【正文】 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。 fRmfF z K F? 或 fK39。 下邊的螺栓被放松，使螺栓的預(yù)緊力減小。 178121 4 4 9 2 . 3 0 . 2 2 9 6 . 5 1 4 5 5 1 . 6MCF F F F FCCN? ? ? ? ?? ? ? ? 式中： Fi—— 第 i個(gè)螺栓受的總拉力， N； 查表得： C1/C1+C2=。 同理，當(dāng)螺栓的個(gè)數(shù)從 4~14 增加時(shí)，各螺栓所受的總的工作拉力 F。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 31 工作載荷變化時(shí)螺栓的力與應(yīng)變 當(dāng)工作載荷在 0 ~ 4830N 之間變化時(shí) ，螺栓 8 所受的總拉力及應(yīng)變計(jì)算步驟同上述，可計(jì)算的總拉力及應(yīng)變?nèi)缦卤恚? 表一 工作載荷變化時(shí)螺栓的力與應(yīng)變 外載荷 力 F(N) 應(yīng)變 ? （ 610? ） 500 1000 1500 2021 2500 3000 3500 4000 4500 4830 F 1455 1461 1467 1472 1478 14848 1490 1496 15026 1506 ? 6 力 —— 應(yīng)變線圖為： ? （ 106） 外載荷 圖 —— 應(yīng)變線圖為：（坐標(biāo)圖 1） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 32 螺栓個(gè)數(shù)變化時(shí)受力最大螺栓的力 — 應(yīng)變計(jì)算 1. 當(dāng)只有 4個(gè)螺栓時(shí)， 橫向力 FR=， 力矩 M=893698Nmm， 預(yù)緊力 F’ =。 1 m a x121 4 4 9 2 . 3 0 . 2 2 8 6 4 . 4 1 5 0 6 5 . 2CF F FCCN?? ?? ? ? ? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 27 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 初選 本系統(tǒng)的工作壓力為 P=，活塞的運(yùn)動(dòng)速度可以調(diào)節(jié)，系統(tǒng)工作時(shí)無桿腔回油，有桿腔進(jìn)油，退回時(shí)無桿腔進(jìn)油，其缸筒內(nèi)徑、無桿腔面積和有桿腔面積計(jì)算如下： 1. 有桿腔活塞有效面積 A2 當(dāng)受最大推力， F=, 根據(jù)平衡條件有 2P A F?? ? ? 即 ： 2 FA P?? 式中： η —— 油缸的機(jī)械效率， η = 則： 22 64 8 3 0 . 8 8 0 7 . 20 . 9 5 6 . 3 1 0FA m mP ?? ? ??? 2. 缸筒內(nèi)徑 D 對有桿腔面積而言，有： ? ?222 4DdA ? ?? 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得，當(dāng)工作壓力 P≤ 10MPa 時(shí)，速比取 ?? 則有： ? ?2212 22448 0 7 .24DDAA Dd??? ?? ? ?? 得： D= 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（ GB/T234880），取 D=40mm。根據(jù)第四強(qiáng)度理論及對大量螺栓擰緊的統(tǒng)計(jì)分析可證明，其復(fù)合應(yīng)力σ ca 的計(jì)算只需將拉伸應(yīng)力σ加大 30%，其強(qiáng)度條件為： ? ?? ? ??? 即： ? ?39。 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 Q21 2Q3 35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。 4. 確定控制方式 控制方式從不同的角度來分，可有手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)、電液動(dòng)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；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(dòng)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(dòng)結(jié)合的控制方式。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： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 22 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） 液壓系統(tǒng)必須完成那些動(dòng)作，其先后順序以及彼此之間的連鎖關(guān)系； （ 3） 液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式及運(yùn)動(dòng)速度； （ 4） 對調(diào)速、調(diào)壓范圍，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，轉(zhuǎn)換 精度等性能方面的要求； （ 5） 各種動(dòng)作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)； （ 6） 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)，所以選擇普通的活塞液壓缸進(jìn)行加載。通?？傄亚昂蟛襟E需統(tǒng)籌兼顧，不斷的刪改和審閱。以上部分均借鑒內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械實(shí)驗(yàn)室同類設(shè)計(jì)部件。而液壓加載裝置則相反，它結(jié)構(gòu)簡單緊湊，其主要優(yōu)點(diǎn)有以下： 液壓加載裝置的體積較小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊； 液壓加載裝置的傳動(dòng)比較穩(wěn)，主要表現(xiàn)在重量輕、慣小 ,反應(yīng)快，易于實(shí)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 17 現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向液壓系統(tǒng)操作方便簡單，使用壽命長； （ 1） 液壓系統(tǒng)傳動(dòng)簡單，加載精確，試驗(yàn)誤差?。? （ 2） 多數(shù)液壓系統(tǒng)元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化； （ 2） 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造和維修也較為方便簡單； 但液壓系統(tǒng)也有其缺點(diǎn)：一般的液壓元件的造價(jià)都比較貴。選擇臺式結(jié)構(gòu)主要原因有： ㈠從對加載裝置的分析，本實(shí)驗(yàn)臺采用的是液壓加載系統(tǒng)，如果實(shí)驗(yàn)臺的底座設(shè)計(jì)的較低，在整臺試驗(yàn)機(jī)在無別的支撐時(shí)，會造成操作面過低，帶來操作上的不方便；若降低底座設(shè)計(jì)的高，則會造成材料的浪費(fèi)，制造成本的增加，致使其經(jīng)濟(jì)性較差。因?yàn)楦髀菟ǖ睦靹偠认嗤宰?、右兩?cè)螺栓的工作載荷 Fi與這個(gè)距離成正比。由于各螺栓所受預(yù)緊力相同，則各螺栓連接處產(chǎn)生的摩擦力均相等。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： 39。下面正對典型的受載荷情況分別加以討論。設(shè)計(jì)時(shí)，一般按靜載荷確定其直徑 ，然后校核其強(qiáng)度。 θmθbF39。39。21162d)t g (F39。在承受工作載荷之前，螺栓不受力。布置螺栓時(shí)。下面介紹的是螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)和計(jì)算。最后計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成螺栓組的變形受力圖。將計(jì)算機(jī)引入到實(shí)驗(yàn)課中，通過計(jì)算機(jī)將新的數(shù)據(jù)分析方法和圖形與實(shí)際操作結(jié)合起內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 4 來，更有利于學(xué)生的分析思維，同時(shí)學(xué)生也學(xué)到和掌握了計(jì)算機(jī)技術(shù)。這樣實(shí)現(xiàn)了四種基本載荷的施加。綜合眾多聯(lián)接要求，設(shè)計(jì)出該“多功能螺栓組實(shí)驗(yàn)臺”，實(shí)現(xiàn)了加載方式的多樣性以及實(shí)驗(yàn)測試的多樣性。 在設(shè)計(jì)開始指出，我翻閱了大量相關(guān)的資料，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了實(shí)際觀察，對試驗(yàn)臺的整體構(gòu)造以及實(shí)驗(yàn)臺的 控制形勢有了一個(gè)初步的輪廓。 本設(shè)計(jì)介紹了試驗(yàn)臺的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)，該實(shí)驗(yàn)臺具有測試可靠、制造容易、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。 因此在設(shè)計(jì)時(shí)就要根據(jù)不同目的而提出不同的要求。左側(cè)液壓缸帶動(dòng)加載頭左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)扭矩載荷 的施加（ D）。學(xué)生只需對各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，就能完成該實(shí)驗(yàn)，并且借助于各種圖形和動(dòng)畫演示能讓學(xué)生對所學(xué)知識的理解和認(rèn)識進(jìn)一步加深。實(shí)驗(yàn)者根據(jù)需要選擇相應(yīng)的載荷形式，并且輸入對應(yīng)載荷的大小，即完成載荷的施加過程，如需改變以上數(shù)據(jù)，只需重復(fù)以上工作即可。 螺栓組聯(lián)接的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力分析 大多數(shù)機(jī)器的螺紋聯(lián)接件都是成組使用的，其中以螺栓組聯(lián)接最具有典型性，它們與被連接件構(gòu)成螺栓組聯(lián)接。 螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。 綜合考慮以上幾個(gè)方面，確定出本螺栓組實(shí)驗(yàn)臺的布置形式主要做成以下形式，如圖 所示： 圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 7 . 單個(gè)螺 栓連接的強(qiáng)度計(jì)算 . 松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 對于松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算，在裝配時(shí)，螺母不需要擰緊。d? 螺栓危險(xiǎn)截面的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 8 2131 439。 39。0ta nta nbbbmmmFCFCF F FF F FF F F F F????????? ? ?? ? ?? ? ? ? ? Cb、 Cm分別表示螺栓和被聯(lián)接件的剛度，且為定值。 （ 2） 受軸向變載荷螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 對于受軸向變載荷的重要連接（如汽缸反復(fù)進(jìn)氣排氣），其螺栓所受工作載荷如下圖所示在之 0~F 間變化，因而螺栓所受的總拉力在 F‘ ~F 之間變化。分析時(shí)，通常作一下假設(shè)： ① 被聯(lián)接件為剛體，受載后連接接合面仍保持平面； ② 螺栓組中各螺栓的拉伸強(qiáng)剛度或剪 切剛度（即螺栓的各材料、直徑、長度）和預(yù)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 12 緊力大小相同； ③ 螺栓工作在彈性范圍內(nèi)； 而且，螺栓組的對成中心與連接接合面的形心重合；承載后結(jié)合面仍保持為平面。在橫向載荷 F的作用下，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。T受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接的簡化圖 圖 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。即在此翻轉(zhuǎn)力矩 M 的作用下，引起左、右兩側(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： 1 1 2 2F L F L F zL z M? ? ? ? (a) 根據(jù)螺栓變形協(xié)調(diào)條件，各螺栓的拉伸變形量與其軸線到螺栓組對稱軸線 OO 的距離成正比。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 16 第三章 螺栓組實(shí)驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn) 機(jī)的型式 一般情況下，多功能螺栓組實(shí)驗(yàn)臺有臺式和立式之分，本次設(shè)計(jì)參考的是臺式?？v觀兩種加載方式的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)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低；缺點(diǎn)是使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，從而造成的誤差也較大。 對于被連接，主要有以下部分組成：框架部分，見圖 ；托架，見圖 。由于具體條件的不同，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟也不是固定不變的。 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，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 21 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 。 如上節(jié)所述，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有一個(gè)定量泵，一個(gè)油箱，一個(gè)油缸。本設(shè)計(jì)中只有直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故采用油缸。液壓缸采用豎直安裝，活塞桿工作時(shí)承受拉應(yīng)力，系統(tǒng)最大工作壓力為。R zmfFF ? 式中： z —— 螺栓數(shù)目； f —— 結(jié)合面間的摩擦系數(shù)， f= ~ ， 取 f=； m—— 結(jié)合面對數(shù)； Kf—— 考慮由摩擦力傳遞橫向載荷 時(shí)的可靠性系數(shù)，通常 取 ； F’ —— 施加載荷后螺栓所受預(yù)緊力； 1. 受橫向載荷時(shí)螺栓預(yù)緊力的計(jì)算 緊螺栓聯(lián)接擰緊螺母時(shí)，螺栓螺紋部分不僅受預(yù)緊力 F’ 所產(chǎn)生的拉應(yīng)力作用，同時(shí)還受螺栓與螺母之間的螺紋摩擦力矩下所產(chǎn)生的扭矩應(yīng)力的作用。 4. 單個(gè)螺栓所受的工作拉力 受力最大螺栓所受的由引起的工作拉力為： 22m a x2221 m a xm a xm a x 78489 3698... ?????? LLL LMF= 螺栓所受的總工作拉力為： 39。 總拉力產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)椋? 639287 )1010(10200 4 5 5 14dEFEAF ?? ???????????? ????? 式 中： ε i —— 第 i個(gè)螺栓的應(yīng)變； E —— 螺栓材料的彈性模量， E=200?109 aP ； A —— 螺栓的橫截面面積， m