实验一螺栓联接实验实验目的1.测试螺栓组在翻转力矩作用下各螺栓的受力分析，绘出螺栓组受力分布曲线。2.测试螺栓组的相对刚度系数。3.掌握使用电阻应变仪测量机构机械测量的方法。实验设备二、1.螺栓组实验台本实验采用HT-1型螺栓组实验台和HT-2螺栓组实验台，它们都是由机座、托架（被联接件），螺栓组及加载装置等部分组成，其结构分别如下图1、图2所示。图示的两种实验台虽然外形结构不同，但工作原理完全相同。实验台中的螺栓组联接是采用10个相同的螺栓分两排均匀排列，将机座与托架联接起来而构成。加载装置是由两级杠杆和加载码组成，码重力W通过两级杠杆放大后作用于托架。使托架受到工作载荷一一翻转力矩作用。mb1-机座2-螺栓组1-机座2-加载码3-螺栓组4-垫块5-扛杆6-拉绳7-托架8-定滑轮3-扛杆4-托架5-加载码6-垫块图1HT-1型螺栓组实验台图2HT-2螺栓组实验台现将两种型号的实验台的已知参数列于下表：表1实验台原始参数表参数名称HT-1 型HT-2 型实验台型号螺栓中段直径d(mm)66.5螺栓材料弹性模量E(N/mm2)2.06X1053032相邻两螺栓中心间距r(mm)托架受力点距螺栓联接结合面距离210214H (mm)两级杠杆总传动比K10070
实验一 螺栓联接实验 一、 实验目的 1．测试螺栓组在翻转力矩作用下各螺栓的受力分析，绘出螺栓组受力分布曲线。 2．测试螺栓组的相对刚度系数。 3．掌握使用电阻应变仪测量机构机械测量的方法。 二、 实验设备 1．螺栓组实验台 本实验采用 HT-1 型螺栓组实验台和 HT-2 螺栓组实验台，它们都是由机座、托架（被联 接件），螺栓组及加载装置等部分组成，其结构分别如下图 1、图 2 所示。图示的两种实验台虽 然外形结构不同，但工作原理完全相同。实验台中的螺栓组联接是采用 10 个相同的螺栓分两排 均匀排列，将机座与托架联接起来而构成。加载装置是由两级杠杆和加载砝码组成，砝码重力 W 通过两级杠杆放大后作用于托架。使托架受到工作载荷——翻转力矩作用。 1-机座 2-加载砝码 3-螺栓组 1-机座 2-螺栓组 4-垫块 5-扛杆 6-拉绳 7-托架 8-定滑轮 3-扛杆 4-托架 5-加载砝码 6-垫块 图 1 HT-1 型螺栓组实验台 图 2 HT-2 螺栓组实验台 现将两种型号的实验台的已知参数列于下表： 表 1 实验台原始参数表 参数名称 实验台型号 HT-1 型 HT-2 型 螺栓中段直径 d(mm) 6 6.5 螺栓材料弹性模量 E(N/mm2 ) 2.06×105 相邻两螺栓中心间距 r(mm) 30 32 托架受力点距螺栓联接结合面距离 H（mm） 210 214 两级杠杆总传动比 K 100 70
35加载码重W（N)700660加载系统自重折算载荷O。（N）2.测试仪器本实验采用YJ-25型号静态电阻应变仪和其它配套的P20R-25型预调平衡箱进行测量。其面板示意图如下图3、图4所示。灵敏系数显示器基零基零平衡粗细测量开关电阻平衡0oYJ-25型静态电阻应变仪图3静态电阻应变仪面板图电阻平衡电位器P20R-25型预调平衡箱0000O切换开关0OOO0O0OO上海华东电子仪器厂00OOO图4P20R-25型预调平衡箱三、实验原理1、螺栓受力的测定螺栓组的每个螺栓上都粘贴上了电阻应变片，并接入测量电路中组成一测量电桥。本实验的测量电桥如图5所示。将贴在实验螺栓上的电阻应变片R作为电桥的一个桥臂。为了消除测量过程中因温度变化而造成的影响，用一个与R1相同的电阻应变片R2粘贴在补偿螺栓（补偿螺栓的材料，结构及所处环境温度均与实验螺栓完全相同）上作为测量电桥的另一个桥臂。另
加载砝码重 W（N） 35 70 加载系统自重折算载荷 Q0（N） 0 660 2．测试仪器 本实验采用 YJ-25 型号静态电阻应变仪和其它配套的 P20R-25 型预调平衡箱进行测量。其 面板示意图如下图 3、图 4 所示。 图 3 静态电阻应变仪面板图 图 4 P20R-25 型预调平衡箱 三、实验原理 1、螺栓受力的测定 螺栓组的每个螺栓上都粘贴上了电阻应变片，并接入测量电路中组成一测量电桥。本实验 的测量电桥如图 5 所示。将贴在实验螺栓上的电阻应变片 R1作为电桥的一个桥臂。为了消除测 量过程中因温度变化而造成的影响，用一个与 R1 相同的电阻应变片 R2 粘贴在补偿螺栓（补偿 螺栓的材料，结构及所处环境温度均与实验螺栓完全相同）上作为测量电桥的另一个桥臂。另
外两个桥臂是利用电阻应变仪内部的两个电阻R2和R4，从而使测量电桥构成半桥接法。当实验螺栓不受力时，调节可变电阻R2使电桥呈现平衡状态，即应变仪显示的读数为零，当实验螺栓受力发生变形后，贴在螺栓上的电阻应变片随着邮产生相同的线应变，线应变使电阻应变片的阻值发生变化，D电桥失去平衡，输出一电讯号，这一讯号经过放大、检波、转换等环节后输入显示器。因此，我们在应变仪显示器中可直接读出应变值，然后在根据虎克定律把应变转换为应力从而计算螺栓的受力F。即：1F==元dE·8x10-6(N)(1)4式中：d一一螺栓中段（贴应变片处）直径（mm）图5测量电桥E一一螺栓材料拉伸（压缩）弹性模量（N/mm2）e一一所测应变片值（ε）2.螺栓组载荷分布的测定在承受工作载荷之前，螺栓组各螺栓都已经受到一预紧拉力FM作用。加载时，码重力W通过两级杠杆放大K倍后作用于托架上，由于托架的受力点距螺栓组联接结合面有一段距离H，因此托架受到横向力Q及翻转力矩M作用。横向力与联接结合面的摩擦力相平衡，而翻转力矩M则使托架有绕其对称轴O一O翻转趋势。由于托架受到翻转力矩M的作用，使螺栓组的各螺栓分别受到大小不等方向不同的工作拉力F工作的作用。位于翻转轴线O一一O左侧的螺栓（如图4.6所示）由于受到工作载荷作用后，螺栓进一步拉紧，轴向拉力增大，螺栓所受总拉力F总大于预紧拉力F预，故F工作取正值。而位于翻转轴线O一O右侧的螺栓由于受到工作载荷作用后，螺栓被放松，轴向拉力减小，螺栓所受的总拉力F总小于预紧拉力F预，故F工作取负值。又因为位于翻转轴线两侧的螺栓是以翻转轴线O一一O为对称分布的，所以对称位置上的螺栓所受的工作载荷F工作大小应相同：即他们的大小可用如下方法求得。根据托架力平衡条件可得：MHQ=1Fr+Fr+Fr+Fr(2)2-72式中：F、F、F。、F,分别为第1个、第2个、第6个、第7个螺栓所受的工作拉力；r、r、r、r,分别为第1个、第2个、第6个、第7个螺栓轴线到翻转轴线0一一0的距离;H为托架受力点到螺栓组联接结合面的距离：
外两个桥臂是利用电阻应变仪内部的两个电阻 R2 和 R4，从而使测量电桥构成半桥接法。 当实验螺栓不受力时，调节可变电阻 R2 使电桥呈现平衡状态，即应变仪显示的读数为零。 当实验螺栓受力发生变形后，贴在螺栓上的电阻应变片随着 产生相同的线应变，线应变使电阻应变片的阻值发生变化， 电桥失去平衡，输出一电讯号，这一讯号经过放大、检波、 转换等环节后输入显示器。因此，我们在应变仪显示器中可 直接读出应变值ε，然后在根据虎克定律把应变转换为应力， 从而计算螺栓的受力 F。即： 2 6 10 4 1 − F = d E （N） （1） 式中： d——螺栓中段（贴应变片处）直径（mm） 图 5 测量电桥 E——螺栓材料拉伸（压缩）弹性模量（N/mm2） ε——所测应变片值（με） 2．螺栓组载荷分布的测定 在承受工作载荷之前，螺栓组各螺栓都已经受到一预紧拉力 FM 作用。加载时，砝码重力 W 通过两级杠杆放大 K 倍后作用于托架上，由于托架的受力点距螺栓组联接结合面有一段距离 H，因此托架受到横向力 Q 及翻转力矩 M 作用。横向力与联接结合面的摩擦力相平衡，而翻转 力矩 M 则使托架有绕其对称轴 O—O 翻转趋势。 由于托架受到翻转力矩 M 的作用，使螺栓组的各螺栓分别受到大小不等方向不同的工作拉 力 F 工作的作用。位于翻转轴线 O——O 左侧的螺栓（如图 4.6 所示）由于受到工作载荷作用后， 螺栓进一步拉紧，轴向拉力增大，螺栓所受总拉力 F 总大于预紧拉力 F 预，故 F 工作取正值。而位 于翻转轴线 O—O 右侧的螺栓由于受到工作载荷作用后，螺栓被放松，轴向拉力减小，螺栓所 受的总拉力 F 总小于预紧拉力 F 预，故 F 工作取负值。又因为位于翻转轴线两侧的螺栓是以翻转轴 线 O——O 为对称分布的，所以对称位置上的螺栓所受的工作载荷 F 工作大小应相同；即他们的 大小可用如下方法求得。 根据托架力平衡条件可得： 1 1 2 2 6 6 7 7 2 2 Fr F r F r F r M HQ = = + + + （2） 式中：F1、F2 、F6 、F7 分别为第 1 个、第 2 个、第 6 个、第 7 个螺栓所受的工作拉力； 1 r 、 2 r 、 6 r 、 7 r 分别为第 1 个、第 2 个、第 6 个、第 7 个螺栓轴线到翻转轴线 O——O 的距 离； H 为托架受力点到螺栓组联接结合面的距离；
Q为作用在托架受力点上的力，其大小为Q=KW+Q。（其中K为杠杆总传动比，W为码重，Q.为加载系统自重折算载荷）根据螺栓变形协调条件可得：F_F-F-F(3)rrrr由（4-2）、（4-3）式可得任意一位置螺栓所受的工作拉力：Q.H.rF(4)2(r'+r' +r' +r)-式中：F为第i个螺栓所受的工作拉力：Mr为第i个螺栓轴线距翻转轴线O一o的距离。图6的螺栓组布置图所示，第3个和第8个螺栓位于翻转轴线上，所以可以认为不受工作拉力。而实际上，随着机座和螺栓刚度不同，翻转轴线的位置将发生变动。C'o的测定3、螺栓相对刚度TTIC, +C螺栓的相对刚度与螺栓和被联接件的结构尺寸，材料及垫片工作载荷的作用位置等因素有关，其值可通过计算或实验确定。电电电电电To由螺栓的受力分析可知，对于承受预紧拉力和工作拉力的螺图6螺栓组布置图栓联接，由于螺栓和被联接件的弹性变形，螺栓所受的总拉力并等于预紧拉力与工作拉力之和，而是：CFFa=Fu+(5)工作C, +C,于是可得螺栓的相对刚度为：Fg-FC,(6)FIlC +C,式中：F、F预分别为螺栓所受总拉力和预紧拉力，其值可用实验所测得的该螺栓总应变8总和预紧应变8分别代入（1）式求得；
Q 为作用在托架受力点上的力，其大小为 Q = KW + Q0 （其中 K 为杠杆总传动比， W 为砝码重， Q0 为加载系统自重折算载荷） 根据螺栓变形协调条件可得： 7 7 6 6 2 2 1 1 r F r F r F r F = = = （3） 由（4-2）、（4-3）式可得任意一位置螺栓所受的工作拉力： 2( ) 2 7 2 6 2 2 2 1 r r r r Q H r F i i + + + = （4） 式中： Fi 为第 i 个螺栓所受的工作拉力； i r 为第 i 个螺栓轴线距翻转轴线 O—O 的距离。 图 6 的螺栓组布置图所示，第 3 个和第 8 个螺栓位于翻转轴 线上，所以可以认为不受工作拉力。而实际上，随着机座和螺栓 刚度不同，翻转轴线的位置将发生变动。 3、螺栓相对刚度 1 2 1 C C C + 的测定 螺栓的相对刚度与螺栓和被联接件的结构尺寸，材料及垫片， 工作载荷的作用位置等因素有关，其值可通过计算或实验确定。 由螺栓的受力分析可知，对于承受预紧拉力和工作拉力的螺 栓联接，由于螺栓和被联接件的弹性变形，螺栓所受的总拉力并 图 6 螺栓组布置图 等于预紧拉力与工作拉力之和，而是： 总 预 F工作 C C C F F 1 2 1 + = + （5） 于是可得螺栓的相对刚度为： 工作 总 预 F F F C C C − = 1 + 2 1 （6） 式中： F总 、 F预 分别为螺栓所受总拉力和预紧拉力，其值可用实验所测得的该螺栓总应 变 总 和预紧应变 预 分别代入（1）式求得；
F工作为该螺栓所受的工作拉力，其值可由（4）式求得。四、实验方法与操作步骤1.熟悉实验设备的结构及工作原理，做好实验前的准备。2.检查螺栓组的各螺栓是否放松，使各螺栓处于不受力状态，并将它们接入测量电路中。3.接通应变仪的电源，按下电源开关通电预热半小时。4.应变仪调零和标定1）将电桥盒（附件）接入应变仪后，面板上的预调箱插座，选择开关“电盒桥”档；前面板上的粗细按钮至“细”档。2）转动前面板上的灵敏系数旋钮，使其红刻度线对准“2.0”3）将“基零测量”按钮置于“基零”档，调节“基零平衡“电位器使显示器读数为零。4）将“基零测量”按钮置于“测量”档，，调节“电阻平衡“电位器使显示器读数为零。5）选择开关位置“标定“档，调节后面板上的“灵敏度”电位器，使显示读数为-10000。6）重复上述步骤1）至5），反复几次调平衡（零点）和标定（-10000με）5.测量系统调平衡（调零）1）拨下电桥盒插头，用专用连线连接应变仪和预调箱。2）应变仪的“基零测量”按钮置于“测量”档，选择位置开关置“转换箱“档。预调平衡箱的选择开关至“半桥”档位置。3）将预调平衡箱的切换开关分别置“1~10”档，调节相应的电位器，使应变仪显示读数均为0，并重复2~3次。6.逐个预紧10个实验螺栓（预调平衡箱的切换开关应旋至相应位置），使每个螺栓的预紧应变8均为300μ。（要反复调整数次才能达到）。7.加上码使螺栓组受到工作载荷的作用，待稳定后测出各螺栓的总应变8总并作好记录，卸去码。停歇半分钟左右，然后又加载、测应变、卸载如此进行共三次。8.卸去载荷后放松10个螺栓，关闭应变电源，整理好工具及场地五、操作注意事项1预紧螺栓时，要防止螺栓转动，以免损坏螺栓上的电阻应变片及其引出线，2.加载时，应使杠杆正确地通过支点传力，避免杠杆非支点处接触，保证载荷的准确性。3.加载码时要轻，以免造成冲击载荷。不能用手推加载杠杆，避免造成超载使螺栓断裂破坏
F工作 为该螺栓所受的工作拉力，其值可由（4）式求得。 四、实验方法与操作步骤 1．熟悉实验设备的结构及工作原理，做好实验前的准备。 2．检查螺栓组的各螺栓是否放松，使各螺栓处于不受力状态，并将它们接入测量电路中。 3．接通应变仪的电源，按下电源开关通电预热半小时。 4．应变仪调零和标定 1）将电桥盒（附件）接入应变仪后，面板上的预调箱插座，选择开关“电盒桥”档；前面板 上的粗细按钮至“细”档。 2） 转动前面板上的灵敏系数旋钮，使其红刻度线对准“2.0” 3） 将“基零测量”按钮置于“基零”档，调节“基零平衡“电位器使显示器读数为零。 4） 将“基零测量”按钮置于“测量”档，调节“电阻平衡“电位器使显示器读数为零。 5） 选择开关位置“标定“档，调节后面板上的“灵敏度”电位器，使显示读数为-10000。 6） 重复上述步骤 1）至 5），反复几次调平衡（零点）和标定（-10000με） 5．测量系统调平衡（调零） 1）拔下电桥盒插头，用专用连线连接应变仪和预调箱。 2）应变仪的“基零测量”按钮置于“测量”档，选择位置开关置“转换箱“档。预调平衡箱 的选择开关至“半桥”档位置。 3）将预调平衡箱的切换开关分别置“1~10”档，调节相应的电位器，使应变仪显示读数均 为 0，并重复 2~3 次。 6．逐个预紧 10 个实验螺栓（预调平衡箱的切换开关应旋至相应位置），使每个螺栓的预紧应 变 预 均为 300με。（要反复调整数次才能达到）。 7．加上砝码使螺栓组受到工作载荷的作用，待稳定后测出各螺栓的总应变 总 并作好记录， 卸去砝码。停歇半分钟左右，然后又加载、测应变、卸载如此进行共三次。 8．卸去载荷后放松 10 个螺栓，关闭应变电源，整理好工具及场地。 五、操作注意事项 1．预紧螺栓时，要防止螺栓转动，以免损坏螺栓上的电阻应变片及其引出线。 2．加载时，应使杠杆正确地通过支点传力，避免杠杆非支点处接触，保证载荷的准确性。 3．加载砝码时要轻，以免造成冲击载荷。不能用手推加载杠杆，避免造成超载使螺栓断裂破 坏