课程名称：机械基础实验2（项目四） 实验名称：螺栓组及单螺栓联接综合实验
一、实验目的
现代各类机械工程中广泛应用螺栓组机构进行联接。如何计算和测量螺栓受力情况及静、动态性能参数是工程技术人员面临的一个重要课题。本实验通过对一螺栓组及单个螺栓的受力分析，要求达到下述目的： 1、螺栓组试验
（1）了解托架螺栓组受翻转力矩引起的载荷对各螺栓拉力的分布情况。 （2）根据拉力分布情况确定托架底板旋转轴线的位置。 （3）将实验结果与螺栓组受力分布的理论计算结果相比较。 2、单个螺栓静载试验
了解受预紧轴向载荷螺栓联接中，零件相对刚度的变化对螺栓所受总拉力的影响。
3、单个螺栓动载荷试验
通过改变螺栓联接中零件的相对刚度，观察螺栓中动态应力幅值的变化。
二、实验设备和工具
1、LSC-II螺栓组及单螺栓联接综合实验台。该型实验台由两部分构成，一部分承担螺栓组实验，另一部分承担单螺栓实验。 2、定力矩扳手
三、试验台结构与工作原理
（一）螺栓组试验台结构与工作原理 1. 螺栓组试验台结构
螺栓组试验台的结构如图4-1所示。图中1为托架，在实际使用中多为水平放置，为了避免由于自重产生力矩的影响，在本试验台上设计为垂直放置。托架以一组螺栓3联接于支架2上。加力杠杆组4包含两组杠杆,其臂长比均为1:10，则总杠杆比为1:100，可使加载砝码6（砝码连同挂钩的重量为3.754kg）产生的力放大到100倍后压在托架支承点上。螺栓组的受力与应变转换为粘贴在各螺栓中部应变片8的伸长量，用变化仪来测量。应变片在螺栓上相隔180°粘贴两片，
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输出串接，以补偿螺栓受力弯曲引起的测量误差。引线由孔7中接出。
图4-1 螺栓组试验台
2. 螺栓组试验台工作原理
加载后，托架螺栓组受到一横向力及力矩，与接合面上的摩擦阻力相平衡。而力矩则使托架有翻转趋势，使得各个螺栓受到大小不等的外界作用力。根据螺栓变形协调条件，各螺栓所受拉力F（或拉伸变形）与其中心线到托架底版翻转轴线的距离L成正比。即：
F1F2? （4-1） L1L2
式中：
F1，F2---安装螺栓处由于托架所受力矩而引起的力（N）； L1，L2---从托架翻转轴线到相应螺栓中心线间的距离（mm）。 本试验台中第2、4、7、9号螺栓下标为1；第1、5、6、10号螺栓下标为2；第3、8号螺栓距托架翻转轴线距离为零（L=0）。根据静力平衡条件得：
M?Qh0?FiLii?1i?10 （4-2）
M?Qh0?2?2F1L1?2?2F2L2(N?mm) （4-3） 式中：
Q---托架受力点所受的力（N）
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，见图4-2。 h0---托架受力点到接合面的距离（mm）
图4-2 螺栓组的布置
本实验中取Q=3500N；h0=210mm；L1=30 mm；L2=60 mm。则第2、4、7、9号螺栓的工作载荷为：
F1?Qh0L1 (N) （4-4） 222?2(L1?L2)
第1、5、6、10号螺栓的工作载荷为：
F2?（1）螺栓预紧力
本实验是在加载后不允许联接接合面分开的情况下来预紧和加载的。联接在预紧力的作用下，其接合面产生挤压应力为：
Qh0L2(N) （4-5） 22?2(L1?L2)2Qp?ZQo （4-6） A悬臂梁在载荷Q力的作用下，在接合面上不出现间隙，则最小压应力为：
ZQoQh0??0 （4-7） AW式中：
Q0---单个螺栓预紧力（N）；
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Z---螺栓个数，Z=10；
A---接合面面积，A=a(b-c) (mm)2； W---接合面抗弯截面模量，
a2(b?c) W = ( mm3)
b 上式中，a=160 mm； b=105 mm；c =55mm。
6Qho因此，Q0? （4-8）
Za为保证一定安全性，取螺栓预紧力为：Q0?(1.25~1.5)（2）螺栓的总拉力
在翻转轴线以左的各螺栓（4、5、9、10号螺栓）被拉紧，轴向拉力增大，其总拉力为
Qi?Q0?Fi6Qho。 ZaCL （4-9）
CL?CF在翻转轴线以右的各螺栓（1、2、6、7号螺栓）被放松，轴向拉力减小，总拉力为：
Qi?Q0?Fi式中：
CL （4-10）
CL?CFCL----螺栓的相对刚度；
CL?CF CL---螺栓刚度；
CF----被联接件刚度。
（二）单螺栓试验台结构及工作原理
单螺栓试验台部件的结构如图4-3所示。旋动调整螺帽1，通过支持螺杆2与加载杠杆8，即可使吊耳3受拉力载荷，吊耳3下有垫片4，改变垫片材料可以得到螺栓联接的不同相对刚度。吊耳3通过被试验单螺栓5、紧固螺母6与机
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座7相联接。电机9的轴上装有偏心轮10，当电机轴旋转时由于偏心轮转动，通过杠杆使吊耳和被试验单螺栓上产生一个动态拉力。吊耳3与被试验单螺栓5上都贴有应变片,用于测量其应变大小。调节丝杆11可以改变小溜板的位置，从而改变动拉力的幅值。
图4-3 单个螺栓试验台
四、实验步骤
（一）螺栓组静载实验
1、启动
启动螺栓实验应用程序进入程序主界面，图4-4为程序主界面；然后点击进入“螺栓组平台”，图4-5为螺栓组实验平台界面。
图4-4 螺栓教学综合实验系统程序主界面
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