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机械设计实验指导书徐双满 洪建平 编 王青温 审机械工程实验教学中心2011年 2月螺栓联接实验指导书一实验目的1掌握测试受轴向工作载荷的紧螺栓联接的受力和变形曲线(即变形协调图)。2掌握求联接件(螺栓)刚度C1、被联接件刚度C2、相对刚度C1/C1+C2。3了解试验预紧力和相对刚度对应力幅的影响,以考察对螺栓疲劳的影响。二实验设备图11为螺栓联接实验机结构组成示意图,手轮1相当于螺母,与螺栓杆2相连。套筒3相当于被联接件,拧紧手轮1就可将联接副预紧,并且联接件受拉力作用,被联接件受压力作用。在螺栓杆和套筒上均贴有电阻应变片,用电阻应变仪测量它们的应变来求受力和变形量。测力环4是用来间接的指示轴向工作载荷的。拧紧加载手轮(螺母)6使拉杆5产生轴向拉力,经过测力环4将轴向力作用到螺杆上。测力环上的百分表读数正比于轴向载荷的大小。螺栓联接实验机的主要实验参数如下:1)螺栓材料为45号钢,弹性模量E1=2.06105N/mm2,螺栓杆直径d=10mm,有效变形计算长度L1=130mm。2)套筒材料为45号钢,弹性模量E2=2.06105N/mm2,两件套筒外径分别为D=31和32,内径为D1=27.5mm,有效变形计算长度L2=130mm.。2仪器1)YJ-26型数字电阻应变仪。图11螺栓联接实验机结构图。1-预紧手轮;2-螺栓杆;3-被连接件;4-测力环;5-拉杆;6-加载手轮6 5 4 3 2 1DD1dL 2)YJ-26型数字电阻应变仪。3)PR10-26型预调平衡箱。图4 LBX-84型实验机结构图1-加载手轮 2-拉杆 3-测力计百分表 4-测力环 5-套筒6- 电阻应变片 7-螺栓 8-背紧手轮 9-予紧手轮三实验原理1力与变形协调关系FDnbmmnF0D0QpFQpQ图4力变形协调图在螺栓联接中,当联接副受轴向载荷后,螺栓受拉力,产生拉伸变形;被联接件受压力,产生压缩变形,根据螺栓(联接件)和被联接件预紧力相等,可把二者的力和变形图线画在一个坐标系中,如43所示。当联接副受工作载荷后,螺栓因受轴向工作载荷F作用,其拉力由预紧力p增加到总拉力Q,被联接件的压紧力Qp减少到剩余预紧力Qp,这时,螺栓伸长变形的增量1,等于被联接件压缩变形的恢复2,即1=2=,也就是说变形的关系是协调的。因此,又称为变形协调图。知道了力和变形的大小便可计算出连接副的刚度的大小,即力与变形之比Q/称为刚度。C1=Q1/为螺栓刚度;C2=Q2/2为被联接件刚度。C1/C1+C2称为螺栓的相对强度。在力-变形图上,刚度表现为图线的斜率。为了提高螺栓的疲劳强度,通常采用降低C或增加C2的方法以降低载荷的变化值F。2主要公式螺栓联接的受力和变形,采用在试件上贴电阻应变片,并配接电阻应变仪加以测量,通常应变仪测量的数值为微应变,其可以表示为式: (4-1) 应变片的接线按半桥接到应变仪上。材料在弹性限度内,应力与应变的关系为: ()故螺栓拉力为: (3)被联接件(套筒)压力为: (4)螺栓伸长变形为: (5)套筒压缩变形为: (6)轴向工作载荷可由测力环中百分表读数测出: (47)式中:K测力环刚度,单位为:公斤/格;S百分表读数指针格数;3.测试系统说明1)测试系统原理示意图如图4-4所示,图中R1、R1,为贴在螺栓或套筒上的电阻应变片,即受力应变片;R2、R2,为温度补偿片,贴在与螺栓材料相同的零件上;R1、R1,、R2、R,2共同组成外测量半桥,Z3、Z4为应变仪的内半桥电阻,与R1、R2组成一个全桥。放大器检波( )A/D结果显示R1R1R2R2Z4UZ3R0AB图4.测试系统连接原理图 2)测量前应对电桥调平衡,即在电阻应变片未受力的情况下,其阻值未发生改变,电桥的输出信号值为零。当螺栓和被联接件受力时,则贴在其上的电阻应变片R1、R1的电阻值将发生变化,即电桥的信号输出与受力件的变形成正比,经放大器将其电压信号放大和检波后,经A/D换成与模拟量对应的数字量,显示器显示出螺栓或套筒的微应变量值,经计算后可得到联接副的联接件与被连接件的力和变形的数值。四实验步骤用LB-84实验机步骤)在指导老师的指导下,按上图4所示的线路连接原理图,将连线接好。)将LBX-84实验机的螺栓联接处于卸载状态,测力环应处于不受力状态,且把百分表小指针调为零。)打开应变仪电源,后面板开关打到半桥处。)按下“基0”开关,调节“电阻平衡”电位器,使显示为0000。)按下“标定”开关,调节“灵敏度”电位器,使显示为-5000,并反复调平衡(零点)和定标()。电桥调平衡:使加载及预紧手轮处于松弛状态,按下应变仪测量铵钮,调节对应的电位器的电阻值,使应变仪的输出值为零。加预紧力:参照LBX-84实验机结构原理说明,松开手轮6,松开背紧手轮8,拧紧手轮9,使应变仪指示为500,背紧1,松开手轮9,则完成预紧。6).施加轴向载荷:顺时针旋转手轮6,通过测力环对螺栓连接副施加轴向工作载荷,最大工作载荷应控制为百分表不超过40小格,在此范围内使百分表分别为10、15、20、25、30、35、40小格进行加载实验。通过切换开关分别记录螺栓、套筒的微应变量数值并记录。8).测试完毕后,卸去轴向工作载荷,卸除预紧力。2用LB-87实验机进行实验1).将YJ-18应变仪与Pr10-18预调箱联系好。2).将被测应变片引线A1 BC(螺栓)、A2 BC(套筒)分别于预调箱的1路、2路的A、B、C 连接好,LB-87实验机的两个手轮松开,即螺栓处于无载状态。3).测试系统调零:按下YJ-18应变仪电源开关,分别按下“10”、“1”开关,在连接副未受力的情况下,将预调箱切换开关分别打到1路和2路,调节对应的“电阻平衡”电位器,使应变仪显示的数值为零,则仪器调零结束。4).加预紧力:转手轮1,并将电阻箱切换开关到1路,按螺栓的应变值为500左右进行预紧。分别将切换开关进行切换到1、2路,记录下应变仪显示的微应变值。加轴向载荷:拧动手轮6,依次按百分表10、15、20、25、30、35、40小格进行加载,分别测量螺栓、套筒的微应变值。5).卸载:松开手轮6,测力环百分表读数为零,卸载完毕。6).卸预紧力:松开预紧手轮1。五实验注意事项1给各油杯及螺母端面加润滑油。2螺栓最大应变值800,应避免螺栓过载,最小应变值1 400,应避免施加轴向工作载荷后联接开缝,建议预紧力选在螺栓应变值500左右。3.特别提醒:在计算受力和变形数值应将微变值应值处以2。六思考题1求相对刚度C1/C1+C2,并与教材介绍的数值对比分析。2.考察联接件刚度不同时,对螺栓应力幅的影响,将两个套筒在预紧力相同的F图线画在同一坐标中进行分析比较。螺栓联接实验报告姓名: 学号: 实验日期: 年 月 日实验地点: 一 、实验目的二 、实验手段及测试线路简图三、实验记录及计算结果1. 实验数据表予紧次数1加载次数12345678测力读数(格)010152025303540工作载荷F(N)螺栓1F总(N)1C1(N/mm)平均C1套桶312F总(N)2C2(N/mm)平均C2予紧次数2加载次数12345678测力读数(格)010152025303540工作载荷F(N)螺栓1F总(N)1C1(N/mm)平均C1套桶312F总(N)2C2(N/mm)平均C22.绘制变形协调图F为纵坐标,为横坐标,用方格坐标纸绘制F-图线。3.思考题1.求相对刚度C1/C1+C2,与规范数值对比分析。2.考察联接件刚度不同时,对螺栓应力幅的影响。机械传动系统综合实验一 、工程应用与实验问题提出常见的机械传动方式有带传动、链传动、齿轮传动等。传动部件是机械系统的重要组成部分,是机械设计课程教学的重点内容。机械传动系统的设计与综合运用,涉及了零件加工、装配等工艺方面的问题较多,实践性较强。通过实验可以熟悉和掌握传动系统组成结构设计的基本方法,不仅可以加深课堂上所学知识的理解与记忆,还可以培养同学的工程实践技能,为后面的课程设计训练打好基础。二 、实验目的21 了解带传动、链传动、齿轮传动的构成及其应用特点,认识其组成元件; 22 了解不同类型及其在工程实际中
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