【正文】 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， mm2。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(duì)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。本設(shè)計(jì)中只有直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故采用油缸。 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(shuō)明書（畢業(yè)論文） 21 在本設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)機(jī)中，對(duì)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 。 對(duì)于被連接，主要有以下部分組成：框架部分，見圖 ；托架，見圖 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 16 第三章 螺栓組實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(tái)有臺(tái)式和立式之分，本次設(shè)計(jì)參考的是臺(tái)式。T受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接的簡(jiǎn)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(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩 T。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(zhǎng)度）和預(yù)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(duì)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。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。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(shuō)明書（畢業(yè)論文） 8 2131 439。 螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。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(duì)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。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）。 本設(shè)計(jì)介紹了試驗(yàn)臺(tái)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(tái)具有測(cè)試可靠、制造容易、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。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(tái)”，實(shí)現(xiàn)了加載方式的多樣性以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試的多樣性。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(shuō)明書（畢業(yè)論文） 4 來(lái)，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)。下面介紹的是螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)和計(jì)算。在承受工作載荷之前，螺栓不受力。39。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。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。因?yàn)楦髀菟ǖ睦靹偠认嗤?，所以左、右兩?cè)螺栓的工作載荷 Fi與這個(gè)距離成正比。而液壓加載裝置則相反，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shuō)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(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)； （ 1） 液壓系統(tǒng)傳動(dòng)簡(jiǎn)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(jiǎn)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。通?？傄亚昂蟛襟E需統(tǒng)籌兼顧，不斷的刪改和審閱。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(shuō)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(duì)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)。 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(wú)特殊用途，根據(jù)工作條件，選擇常用材料 45 鋼。 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(shuō)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(wú)桿腔回油，有桿腔進(jìn)油，退回時(shí)無(wú)桿腔進(jìn)油，其缸筒內(nèi)徑、無(wú)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(duì)有桿腔面積而言，有： ? ?222 4DdA ? ?? 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》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。 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。 下邊的螺栓被放松，使螺栓的預(yù)緊力減小。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。這樣可實(shí)現(xiàn)同樣的功能而精低成本。還應(yīng)指出，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的液壓系統(tǒng)，往往不是一步可達(dá)到的，需要多次的修改。 綜合上述兩點(diǎn)分析，本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)機(jī)型式選擇臺(tái)式的 載荷施加的常用方式有機(jī)械加載和液壓加載。 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(duì)稱軸線 OO翻轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，對(duì)稱軸線左側(cè)的螺栓被擰緊，螺栓的軸向力增大；而對(duì)稱軸線右側(cè)的螺栓被放松，使螺栓的預(yù)緊力 F’ 減小。 受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接 對(duì)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。可得出螺栓的危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為： 214caFd? ?? 或： ? ?1 4 ???? 式中：各符號(hào)的意義同前。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。當(dāng)支撐面為傾斜時(shí)，可采用斜面墊圈等。 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(jì)，以及其加載系統(tǒng)最為重要。它以計(jì)算機(jī)為操作平臺(tái)，各種參數(shù)的選擇，受力計(jì)算，圖形的繪制，動(dòng)畫演示等一系列試驗(yàn)中所涉及到的操作都通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行?？紤]到螺紋聯(lián)接的兩大作用： 可作緊固件用； 可做傳動(dòng)件用。我在本設(shè)計(jì)的前幾章中系統(tǒng)地介紹了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作原理；為了進(jìn)一步設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，我在后面幾章的元件選型中對(duì)液壓系統(tǒng)所需的元件也進(jìn)行了計(jì)算選擇。 圖 載荷的施加加載實(shí)現(xiàn)的過程 （ 3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理單元：在以上兩項(xiàng)單元內(nèi)容確定的情況下，得出螺栓組中個(gè)螺栓的受力，進(jìn)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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(jì)及受力分析 設(shè)計(jì)螺栓組實(shí)驗(yàn)臺(tái)，必須要了解掌握螺紋聯(lián)接的物理性能，明確螺栓組實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)目的。各螺栓軸線間以及螺栓軸線和機(jī)體壁間的最小距離，應(yīng)根據(jù)扳手所需要活動(dòng)空間的大小來(lái)決 定。dFdtgtgtgtgd vvv????????? ? ???? 由于螺栓材料是塑性的，故可根據(jù)第四強(qiáng)度理論，求出螺栓預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算公式為： 2 2 2 23 3 ( 0 .5 ) 1 .3ca? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件根據(jù)上式為： ? ?39。 F0F39。 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。根據(jù)作用在底板上的力矩平衡條件，應(yīng)有： 39。比較這兩點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇低底座，把支撐實(shí)驗(yàn)臺(tái)的桌臺(tái)作為實(shí)驗(yàn)室的輔助器材來(lái)提高可靠率，屆時(shí)，在我們作實(shí)驗(yàn)時(shí)，可將該實(shí)驗(yàn)機(jī)置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，以此來(lái)增高其操作面，降低其制造成本。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。其動(dòng)作主要是在液壓缸動(dòng)作的同時(shí)進(jìn)行加載。 常用的工作液體有礦物油、合成油和水乳油。24Fd ?? ? 則有： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 26 ? ?? ?239。 單個(gè)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。 螺栓所受的總拉力及應(yīng)變 39。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(duì)滑移，有： 39。 3. 選用油缸或油馬達(dá) 一般來(lái)說(shuō)，工作機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，都選用各種油缸驅(qū)動(dòng)；做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，大都選用各種油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)；做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的，則選用各種擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)。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(dòng)還是控制。本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)中采用了如下圖的方式：液壓缸向下拉動(dòng)與托架連接的螺紋連接塊，從而使托架左端向下移動(dòng)，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。求出受力最大螺栓及其受力值后，即可進(jìn)行單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。 其簡(jiǎn)化圖為下圖 ： oT8 7 6 51 2 3 4r 1r 2fF 39。 計(jì)算時(shí)，架設(shè)螺栓孔與孔壁表面上的壓力分布是均勻的。 39。因此，進(jìn)行僅受預(yù)緊力的緊螺栓強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)綜合考慮拉伸應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的作用。如圓形、環(huán)形、矩形、框形、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 6 三角形等，這樣不但便于加工制造，而且便于對(duì)稱布置螺栓，使螺栓組的對(duì)稱中心和連接接合面的心重合，從而保證連接接合受力比較均勻。這樣在許多方面都增加了實(shí)驗(yàn)的靈活性。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和功能是相輔相成的，根據(jù)內(nèi)容的要求，實(shí)驗(yàn)臺(tái)應(yīng)具有如下的功能單元： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 2 （ 1） 螺栓組布置單元：組成不同布置形式的螺栓組，并可方便地改變和更換螺栓組中螺 栓的材料、直徑、及尺寸等參數(shù)； ECAC DBDFAB EF E F EDA JB IC HD GA HB GC F 圖 虛擬螺栓組實(shí)驗(yàn)臺(tái)螺栓的布置形式 （ 2） 加載單元：對(duì)螺栓組施加軸向拉伸、橫向剪切、扭轉(zhuǎn)力矩、傾覆力矩等單一載荷形勢(shì)，或以上各種載荷形式共同作用的聯(lián)合載荷。螺栓組實(shí)驗(yàn)是針對(duì)原有“機(jī)械設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)中的“螺栓組聯(lián)接中