算长度L=160mm。

②、八角环材料为40Cr，弹性模量E=206000 N/mm2。

L=105mm。

③、挺杆材料为40Cr、弹性模量E=206000 N/mm2，挺杆直径D=14mm，变形计算长度L=88mm。

2、测试仪器的型号及规格①、应变仪型号：CQYDJ－4 ②、电阻应变片：R=120Ω，灵敏系数K=2.2二、实验数据及计算结果1、螺栓联接实验台试验项目：空心螺杆(1) 螺栓组静态特性实验实测值理论值螺栓拉力螺栓扭矩八角环挺杆螺栓拉力螺栓扭矩八角环挺杆预紧形变值(μm) 40 135 40 135预紧应变值(με) 211 94 277 -2 250预紧力(N) 6554.5 112.5 6586.2 -31.7 7766 285.2 7766 0预紧刚度(N/mm) 163863 48552 194150.4 57526.1预紧标定值(με/N) 0.0321916 0.1287577 0.0420576 0.0630915 0.0272984 0.3260869 0.035797 0加载形变值(μm) 44 125 44 125加载应变值(με) 231 100 253 50 275加载力(N) 7175.8 117.3 6383 792.8 8542.6 303.4 7190.7 1351.9加载刚度(N/mm) 163862.5 48551.9 194150 57525.9加载标定值(με/N) 0.0321915 0.1287787 0.0396365 0.0630676 0.027275 0.3263019 0.0351843 0.0369849（2）螺栓联接静、动特性应力分布曲线图 (空心螺杆)2、螺栓联接实验台试验项目：空心螺杆加锥塞(1)螺栓组静态特性实验实测值理论值螺栓拉力螺栓扭矩八角环挺杆螺栓拉力螺栓扭矩八角环挺杆预紧形变值(μm) 40 30 40 30预紧应变值(με) 198 93 52 0 250预紧力(N) 6150.7 115.4 6150.7 0 7766 282.1 7766 0预紧刚度(N/mm) 153767.1 205022.8 194150.4 258867.2预紧标定值(με/N) 0.0321915 0.1287766 0.0084543 0.0256245 0.3261254 0.0066958 0加载形变值(μm) 41 25 41 25加载应变值(με) 206 93 41 56 256.25加载力(N) 6399.2 112.3 5511.3 887.9 7960.2 282.1 6471.7 1488.4加载刚度(N/mm) 153767.5 205023.3 194150 258866.7加载标定值(με/N) 0.0321915 0.1287908 0.0074393 0.0630702 0.0258787 0.3332151 0.0064897 0.0376242(2)螺栓联接静、动特性应力分布曲线图 (空心螺杆加锥塞)三、实验结果分析与体会。

《机械设计》实验指导书制定人：卢学玉审核人：陈伟明江南大学机械工程学院2014年9月实验一螺栓的静、动态特性实验一、实验目的螺栓联接广泛应用于机械工程中，如何计算和测量螺栓受力情况及动、静态性能参数是工程技术人员的一个重要课题。

本实验通过对螺栓组及单个螺栓的受力测试和分析，要求达到下述目的：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，并绘制螺栓联接的受力变形图。

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，观察螺栓动应力幅值的变化。

二、实验任务（空心）螺栓联接静、动态实验。

（空心螺杆+刚性垫片+无锥塞）。

三、实验设备及原理（一）概述承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接是常用的且较重要的一种连接形式。

这种连接中零件的受力属于静不定问题。

由理论分析可知，螺栓的总拉力除与预紧力FP 、工作拉力F有关外，还受到螺栓刚度Cb和被连接件刚度Cm等因素的影响。

图1所示为一单个螺栓连接及其受力变形图。

图1 单个螺栓连接及其受力变形图图1a)所示为螺栓刚好拧到与被连接件相接触，但尚未拧紧的状态。

图1b)所示为螺母已拧紧，但螺栓未受工作载荷的状态，此时，螺栓受预紧力FP的拉伸作用，其伸长量为λ1，而被连接件则在FP的压缩作用下产生的压缩量为λ2。

图1c)所示为承受工作载荷F时的情况，此时螺栓所受拉力由FP 增至F，继续伸长量为Δλ，总伸长量为λ1+Δλ。

被连接件则因螺栓伸长而被放松，根据连接的变形协调条件，其压缩变形的减小量应等于螺栓拉伸变形的增加量Δλ。

因此，总压缩量为λ2-Δλ；而被连接件的压缩力由FP减至FP‘，FP‘称为残余预紧力。

由于螺栓和被连接件的变形发生在弹性范围内，上述受力与变形关系线图如图2所示。

图2 受力与变形关系线图由图1可知，螺栓总拉力F0并不等于预紧力FP与工作拉力F之和，而等于残余预紧力FP‘与工作拉力之和，即F0= FP‘+F或F= FP+ ΔF根据刚度定义，C1=FP/λ1，C2=FP/λ2。

螺栓组联接中螺栓的受力和相对刚性系数————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:螺栓组联接中螺栓的受力和相对刚性系数一、实验目的1．了解在受倾覆力矩时螺栓组联接中各螺栓的受力情况;2.了解螺栓相对刚度系数即被联接件间垫片材料对螺栓受力的影响；3．了解单个螺栓预紧力的大小对螺栓组中其它各螺栓受力的影响；3．根据实验结果计算出螺栓相对刚性系数，填入实验报告。

4.了解和部分掌握电阻应变片技术、计算机技术在力测量中的应用。

从而验证螺栓组联接受力分析理论和现代测量技术在机械设计中的应用。

二.实验要求:１.实验前预习实验指导书和教科书中有关本实验的相关内容；2.实验中按指导教师要求和实验指导书中实验步骤进行实验,注意观察实验中各螺栓载荷变化情况，并能用螺栓组联接受力分析理论解释其现象;3.根据实验结果计算出螺栓相对刚性系数，填入实验报告。

４.按指导教师要求完成指定思考题。

三、实验设备：1. 螺栓组实验台一台2. 计算机一台3.1０通道A/D转换板（包括放大器）一块4．调零接线盒一个５. 25线联接电缆一条四、实验原理１. 机械部分:当将砝码加上后通过杠杆增力系统可作用在被联接件上一个力P，该力对被联接件上的作用效果可产生一个力矩,为平衡该力矩，已加上预紧力的螺栓组中各螺栓受力状况会发生变化，且受力情况会因垫片材料不同而不同;螺栓所处位置不同而不同。

测出各螺栓受力变化(如图11－２）,即可检验螺栓组受力理论。

螺栓实验台（如图一)本体由①机座、②螺栓(1０个）、③被联接件、④１ ７5的杠杆增力系统、⑤砝码(2—2kg,1—1kg）、⑥垫片六部分组成。

各螺栓的工作拉力F i可根据支架静力平衡条件和变形协调条件求出。

设在M(PL）作用下接触面仍保持为平面，且被联接件④在Ｍ作用下有绕O-O线翻转的趋势(如图11-3)。

为平衡该翻转力矩M,各螺栓将承受工作拉力F i；此时,O－O 线上侧的螺栓进一步受拉，螺栓拉力加大;O－Ｏ线下侧的螺栓则被放松，螺栓拉力减小。

机械设计基础螺栓连接性能测试实验指导书螺栓连接性能测试实验指导书——(2)螺栓组连接受力与相对刚度实验一、实验目的1、验证螺栓组连接受力分析理论；2、了解用电阻应变仪测定机器机构中应力的一般方法。

二、实验设备和工作原理螺栓组连接实验台由螺栓连接、加载装置及测试仪器三部分组成。

如图1所示螺栓组连接是由十个均布排列为二行的螺栓将支架11和机座12连接起来而构成。

加载装置是由具有1：100放大比的两极杠杆13和14组成，砝码力G经过杠杆放大而作用在支架上的载荷为P，因此，连接接触面将受有横向载荷P和翻转力矩M。

(N·㎜)(N)式中l—力臂（㎜）由于P和M的作用，在螺栓中引起的受力是通过贴在每个螺栓上的电阻应变片15的变形并借助电阻应变仪而测得。

电阻应变仪是通过载波电桥将机械量转换成电量实现测量的。

如图2所示，将贴在螺栓上的电阻应变片1作为电桥一个桥臂，温度补偿应变片2为另一个桥臂。

螺栓不受力时，使电桥呈现平衡状态。

当螺栓受力发生变形后，应变片电阻值发生变化，电桥失去平衡，输出一个电压讯号，经放大、检波等环节，便可在应变仪上直接读出应变值来。

经过适当的计算就可以得到各螺栓的受力大小。

图1螺栓连接实验台结构简图1，2，……10—实验螺栓；11—支架；12—机座；13—第一杠杆；14—第二杠杆；15—电阻应变片；16—砝码(相关尺寸：l=200㎜;a=160㎜;b=105㎜;c=55㎜;G=22N)图2电桥工作原理图本实验是针对不允许连接接合面分开的情况。

螺栓预紧时，连接在预紧力作用下，接合面间产生挤压应力。

当受载后，支架在翻转力矩M作用下，有绕其对称轴线0-0翻转趋势，使连接右部挤压应力减小，左部挤压应力增加。

为保证连接最右端处不出现间隙，应满足以下条件：(1)式中Qp—单个螺栓预紧力（N）；Z—螺栓个数Z=10；A—接合面面积A=a(b-c)(㎜2)M—翻转力矩M=PlW—接合面抗弯剖面模量（㎜3）化简（1）式得为保证一定安全性，取螺栓预紧力为(2)螺栓工作拉力可根据支架静力平衡条件求得，由平衡条件有：M=Pl=F1r1+F2r2+…+Fzrz(3)式中F1、F2…Fz—各螺栓所受工作力r1、r2…rz—各螺栓中心到翻转轴线的距离根据螺栓变形协调条件有：(4)由式（3）和式（4）可得任一位置螺栓工作拉力(5)在翻转轴线0-0右边，Fi使螺栓被拉紧，轴向拉力增大，而在0-0线左边的螺栓被放松，预紧力减小。

螺栓联接综合实验实验原理
螺栓联接综合实验的实验原理主要基于以下两点：
1.螺栓联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形
状，如圆形、环形、矩形、框形、三角形等。

这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。

2.螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。

对于铰制孔用螺栓联接，
不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。

当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力。

如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销、套
筒、键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。

实验十螺栓组实验一、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、实验原理（1）螺栓组静联接实验台的机械结构及实验原理螺栓组连接实验台结构图1.手柄；2加载杆；3.载荷传感器；4.被连接件；5.机座；6.连接螺栓；7.传感器支撑板为了便于测试，实验台的螺栓设计成细而长的试验螺栓，每个螺栓上都贴有电阻应变片。

可在螺栓测试部位的任一侧贴一片，或在对称的两侧各贴一片电阻应变片，如下图所示。

电阻应变仪是利用金属材料的特性，将非电量的变化转换成电量变化的测量仪器，应变测量的转换元件——应变片，是用极细的金属电阻丝绕成或用金属箔片印刷腐蚀而成，用粘剂将应变片牢固地贴在试件上，当被测试件受到外力作用长度发生变化时，粘贴在试件上的应变片也相应变化，应变片的电阻值也随着发生了ΔR的变化，这样就把机械量——变形转换电量——电阻值的变化。

用灵敏的电阻测量仪器——电桥，测出电阻值的变化ΔR/R，就可以换算出相应的应变ε，如果该电桥用应变来刻度，就可以直接读出应变，完成了非电量的电测。

电阻应变片的“应变效应”，是指上述机械量转换成电量的关系，用电阻应变的“灵敏系数”K来表征：可用下式表示。

本实验用到的静态螺栓应变仪就是按照上述原理进行数字表示的，其原理方框如下：测量电桥通道选择器放大器显示C51处理器AD转换器滤波器PC串口通讯测量电桥：是按120Ω设计的，下图中R1为单臂测量时的外接应变片，在仪器内部有三个120Ω精密无感线绕电阻作为电桥测量时的内半桥。

电桥中的AC端是由稳压电源供给的5V直流稳定电压，作为电桥的工作源。

仪器在无应变信号时，通过系统内部程控装置将电桥调平衡。

BD端没有电压输出。

当试件受力产生形变时，由“应变效应”而引起的桥臂应变片的阻值变化ΔR/R，破坏了电桥的平衡，BD端有一个ΔU的电压输出。

εUKRRUΔU414111=∆=已经受力，应将其拧松后再作初预紧。