机械设计基础螺栓连接性能测试实验指导书
- 格式:docx
- 大小:17.98 KB
- 文档页数:10
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=Pl
W—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。
0线右边的螺栓总拉力为
或(6)
在0-0线左边的螺栓总拉力为
或(7)
螺栓受力是通过测量应变值而得到的,且十个螺栓尺寸和材料完全相同,根据虎克定律ε=σ/E可得
螺栓预紧应变量为
或(8)
螺栓总应变量为
或(9)
式中E—弹性模量对钢E=210×103Mpa,d—螺栓直径(贴电阻应变片处)
对直径为6㎜的钢制螺栓k=593.76×104N,将式(8)、(9)代入式(6)、(7)中得
在0-0线右边(10)
在0-0线左边(11)
若在0-0线左边螺栓所受工作拉力Fi代以负值,则由式(10)、(11)可得
(12)
利用式(5)将计算所得的F1或F6(危险螺栓工作拉力)代入上式可求得相对刚度值,并与规范给定的相对刚度值进行比较。
三、实验内容及要求
1、测定受翻转力矩的螺栓组连接中螺栓受力分布,并画出受力分布图和确定翻转轴线位置。
2、初步掌握电阻应变仪的工作原理和使用方法。
四、实验步骤
做好实验前的准备工作,先检查实验台各部分及仪器是否正常,电阻应变片应贴牢,并将其接入测量电路中。
由式(2)计算每个螺栓所需的预紧力Qp,并由式(8)计算螺栓预紧应变量ε′。(为方便实验ε′取500μ)
在支架不受外载荷P的情况下,打开应变仪的开关,检查确定各螺栓的k值、阻值及由各螺栓所组成电桥的初始值,此值将由应变仪自动补偿,确定后进入测量状态。
依次拧紧各螺栓,按照应变仪读数ε′检验预紧力Qp的大小。
对螺栓组连接进行加载(加载大小按指导教师的规定),在应变仪上读出每个螺栓的应变量ε。
按式(12)求得螺栓连接相对刚度值,与规范值两者进行比较。
根据应变量增量(ε-ε0)画出实测的螺栓工作力分布图,确定翻转轴线位置,并进行分析讨论。
五、本实验台与计算机连接,借助计算机辅助实验方法对螺栓组实验进行数据采集和处理,可以提高测量精度和实验效率,其原理框图如图3所示。打开计算机进入螺栓实验程序,键入文件名后按照屏幕提示进行实验操作。
六、思考题
由实验测得的螺栓工作力分布规律,若翻转中心不在0-0线上,
说明了什么问题?被连接件和螺栓刚度大小对此分布有何影响?
理论计算和实验所得之结果误差产生的原因有哪些?
在拧紧螺栓时(实验步骤4)加载杠杆13和14应放在什么位置?为什么?
图3计算机辅助螺栓连接实验原理框图
螺栓组联接实验报告
姓名_______________
学号________________
一、实验目的
二、实验结果
计算法确定螺栓上的力
螺栓号数
项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 螺栓预紧力Qp 螺栓预紧应变量ε′ 由翻转力矩M引起的螺栓工作力Fi
实验法测定螺栓上的力
螺栓号数
项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 螺栓总应变量ε 第一次测量第二次测量第三次测量平均读数应变增量(ε-ε′) 3、砝码力G=N
联接横向载荷P=N
联接翻转力矩M=N·㎜
接合面尺寸a=㎜
b=㎜
c=㎜
相对刚度计算:=
结果分析: