【正文】 的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的影響。 計算時，架設(shè)螺栓孔與孔壁表面上的壓力分布是均勻的。0 bbmCF F F F FCC? ? ? ? ? 式中： Z—— 螺栓組的個數(shù)。 其簡化圖為下圖 ： oT8 7 6 51 2 3 4r 1r 2fF 39。 12f zKTF f r r r? ? ? ? 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。求出受力最大螺栓及其受力值后，即可進行單個螺栓連接的強度計算。本著充分利用空間的思想，可以考慮將液壓系統(tǒng)在加載時將產(chǎn)生不小的沖擊及振動，這對實驗機造成一定的誤差，故液壓系統(tǒng)與實驗機主體之間有一定的距離，并適當采取一些減震與隔離的措施。本次設(shè)計的實驗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，達到 了加載的目的。 圖 被聯(lián)接件部分 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 20 第四章 設(shè)計方案的確定 一個優(yōu)秀的設(shè)計是要技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理，操作和維修方便，運轉(zhuǎn)安全可靠。首先要調(diào)整和了解清楚所設(shè)計的系統(tǒng)，其液壓系統(tǒng)眼完成的工作任務(wù)是傳動還是控制。 （ 5） 液壓系統(tǒng)的元件由于結(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、標準化、系列化的替代遠見。 3. 選用油缸或油馬達 一般來說，工作機構(gòu)作直線往復(fù)運動的，都選用各種油缸驅(qū)動；做回轉(zhuǎn)運動的，大都選用各種油馬達驅(qū)動；做擺動運動的，則選用各種擺動油缸驅(qū)動。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 24 第五章 實驗臺系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)分析 明確系統(tǒng)的設(shè)計要求 本系統(tǒng)時教學用的實驗儀器，主要測試的是螺栓的拉伸變形試驗，應(yīng)用于學生實驗。在工作載荷 FR的作用下，螺栓組成受橫向力和翻轉(zhuǎn)力矩： 橫向力 ： FR 翻轉(zhuǎn)力矩： M=FR?185 為防止被聯(lián)接件之間發(fā)生相對滑移，有： 39。m a x 4 1 14 49 48 30 . fzm fFFNK ? ? ?? ? ? 3. 傾覆 力矩的計算 底板為剛體，繞對稱軸線有翻轉(zhuǎn)的趨勢，則力矩： m a x m a x 1 8 5 4 8 3 0 . 8 1 8 5 8 9 3 6 9 8M F N m m? ? ? ? ? 在此力矩的作用下，對稱軸線上邊的螺栓被拉緊，螺栓軸向力增大 。 螺栓所受的總拉力及應(yīng)變 39。9 ??????? 總拉力產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)椋? 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 33 639287 )1010(10200 2 1 0 94EFEAF ?? ??????????? ???? d 上述各式中的符號意義同前。 單個螺栓受由 M引起的最大拉力為： m a x78 2 2 2 21 7 8 1 428 9 3 6 9 8 7 8 2 8 6 4 .44 7 8MMM MLFFFL L L LN??? ? ? ????? 螺栓所受的總拉力為： 39。 3. 活塞桿直徑 d 根據(jù)上述關(guān)系有： 222DDd?? ? 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 28 得： d=20mm 根據(jù)國家標準 GB234880 活塞桿直徑系列，取 d=20mm.。24Fd ?? ? 則有： 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 26 ? ?? ?239。查《機械設(shè)計手冊》得其力學性能為： 610b MPa? ? 360s MPa? ? 設(shè)計中取螺栓的直徑為： d=10mm 選取螺栓數(shù)目為： 14 對鋼質(zhì)螺栓： ? ? 360 M Pas?? ? ? ? 式中： [σ ]—— 螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力， MPa； σ s—— 螺栓材料的屈服極限， MPa； S —— 安全系數(shù)， S= ~ ， 設(shè)計中取 S=。 常用的工作液體有礦物油、合成油和水乳油。 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。其動作主要是在液壓缸動作的同時進行加載。但是一般來說，系統(tǒng)的設(shè)計過程大體上包括下述的幾個基本步驟： 擬定系統(tǒng)步驟方案；系統(tǒng)的設(shè)計計算；各種系統(tǒng)元件的選擇或設(shè)計；對系統(tǒng)進行驗算；繪制正確的裝配圖和液壓系統(tǒng)圖 等。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的變形，增加被聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)剛度，減小試驗誤差。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。比較這兩點，本設(shè)計選擇低底座，把支撐實驗臺的桌臺作為實驗室的輔助器材來提高可靠率，屆時，在我們作實驗時，可將該實驗機置于實驗臺上，以此來增高其操作面，降低其制造成本。內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 15 于是有： m a x121 2 m a xzzFF F FL L L L? ? ? ? (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。根據(jù)作用在底板上的力矩平衡條件，應(yīng)有： 39。 fRF fmz K F? 或： 39。 受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接 安裝時，螺栓受到擰緊力 F’ ，工作時螺栓組成受軸向載荷。 影響疲勞強度 的主要因素 是應(yīng)力幅。 F0F39。39。dFdtgtgtgtgd vvv????????? ? ???? 由于螺栓材料是塑性的，故可根據(jù)第四強度理論，求出螺栓預(yù)緊狀態(tài)下的計算公式為： 2 2 2 23 3 ( 0 .5 ) 1 .3ca? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 螺栓危險截面的拉伸強度條件根據(jù)上式為： ? ?39。也就是說這種聯(lián)接只能承受靜載荷。各螺栓軸線間以及螺栓軸線和機體壁間的最小距離，應(yīng)根據(jù)扳手所需要活動空間的大小來決 定。 本次設(shè)計的螺栓組聯(lián)接的設(shè)計過程主要包括兩個部分： （ 1）結(jié)構(gòu)設(shè)計 —— 選定螺栓組的數(shù)目和布置形式 。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 5 第二章 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu) 設(shè)計及受力分析 設(shè)計螺栓組實驗臺，必須要了解掌握螺紋聯(lián)接的物理性能，明確螺栓組實驗臺設(shè)計目的。 虛擬實驗臺的設(shè)計簡介 虛擬多功 能螺栓組實驗臺是在實物實驗臺的基礎(chǔ)上運用高級編程技術(shù)，它是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動方式的高級程序設(shè)計語言，實現(xiàn)多功能螺栓組實驗功能的計算機虛擬，且借助于 3維獲得動畫效果，從而達到實用的目的。 圖 載荷的施加加載實現(xiàn)的過程 （ 3）實驗結(jié)果處理單元：在以上兩項單元內(nèi)容確定的情況下，得出螺栓組中個螺栓的受力，進而確定受力最大的螺栓及其所受的力，并按螺栓和被連接件的受力、變形協(xié)調(diào)關(guān)系繪制其受力 —— 變形線圖。同時，該實驗臺通過螺栓組個數(shù)和布置形式的變化，螺栓組直徑的任意改變及螺栓材料的任意改變，載荷的加載方式，大小的可變性，輸出結(jié)果的全面性等，才真正意義上突破了物理實驗臺的缺陷，才真正上 實現(xiàn)“多功能”。我在本設(shè)計的前幾章中系統(tǒng)地介紹了實驗臺的工作原理；為了進一步設(shè)計液壓系統(tǒng)，我在后面幾章的元件選型中對液壓系統(tǒng)所需的元件也進行了計算選擇。對物理螺栓組進行計算機監(jiān)測，不但方便教師授課和學生學習，而且容易接受?？紤]到螺紋聯(lián)接的兩大作用： 可作緊固件用； 可做傳動件用。 具體加載實現(xiàn)的過程如下圖 ： 手柄轉(zhuǎn)動絲杠平行移動，從而改變加載為止，此時可以單獨施加的載荷有：軸向拉伸（ A）、內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 3 橫向剪切（ B）、傾覆力矩（ C）。它以計算機為操作平臺，各種參數(shù)的選擇，受力計算，圖形的繪制，動畫演示等一系列試驗中所涉及到的操作都通過計算機進行。完成螺栓的參數(shù)配置后，確定螺栓組所受的載荷形式，按螺栓組可能的承受的各種載荷形式，排列出幾種最為常見的承載形式，即由單一的載荷，也有復(fù)合載荷。 其中尤以螺栓組聯(lián)接的受力分析和螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及其加載系統(tǒng)最為重要。 螺栓的布置使各螺栓的受力合理 ，當然螺栓聯(lián)接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時，應(yīng)使螺栓的位置適當靠近連接接合面的邊緣，以減小螺栓的受力。當支撐面為傾斜時，可采用斜面墊圈等。 螺栓危險截面的拉伸應(yīng)力為： ? =214F39。連接受載后，由于預(yù)緊力的變化，螺栓的總拉力 F0并不等于預(yù)緊力 F‘ 與工作拉力 F0之和，而等于殘余預(yù)緊力 F‘‘ 與工作拉力 F之和，受力與變形關(guān)系如圖 所示： 由圖中幾 何關(guān)系可推出： 39。39?？傻贸雎菟ǖ奈ｋU截面的拉伸強度條件為： 214caFd? ?? 或： ? ?1 4 ???? 式中：各符號的意義同前。由于這種聯(lián)接所受的預(yù)緊力很小， 所以在計算時，可以不考慮預(yù)緊力和螺紋力的影響 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 11 螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為： ppFdh???????? F RF R /2F R /2F SF S受剪的鉸制孔用螺栓連接圖 圖 螺栓桿的剪切強度條件為： ][42 ??? ?? dF 式中： F —— 螺栓所受的工作剪力 , N； d —— 螺栓剪切面的直徑 , mm； h —— 螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度 , mm； [σ p]—— 螺栓桿與孔壁擠壓面的許用擠壓應(yīng)力， MPa； [τ ] —— 螺栓材料的許用切應(yīng)力， MPa； 螺栓組受單一載荷的受力分析 進行螺栓組的受力分析的目的是：根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受載荷情況，求出受力最大的螺栓及其所受得力，以便進行螺栓聯(lián)接的強度計算。 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)計時，通常以連接的結(jié)合面不滑移作為計算準則。 fF 39。 oMF1Fma xL1Lm axMoo 圖 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，螺栓的軸向力增大；而對稱軸線右側(cè)的螺栓被放松，使螺栓的預(yù)緊力 F’ 減小。 必須注意的是，對于松連 接螺栓，只受拉伸外載荷 F，則應(yīng)以 F 為載荷進行強度計算；對于受橫向載荷的普通螺栓組聯(lián)接和受扭轉(zhuǎn)力矩的受拉普通緊螺栓組，螺栓只受預(yù)緊力 F’ ，則應(yīng)乘以系數(shù) 以考慮預(yù)緊時扭轉(zhuǎn)力矩的影響，并以 ’ 為載荷進行強度計算；對于受軸向載荷的普通緊螺栓聯(lián)接和受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，則應(yīng)以 F0為載荷進行強度計算；對于受剪的鉸制孔螺栓組聯(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）進行擠壓和剪切強度計算。 綜合上述兩點分析，本次設(shè)計的實驗機型式選擇臺式的 載荷施加的常用方式有機械加載和液壓加載。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 18 圖 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)接件作詳細的設(shè)計說明： 對于聯(lián)接件，螺栓強度極限為 級，與之相配的螺母強度等級為 5 級。還應(yīng)指出，一個設(shè)計良好的液壓系統(tǒng)，往往不是一步可達到的，需要多次的修改。 在本設(shè)計中液壓系統(tǒng)的工作任務(wù)是傳動， 根據(jù)工作機構(gòu)的運動形式，以確定選用什么形式的執(zhí)行機構(gòu) ——— 油缸、油馬達或是擺動油缸，本設(shè)計的工作機構(gòu)均是直線運動，故而選用油缸； 明確系 統(tǒng)所需執(zhí)行機構(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)采用一個定量泵，系統(tǒng)中用一個油缸作為執(zhí)行元件。這樣可實現(xiàn)同樣的功能而精低成本。同樣，這也不是絕對的，例如， 對于那些形成長的直線運動或要求唯一準確的直線運動機構(gòu)，也可采用油馬達徑向絲杠傳動。本系統(tǒng)中主體為螺栓組，由液壓系統(tǒng)