螺栓连接性能测试实验指导书

1、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

2、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

3、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、F2Fz 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

4、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- 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=/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

5、 (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1、 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。2、 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。（为方便实验取500）3、 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。4、 依次拧紧各螺栓，按照应变仪读数检验预紧力Qp的大小。5、 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。6、 按式（12）求得螺栓连接相对刚度值，与规范值两者进行比较。7、 根据应变量增量（-0）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、计算机辅助实验图3 计算机辅助螺栓连接实验原理框图 本实验台