实验二 螺栓组联接实验
一、实验目的
1、实测受翻转力矩作用下螺栓组联接中各螺栓的受力情况。
2、深化课程学习中对螺栓组联接螺栓实际受力分析的认识。
3、熟悉电阻应变测量方法。
二、实验设备
采用多功能螺栓组联接实验台进行试验,实验台的结构示意图如图1所示。机座1与被联接件4用双排共10个螺栓2加予紧力联接,联接面之间加橡皮或其它材料的垫片8,通过杠杆加载系统6(1:75增力)和外加砝码7使被联接件受到翻转力矩作用,从而螺栓组联接各螺栓的受力就发生变化。螺栓的受力大小是通过贴在螺栓上的电阻就变片来测量的。
1、机座 2、螺栓 3、测试梁 4、被联接件 5、测试齿 6、杠杆系统 7、砝码 8、垫片
图1 实验台结构示意图
为了便于测试,实验台螺栓设计成细而长的试验螺栓,每个螺栓上都有贴有电阻应片。可在螺栓测试部位的任一侧贴切一个电阻片或在对称的两侧各贴一个电阻片,如图2所示。
三、实验方法和步骤
1、仪器联线
用导线从试验台上的接线柱上把各螺栓的应变片引出端以及补偿片的联线接到电阻应变仪的接线箱(予调平衡箱上)。采用半桥测量方法:如每个螺栓上只贴一个应变片,其联线如图3所示;如每个螺栓上其对称的两则各贴一个应变片,其联线如图4所示。后者可消除螺栓偏心受力的影响。
2、螺栓初予紧
先把图2中所示的左端各个螺帽Ⅰ用手尽力拧紧,然后,再把右端的各个螺帽Ⅱ也用手力尽力拧紧。在此之前,应抬起杠杆加载系统,不使加载系统的自重加到螺栓组联接件上。(注意)在实验前,如螺栓已经受力,应将其拧松后再作初予紧。
3、应变测量点予调平衡
在各螺栓初予紧后,以此作为初始状态,进行各螺栓应变测量的“调零”(予调平衡),把各应变测量点都尽可能调到“零”读数。
图2 实验螺栓安装及贴片图
图3 单片测量联线图 图4 双片测量联线图
4、安装并调整杠杆加载系统
安装调整后,加载杠杆一般会呈向右倾斜状态。
5、螺栓加予紧力Qp
给各螺栓加上尽可能相同的一定量的予紧力。予紧时,用板手拧右端的螺帽Ⅱ来加予紧力。因为螺栓的右端有一段为 形断面,它与联接件的矩形沟槽相配,可以防止螺栓予紧时受到扭力作用。在予紧过程中,各螺栓的予紧力会相互影响,所以,应先后交叉并重复对螺栓进行予紧,使各螺栓都予紧到接近相同的设定予应变量(ε予=300~400με)。
为此,要反复调整5~6次或更多次数。予紧时,用电阻应变仪来监测。
螺栓予紧完毕后,即可在杠杆加载系统上挂上砝码P进行测试。
加载后,在电阻应变仪上逐点测出各螺栓在翻转力矩M=PL作用下的总应变值,并记入试验记录表。
(注意)加载后,任一个螺栓的总应变值(予紧应变+工作应变)不应超过允许的最大应变值(εmax≤800με)以免螺栓超载损坏。
四、实验结果处理和分析
1、根据实测结果,计算出在翻转力矩作用后螺栓的实测总拉力Q的大小和拉力增量△F=Q-QP的受力图。
(1)各螺栓的总拉力Qi
Qi=E×εi×S
式中:E——螺栓材料的弹性模量[Gpa];
S——螺栓测试段的截面积[m2];
εi——第i个螺栓在翻转力矩作用下的总拉应变量[με]
(2)各螺栓的拉力增量△F
△Fi= E×△εi×S
式中:△εi——在翻转力矩作用下的第i个螺栓的拉应变增量。
(注)也可以用△Fi =Qi-QP来计算,式中QP为螺栓的予紧力。
(3)绘出螺栓受力图
如图5:
2、根据螺栓组联接的简单理论分析计算方法(作了简化和假设),计算出在翻转力矩作用下,被联接件传给各螺栓的工作力的大小,并绘出它们的分布图。
图5 螺栓受力图
图6 螺栓的工作力分布图
F1=F6=M/(r+r+。。。。。。+r)
F2=F7=F1/2
F3=F8=0
F4=F9=--F1/2
F5=F10=-F1
式中:r1,r2,。。。。。。,r10为各螺栓中心至翻转中心轴线的垂直距离。
工作力F的分布图(如图6)
3、分析讨论