北交大机械设计实验指导01螺栓联接实验

实验一螺栓联接实验一、实验目的1.测试轴向工作载荷的紧螺栓联接的受力和变形的关系曲线（变形协调图）；2.求螺栓刚度、被联接件刚度、相对刚度；3.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、实验设备和仪器1.实验机结构和工作原理

图1

LB-实验机结构简图图1为型螺栓联接实验机结构图。手轮1相当于螺母，与螺栓杆2相连。套筒3相当于被联结件，拧紧手轮1就可将其预紧。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。测力环4是用来测量轴向工作载荷的。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。图2为LB-型实验机结构图本实验的实验参数如下：1）螺栓材料为45号钢、弹性模量，螺栓杆直径，变形计算长度。2）套筒材料为45号钢，弹性模量，外直径和各一件，内直径，变形计算长度。3）测力环刚度

百分表1格。4）电阻应变片灵敏度系数

。2.仪器1）型数字电阻应变仪2）型数字电阻应变仪3）型预调平衡箱

1.背紧手轮

2.螺栓

3.套筒

4.测力环

5.拉杆

6.加载手轮

7.电阻应变片

8.百分表

9.预紧手轮图2

型实验机结构简图三、实验原理1.力与变形协调关系在螺栓联接中，螺栓受拉力，产生拉伸变形；被联结件受压力，产生压缩变形。根据螺栓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，如图3所示。当螺栓受轴向工作载荷F作用时，其拉力由预紧力增加到总拉力。被联接件的压紧力减少到剩余预紧力。这时，螺栓伸长变形的增量，等于被联接件压缩变形的恢复，即，也就是说变形的关系是协调的。因此图3又称变形协调图。

图3

螺栓联接变形协调图力与变形之比称为刚度。为螺栓刚度；为被联接件刚度。称为螺栓的性对刚度。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，通常采用降低或增加的方法以降低载荷的变化值。2.主要公式螺栓联接的受力和变形，可用贴在试件上的电阻应变片，配以电阻应变仪加以测量。通常应变仪测量的是微应变，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：被联接件（套筒）压力为：螺栓伸长变形为：套筒压缩变形为：轴向工作载荷由测力环中百分表读数测出：式中：——测力环刚度，百分表1格；

——百分表读数，小格数。3.测试系统说明图41）测试系统原理如图4所示，图中为贴在螺栓或套筒上的电阻应变片，即受力应变片；为温度补偿片，贴在与螺栓材料相同的零件上；、共同组成外测量半桥。为应变仪的内半桥电阻，与、组成一个全桥。2）测量前应对电桥调平衡。当螺栓和被联接件受力时，则贴在其上的电阻应变片的电阻值将发生变化，即处的电位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，送转换成与模拟量对应的数字量，显示器显示螺栓或套筒的微应变量。四、实验步骤1.用型实验机进行实验（1）接线如图5所示

图5图中：1、2——螺栓受力应变片；

3、4——为螺栓、套筒公共温度补偿片；

5、6——套筒受力应变片。（2）实验步骤①按上图所示将线连好；②将实验机的螺栓联接处于卸载状态，测力环应处于无载状态，且把百分表调零。③打开应变仪电源，后面板开关打到半桥处。④按下“基0”开关，调节“电阻平衡”电位器，使其显示为。⑤按下“标定”开关，调节“灵敏度”电位器，使其显示为，并反复调平衡（零点）和定标。⑥加预紧力参照实验机结构原理说明，及如图2所示，松开手轮6，松开1，拧紧手轮9，使应变仪指示为，背紧1，松开手轮9，则预紧结束。⑦施加轴向载荷顺时针旋转手轮6，通过测力环对螺栓施加轴向工作载荷，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、20、30、40小格进行加载实验。通过切换开关分别记录螺栓、套筒的微应变值。⑧测试完毕后，卸去轴向工作载荷，卸去预紧力。2.用实验机进行实验（1）接线方法①将应变仪与预调相联接好。②将被测应变片引线A1BC（螺栓）、A2BC（套筒）分别与预调箱的1路、2路的A、B、C连接好。（2）实验步骤①使实验机两个手轮松开，即螺栓处于无载状态。②按下应变仪电源开关，分别按下“”、“”开关，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，使显示为0，则仪器调零结束。③加预紧力：转手轮1将切换开关到1路，按螺栓的应变值为左右进行预紧。切换开关打到2路，在记录下套筒的应变值。④加轴向载荷拧动手轮6，依次按百分表10、20、30、40小格进行加载，分别测量螺栓、套筒的微应变值。⑤卸载，