【正文】 接合面的形心重合，承載后結(jié)合面仍保持為平面。下面正對典型的受載荷情況分別加以討論。 受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接安裝時(shí)，螺栓受到擰緊力F’，工作時(shí)螺栓組成受軸向載荷。假設(shè)各螺栓受載均勻，每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為： 每個(gè)螺栓所承受總拉力為： 式中： Z—— 螺栓組的個(gè)數(shù)。 受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接對于受拉的普通螺栓聯(lián)接，設(shè)計(jì)時(shí)通常以連接的結(jié)合面不滑移作為計(jì)算準(zhǔn)則，在橫向載荷F作用下，各螺栓所承受的工作載荷是均等的，因此對于普通螺栓聯(lián)接應(yīng)保證連接預(yù)緊后，結(jié)合面所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷。假設(shè)各螺栓所需要的預(yù)緊力為F’，螺栓數(shù)目為，則其平衡條件為： 或： 式中： f —— 結(jié)合面間摩擦系數(shù)； m—— 結(jié)合面面數(shù)； Kf—— 防滑系數(shù)；這種靠摩擦傳遞橫向載荷時(shí)的受拉螺栓連接的主要缺點(diǎn)是所需的預(yù)緊力很大。 受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接在轉(zhuǎn)矩T的作用下，底板將繞過螺栓組對成中心并于結(jié)合面垂直的軸線轉(zhuǎn)動，其傳動方式和受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接相同。此載荷可通過受拉或受剪螺栓聯(lián)接來傳遞。 ：采用受拉的普通螺栓聯(lián)接時(shí)，靠連接預(yù)緊后的在結(jié)合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(zhuǎn)矩T。由于各螺栓所授予緊力相同，則各螺栓連接處產(chǎn)生的摩擦力均相等。根據(jù)作用在底板上的力矩平衡條件，應(yīng)有：由上式可得各螺栓所需要的預(yù)緊力為： 式中： f —— 結(jié)合面的摩擦系數(shù)； rz—— 各螺栓中心至底板旋轉(zhuǎn)中心的距離； 受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接為更進(jìn)一步的理解螺栓所受傾覆力矩，下圖為受傾覆力矩的底板螺栓組聯(lián)接，借此分析螺栓的受力。假設(shè)底板為剛體，在傾覆力矩M的作用下結(jié)合面保持平面。并且底板有繞對稱軸線OO翻轉(zhuǎn)的趨勢，對稱軸線左側(cè)的螺栓被擰緊時(shí)螺栓的軸向力增大；而對稱軸線右側(cè)的螺栓被放松時(shí)使螺栓的預(yù)緊力F’減小。即在此翻轉(zhuǎn)力矩M的作用下，引起左側(cè)和右側(cè)各螺栓產(chǎn)生工作載荷Fi，其對OO軸線力矩之和必與此翻轉(zhuǎn)力矩M相平衡，則： (a) 根據(jù)螺栓變形協(xié)調(diào)條件，各螺栓的拉伸變形量與軸線到螺栓組對稱軸線OO的距離成正比，因?yàn)楦髀菟ǖ睦靹偠认嗤?，所以左?cè)和右側(cè)螺栓的工作載荷Fi與這個(gè)距離成正比。于是有： (b) 式中： Fmax—— 受力最大螺栓的工作拉力； Lmax—— 受力最大螺栓至軸線OO的距離。由式（b）代如（a），并經(jīng)整理，得受力最大螺栓所受的工作拉力為： 對于受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接，應(yīng)保證結(jié)合面不會因擠壓應(yīng)力過大而壓潰，并要使結(jié)合的最小擠壓應(yīng)力大于零。在實(shí)際的使用中，螺栓組聯(lián)接所受的工作載荷通常是以上四種簡單受力狀態(tài)的不同組合。在螺栓組聯(lián)接中不管受力狀態(tài)如何復(fù)雜都簡化成上述四種簡但得受力狀態(tài)，再按力的疊加原理算出螺栓受力。求出受力最大螺栓及其受力值以后，即可進(jìn)行單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。須注意的是，對于松連接螺栓，只受啦伸外載荷F，則應(yīng)以F為載荷進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，對于受橫向載荷的普通螺栓組聯(lián)接和受扭傳力矩的受拉普通緊螺栓組，螺栓只受預(yù)緊力F’，’為載荷進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算， 對于受軸向載荷的普通緊螺栓聯(lián)接和授傾覆力矩的普通緊螺栓組聯(lián)接，螺栓受預(yù)緊力和工作載荷， F0為載荷進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算， 對于受剪的鉸制孔螺栓聯(lián)接和受扭轉(zhuǎn)力矩的受剪鉸制孔螺栓組聯(lián)接，則應(yīng)以螺栓所受的剪力（或擠壓力）進(jìn)行擠壓和剪切強(qiáng)度計(jì)算。第三章 螺栓組實(shí)驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本章介紹的主要內(nèi)容有：試驗(yàn)機(jī)的型式、載荷施加方式、試驗(yàn)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)地功能、被聯(lián)接件的型式等。其中，以載荷的施加方式內(nèi)容是主要內(nèi)容。其他內(nèi)容作一般介紹。 實(shí)驗(yàn)機(jī)的型式一般情況之下，多功能螺栓組實(shí)驗(yàn)臺有臺式和立式之分，本次參考的是臺式。選擇臺式結(jié)構(gòu)主要原因有：㈠ 對加載裝置的分析，如果實(shí)驗(yàn)臺的底座設(shè)計(jì)的較低的話，在整臺試驗(yàn)機(jī)在沒有別的支撐時(shí)，會造成操作面過低，帶來工作上的不方便；若降低座設(shè)計(jì)的較高的話，則會造成材料上的浪費(fèi)，會制造成本的增加，導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)性較差。比較這兩點(diǎn)，本設(shè)計(jì)會選擇低底座，在我們作實(shí)驗(yàn)時(shí)，可將該實(shí)驗(yàn)機(jī)放上實(shí)驗(yàn)臺上，以此來增高其操作面，降低制造成本。㈡ 從對空間里用來分析，無論是臺式還是立式。在實(shí)驗(yàn)機(jī)下方都將有空閑的空間。但臺式試驗(yàn)機(jī)的空間會比立式占用的空間要小。本著充分利用空間的思想，可以考慮將液壓系統(tǒng)在加載時(shí)將產(chǎn)生不小的沖擊及振動，這對實(shí)驗(yàn)機(jī)造成一定的誤差，故液壓系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)機(jī)主體之間有一定的距離，并適當(dāng)采取一些減震與隔離的措施。從上述可以知道，我們會選用臺式的試驗(yàn)機(jī)。 加載方式的選擇載荷施加的常有方式有液壓加載和機(jī)械加載?？紤]兩種加載方式的優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)會采用液壓加載方式。機(jī)械加載的優(yōu)點(diǎn)是加載裝置的制造成本較低；缺點(diǎn)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，從而造成的誤差也就會較大。而液壓加載裝置則是相反的，它的結(jié)構(gòu)簡單而緊湊，其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾項(xiàng)：（1） 多數(shù)液壓系統(tǒng)元件以實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化；（2） 液壓加載裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊；（3） 液壓系統(tǒng)操做方便簡單，使用壽命長；（4） 液壓系統(tǒng)已于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；（5） 液壓系統(tǒng)傳動簡單，加載較精確，試驗(yàn)誤差較??；（6） 液壓加載裝置的傳動比較穩(wěn)，主要表現(xiàn)在重量輕、慣性小、 反應(yīng)快，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向；（7） 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造和維修也較為方便簡單； 但是液壓系統(tǒng)也有其缺點(diǎn)：一般的液壓元件的造價(jià)都比較貴。所以在制造成本上會有相對的提高，而且液壓系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，檢測、排除故障都相對較困難。 比較機(jī)械加載與液壓加載方式，考慮到本次設(shè)計(jì)的要求，本次設(shè)計(jì)采用液壓加載方式。 載荷的施加載荷的類型由單一載荷（基本載荷）和復(fù)合載荷(組合載荷）。具體形式由拉伸、剪切、扭轉(zhuǎn)和傾覆力矩這四種，單一載荷與上述四種基本載荷的任意組合可組成復(fù)合載荷。本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺中采用了如下圖的方式：液壓缸向下拉動與托架連接的螺紋連接塊，從而使托架左端向下移動，由于托架為剛性幾乎不產(chǎn)生變形，故而與剛性框架連接的螺栓產(chǎn)生拉伸變形，達(dá)到了加載的目的。 聯(lián)接形式在前面的章節(jié)中，已經(jīng)對螺栓的形式作了介紹，下面就連接件與被聯(lián)接件作詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明：對于聯(lián)接件，與之相配的螺母強(qiáng)度等級為5級。對于被連接，主要有以下部分組成：框架部分，；托架。以上部分均借鑒機(jī)械實(shí)驗(yàn)室同類設(shè)計(jì)部件。下面分別介紹： 框架部分 考慮到加載的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)在整體上必須是一體，這樣可以減小在加載時(shí)的變形，增加被聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)剛度，減小試驗(yàn)誤差。還要考慮到貼片的方便。所以在盡量保證結(jié)構(gòu)剛度的條件下，設(shè)計(jì)成下圖形狀。 框架結(jié)構(gòu) 被聯(lián)接件部分 其要保證連接面大小吻合和平整的要求，為了使活塞桿有足夠的接觸面和加載時(shí)保持載荷的穩(wěn)定性，必須使被連接部位的剛度得以保證，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)加載傾覆力矩時(shí)，各螺栓受力變形成對稱布置，有利于錯(cuò)誤分析，設(shè)計(jì)成如下圖。圖 第四章 設(shè)計(jì)方案的確定一個(gè)好的設(shè)計(jì)應(yīng)該要從技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、操做方便和維修方便，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠。除了要達(dá)到這幾個(gè)方面的要求，技術(shù)上的問題以外，還必須要具有正確的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)然，要想達(dá)到這些要求是需要一個(gè)過程的，我們應(yīng)努力縮短這個(gè)還應(yīng)指出，一個(gè)涉及良好的液壓系統(tǒng)，往過程往不是一次就可以完成的，而需要經(jīng)過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的反復(fù)檢驗(yàn)不斷的調(diào)整和修改內(nèi)容才能逐步達(dá)到完善。由于具體條件的不同，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟不可能是固定不變的，通常總要把前后步驟反復(fù)交叉進(jìn)行，不斷的調(diào)整和修改設(shè)計(jì)內(nèi)容。但是一般來講，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程基本上包括以下幾個(gè)基本步驟：擬定系統(tǒng)步驟方案，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟不可能是固定不變的；系統(tǒng)的計(jì)算；各種系統(tǒng)元件的選擇或設(shè)計(jì)；對系統(tǒng)進(jìn)行必要的驗(yàn)算；繪制正是的裝配圖和液壓系統(tǒng)圖等。在擬定系統(tǒng)方案以前，必須要明確哪些工做機(jī)構(gòu)需要用液壓系統(tǒng)來完成，哪些工作機(jī)構(gòu)應(yīng)用其他傳動方式去完成更合理。千萬不要一味盲目的追求“全液壓化”。因?yàn)楸M管液壓傳動具有一系列的優(yōu)點(diǎn)。但它在某些方面也會有缺陷，亦不如其他傳動方式。如能綜合運(yùn)用各種傳動方式，注意揚(yáng)長避短，設(shè)計(jì)出的機(jī)器才會是先進(jìn)的和合理的。首先要調(diào)整和了解清楚所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，其液壓系統(tǒng)眼完成的工作任務(wù)是傳動還是控制。在本設(shè)計(jì)中液壓系統(tǒng)的工作任務(wù)是傳動； 明確工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式，使直線往復(fù)運(yùn)動、回轉(zhuǎn)運(yùn)動還是擺動，以確定選用什么形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)———油缸、油馬達(dá)或是擺動油缸，本設(shè)計(jì)的工作機(jī)構(gòu)均是直線運(yùn)動，故而選用油缸； 明確系統(tǒng)所需執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)量、動作順序、相互之間的位置關(guān)系以及自動化程度要求、精度要求等，以及確定采用什么控制方式，本液壓系統(tǒng)采用一個(gè)定量泵，系統(tǒng)中用一個(gè)油缸作為執(zhí)行元件。 明確系統(tǒng)對安全保護(hù)的要求程度，以便選用必要的合理的安全裝置和措施；明確系統(tǒng)對傳動精度和質(zhì)量的要求，如平衡性、準(zhǔn)確性、效率等。一邊決定系統(tǒng)選用的元件精度和基本回路的形式，還要明白系統(tǒng)的工作環(huán)境情況，如高溫、低溫、潮濕、灰塵、振動、腐蝕等因素，以便采取相應(yīng)的特殊措施，還要知道設(shè)備是固定使用還是行走使用等。由于在第三章中比較了液壓加載和機(jī)械加載的優(yōu)缺點(diǎn)，從而確定選擇了液壓加載方式，在本設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)機(jī)中，對系統(tǒng)主要有以下幾點(diǎn)要求：（1） 主機(jī)的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等。（2） 液壓系統(tǒng)必須完成那些動作，其先后順序以及彼此之間的連鎖關(guān)系；（3） 液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式及運(yùn)動速度；（4） 對調(diào)速、調(diào)壓范圍，運(yùn)動平穩(wěn)性，轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；（5） 各種動作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；（6） 實(shí)現(xiàn)自動化控制的程序，操作可靠的要求；（7） 對防塵、防凍、噪聲、安全可靠的要求；（8） 對效率等方面的要求；綜上所述，在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，主要針對以下幾點(diǎn)基本要求：（1） 對于液壓缸而言，其完成得使直線往復(fù)運(yùn)動，所以選擇普通的活塞液壓缸進(jìn)行加載。其動作主要是在液壓缸動作的同時(shí)進(jìn)行加載。（2） 由于活塞運(yùn)動距離較短，所以多液壓活塞的運(yùn)動速度并沒有較高的要求。雖然在理論上是動加載，但其速度小，行程小，故可以將其作靜加載看待，運(yùn)動也相對比較穩(wěn)定。（3） 采用電磁控制，就能較簡單地實(shí)現(xiàn)控制的自動化、簡便性；（4） 工作環(huán)境是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，能提供較好的工作環(huán)境，所以由于外界條件限制的因素，可以不予考慮。（5） 液壓系統(tǒng)的元件由于去結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造精度高，所以成本也相對高，但可以通過選用通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的替代遠(yuǎn)見。這樣可實(shí)現(xiàn)同樣的功能而精低成本。如上節(jié)所述，液壓傳動系統(tǒng)有一個(gè)定量泵，一個(gè)油箱，一個(gè)油缸。在明確了液壓系統(tǒng)要完成的任務(wù)和要求的基礎(chǔ)上，粗略的計(jì)算一下系統(tǒng)的輸出功率，便可以確定液壓系統(tǒng)的基本形式，包括以下幾個(gè)具體內(nèi)容：1. 選用開式系統(tǒng)或是閉式系統(tǒng)通常對于固定是機(jī)械總是采用開式系統(tǒng)，及系統(tǒng)中包含一個(gè)主油箱，作為油液循環(huán)的開口環(huán)節(jié)，有利于油液的冷卻和凈化，但不夠緊湊，考慮到實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用開式系統(tǒng)。2. 選用油泵的類型目前，液壓系統(tǒng)應(yīng)用最普遍的油泵有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。一般情況下，中低壓系統(tǒng)多使用齒輪泵和葉片泵，而高壓系統(tǒng)則主要使用各種柱塞泵。當(dāng)然，這種劃分并非絕對。本系統(tǒng)是中低壓系統(tǒng)，因此采用葉片泵。3. 選用油缸或油馬達(dá)一般來說，工作機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動的，都選用各種油缸驅(qū)動；做回轉(zhuǎn)運(yùn)動的，大都選用各種油馬達(dá)驅(qū)動；做擺動運(yùn)動的，則選用各種擺動油缸驅(qū)動。同樣，這也不是絕對的，例如，對于那些形成長的直線運(yùn)動或要求唯一準(zhǔn)確的直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)，也可采用油馬達(dá)徑向絲杠傳動。本設(shè)計(jì)中只有直線往復(fù)運(yùn)動，故采用油缸。4. 確定控制方式控制方式從不同的角度來分，可有手動、機(jī)動、氣動、電動、液動、電液動等；也可分為壓力控制、形成控制；還可分為內(nèi)控制和外控制等；就競選用那種方式，應(yīng)視系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)、功率范圍、精度要求、自動化程度、能源形勢、使用的場合以及機(jī)器使用的頻率程度和利用率等因素而定，本設(shè)計(jì)采用電液動結(jié)合的控制方式。常用的工作液體有礦物油、合成油和水乳油。液壓傳動系統(tǒng)幾乎都采用前兩種油液，特別是各種礦物油，它既可滿足一般液壓系統(tǒng)的要求，價(jià)格又便宜；合成油液具有優(yōu)良的品質(zhì)指標(biāo)和特殊物質(zhì)，但目前產(chǎn)量較少，成本高，不宜多用，常用于某些有專門技術(shù)要求的精密系統(tǒng)中?？傊?，在滿足要求的前提下，盡量選擇價(jià)格便宜的一半的工作液體，不可優(yōu)才劣用，造成浪費(fèi)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，選擇一般的普通液壓油。第五章 實(shí)驗(yàn)臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)分析 明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)時(shí)教學(xué)用的實(shí)驗(yàn)儀器，主要測式的是螺栓的拉伸變形試驗(yàn)，用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，本系統(tǒng)中主體為螺栓組，由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)加載，液壓系統(tǒng)地執(zhí)行元件為單作用活塞缸，能源裝置為液壓泵站。液壓缸采用豎直安裝，活塞桿工作時(shí)承受拉應(yīng)力。 確定螺栓的主要參數(shù) 確定螺栓的基本數(shù)據(jù)常用的螺栓材料有Q212Q335和45鋼，本設(shè)計(jì)中螺栓無特殊用途，根據(jù)工作條件，選擇常用材料45鋼。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得其力學(xué)性能為： 設(shè)計(jì)中取螺栓的直徑為： d=10mm選取螺栓數(shù)目為： 14對鋼質(zhì)螺栓：式中： [σ]—— 螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力，MPa； σs—— 螺栓材料的屈服極限，MPa； S —— 安全系數(shù)， S= ~ ， 設(shè)計(jì)中取 S=。 對螺栓受力分析本設(shè)計(jì)中，是受橫向載荷和傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接，這樣的連接一般采用受拉螺栓聯(lián)接。連接中