【机械基础实验-项目一】LSC-II螺栓组及单螺栓联接综合实验台实验指导书p2.docVIP

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。 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。托架以一组螺栓3联接于支架2上。加力杠杆组4包含两组杠杆,其臂长比均为1:10，则总杠杆比为1:100，可使加载砝码6产生的力放大到100倍后压在托架支承点上.螺栓组的受力与应变转换为粘贴在各螺栓中部应变片8的伸长量，用变化仪来测量。应变片在螺栓上相隔180°粘贴两片，输出串接，以补偿螺栓受力弯曲引起的测量误差。引线由孔7中接出。 图1 螺栓组试验台 加载后，托架螺栓组受到一横向力及力矩，与接合面上的摩擦阻力相平衡。而力矩则使托架有翻转趋势，使得各个螺栓受到大小不等的外界作用力。根据螺栓变形协调条件，各螺栓所受拉力F（或拉伸变形）与其中心线到托架底版翻转轴线的距离L成正比。即： （1） 式中，F1，F2——安装螺栓处由于托架所受力矩而引起的力（N）； L1，L2是从托架翻转轴线到相应螺栓中心线间的距离（mm）； 本试验台中第2、4、7、9号螺栓下标为1；第1、5、6、10号螺栓下标为2；第3、8号螺栓距托架翻转轴线距离为零（L=0）。根据静力平衡条件得： M = Qho = （2） M = Qho =2×2F1L1+2×2 F2L2(N·mm) （3） 式中，Q——托架受力点所受的力（N） h0——托架受力点到接合面的距离（mm），见图2。 本实验中取Q=3500N；h0=210mm；L1=30 mm；L2=60 mm。 则第2、4、7、9号螺栓的工作载荷为： F1 = （4） 第1、5、6、10号螺栓的工作载荷为： F2 = （5） （二）螺栓预紧力的确定 本实验是在加载后不允许联接接合面分开的情况下来预紧和 加载的。联接在预紧力的作用下，其接合面产生挤压应力为： p= （6） 悬臂梁在载荷Q力的作用下，在接合面上不出现间隙，则最 小压应力为： － ≥0 （7） 图2螺栓组的布置 式中，Qi——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) (mm)2； W——接合面抗弯截面模量，