实验一：螺栓联接变形协调实验

一、实验目的

验证预紧螺栓联接受轴向工作载荷作用时，在弹性极限内，螺栓与被联接件受力及变形协调规律；测量联接系统刚度等于联接件与被联接件刚度之和，即：

螺栓伸长变形的增量△λ1等于被联接件压缩变形的恢复量△λ2，即△λ1=△λ2，符合变形协调规律。(见图1-1)

螺栓总拉力为Q等于被联接件剩余预紧力Qˊp与工作拉力F之和。

即Q=Qˊp+F(见图1-1)

图1-1螺栓联接受力变形图             图1-2螺栓联接系统刚度

测量系统刚度C等于螺栓刚度C1与被联接件刚度C2之和，即C=C1+C2

联接系统刚度C定义为轴向工作载荷F与△λ1或△λ2之比，即C=（F/△λ1）。

在Δdho2中，hg/ho2=eg/do2,在Δado2中，ab/ad=bf/do2,

因为hg/ho2=ab/ad,所以bf=eg

则：C=F/（△λ1）=bf/(hg)=eg/(hg)=do2/(ho2)=FK/λm

式中：Fk=tgd1*(λb+λm)

所以 C=tgd1(λb+λm)/ λm =tgd1+Fˊ/λm = tgd1+tgd2 =C1+C2

二、实验设备及工作原理

1. 单螺栓连接实验台（如图1-3所示）

图1-3 单螺栓连接实验台结构

1-电机 2-箱体 3-螺栓扭矩测点 4-八角环 5-螺栓拉力 6-上板 7-千分表（被联接件） 8-千分表（螺栓） 9-螺栓、螺母、垫片 10-八角环压力测点 11-锥塞 12-挺杆 13-挺杆压力测点 14-下板 15-实心扳手 16-手轮

1) 联接部分包括M16空心螺栓、大螺母和垫片组组成。空心螺栓贴有侧拉力和扭矩的两组应变片，分别测量螺栓在拧紧时所受预紧拉力和扭矩。空心螺栓的内孔中装有双头螺柱，拧紧或松开其上的小螺母即可改变空心螺栓的实际受载界面积，以达到改变联接件刚度的目的。

2) 被联接件部分有上板、下板和八角环组成，八角环上贴有应变片组，测量被联接件受力的大小，中部有锥形孔，插入或拔出锥塞即可改变八角环的受力，以改变被联接件系统的刚度。

3) 加载部分由蜗轮、蜗杆、凸轮、挺杆和弹簧组成，挺杆上贴有应变片，用以测量所加工作载荷和大小，蜗杆一端与电机相联，另一端装有手轮，启动电机或转动手轮使挺杆上升或下降，以达到加载、卸载（改变工作载荷）的目的。

2.静态电阻应变仪

实验台各被测件的应变量用电阻应变仪测量，通过标定或计算机可换算出各部分的大小。应变仪采用了包含测量桥和读数桥的双桥结构。各测点均采用箔式电阻应变片，其阻值为120，灵敏系数k=2.20。

三、实验方法与步骤

1）转动手轮（单方向），使挺杆降下，处于卸载位置，手拧大螺母至刚好与垫片组接触，（预紧初始值）螺栓不能有松动的感觉。千分表调零，并保证千分表长指针有一圈的压缩量。

2）转动静态电阻应变仪的转换开关至相应测点，用螺丝刀调节电阻平衡电位器，使各测点的应变显示数字为零。

3）  进入静态螺栓界面，点击开始测，试单击“清零”键；

4）  用扭力矩扳手预紧被试螺栓，当扳手力矩为30～40N时，取下扳手，完成螺栓预紧。

5）  在静态螺栓界面，将将千分表测量的螺栓拉变形和八角环压变形值输入到相应的“千分表值输入”框中。

6）  单击“预紧测试”键，对预紧的数据进行采集和处理，调整标定值重复预紧测试使理论值和实际值相接近，并且记录数据。

7）  用手将实验台上手轮逆时钟（面对手轮）旋转，使挺杆上升至一定高度，对螺栓轴向加载，加载高度≤16mm。高度值可通过塞入φ16mm的测量棒确定，然后将千分表测到的变形值再次输入到相应的“千分表值输入”框中。

8）  单击“加载测试”键进行轴向加载的数据采集和处理。

9）  单击“实测曲线”键，做出螺栓联接对受力和变形的实测综合变形图。

10）  单击“理论曲线”键，做出螺栓联接的受力和变形的理论曲线图形。

11）  记录数据。

12）  完成上述操作后，静态螺栓联接实验结束，单击“返回”键，可返回主界面。

四、实验要求

课内记录实验数据和测试过程，课后根据实验数据作出分析和结论，回答思考题，完成实验报告。

简答题：

1. 螺母拧紧后又加工作载荷的螺栓连接中，螺栓所受总拉力是否等于预紧力加工作载荷？应该怎样确定？

2. 从实验中可以总结出那些提高螺栓联接强度的措施？

第二篇：螺栓连接性能测试实验