【導(dǎo)讀】本文闡述了在機械領(lǐng)域利用計算機技術(shù)，是螺栓組實驗臺由傳統(tǒng)的機械化趨于虛擬化，聯(lián)接中的受力”而提出的。對物理螺栓組進(jìn)行計算機監(jiān)測，不但方便教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)，制造容易、維護(hù)方便的優(yōu)點。整體構(gòu)造以及實驗臺的控制形勢有了一個初步的輪廓。我在本設(shè)計的前幾章中系統(tǒng)地介紹了。的元件也進(jìn)行了計算選擇。圖、原理圖、油箱等零件圖的繪制。整個設(shè)計對實驗臺系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行了較全面的敘述。

　　

【正文】 足要求的前提下，盡量選擇價格便宜的一半的工作液體，不可優(yōu)才劣用，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 23 造成浪費。本設(shè)計系統(tǒng)中，選擇一般的普通液壓油。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)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(xué)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(xué)生實驗。本系統(tǒng)中主體為螺栓組，由液壓系統(tǒng)實現(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，活塞桿工作時承受拉應(yīng)力，系統(tǒng)最大工作壓力為。 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《機械設(shè)計手冊》得其力學(xué)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=。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 25 對螺栓受力分析 本設(shè)計中，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。連接中所受的橫向載荷靠被聯(lián)接件結(jié)合面的摩擦力來傳遞，其實小形勢可能出現(xiàn)支架沿結(jié)合面滑移，以及在翻轉(zhuǎn)力矩的作用下，結(jié)合面的上邊可能離縫，下邊可能被壓潰。 在本設(shè)計中，當(dāng)?shù)装迳现谎b有 4 個螺栓時，系統(tǒng)受拉力的變形量最大，如圖，螺栓受工作載荷 FR。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。 fRmfF z K F? 或 fK39。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. 受橫向載荷時螺栓預(yù)緊力的計算 緊螺栓聯(lián)接擰緊螺母時，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。根據(jù)第四強度理論及對大量螺栓擰緊的統(tǒng)計分析可證明，其復(fù)合應(yīng)力σ ca 的計算只需將拉伸應(yīng)力σ加大 30%，其強度條件為： ? ?? ? ??? 即： ? ?39。24Fd ?? ? 則有： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 26 ? ?? ?239。2 2639。m a x4 4 1 24 0 10 14 49 4 4 dFdFN??????? ? ?? ? ??? 2. 螺栓組工作載荷（橫向力） FR的計算 如上所述： 39。 fRzmfF K F? 即 ： RfzmfFF K? 則最大工作載荷： 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 。 下邊的螺栓被放松，使螺栓的預(yù)緊力減小。 4. 單個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。 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)計說明書（畢業(yè)論文） 27 液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的確定 初選 本系統(tǒng)的工作壓力為 P=，活塞的運動速度可以調(diào)節(jié)，系統(tǒng)工作時無桿腔回油，有桿腔進(jìn)油，退回時無桿腔進(jìn)油，其缸筒內(nèi)徑、無桿腔面積和有桿腔面積計算如下： 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《機械設(shè)計手冊》得，當(dāng)工作壓力 P≤ 10MPa 時，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。 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(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 28 得： d=20mm 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB234880 活塞桿直徑系列，取 d=20mm.。 4. 無桿腔的實際有效面積 A1 22 21 40 125644DA m m?? ?? ? ? 5. 有桿腔的實際有效面積 A2 ? ? ? ?2 2 2 2 22 4 0 2 0 94244DdA m m????? ? ? 6. 流量計算 Q 按《機械設(shè)計手冊 》計算液壓缸工作時所需流量 1160vAvQ ??? ? 式中： v? —— 容積效率， 彈性密封時 取 V? =1； V1—— 活塞的速度， 根據(jù)工況 取 V1 =。 則： m 2 5 660AQ 411 Lv v ??????? ?? 7. 實際工作壓力 P2的計算 由最后確定的液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸，計算出液壓缸實際的工作壓力為： 2 2 M PaA? ? ? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 29 第六章螺栓組中螺栓的受力與應(yīng)變的計算 工作載荷變化時受力最大螺栓的載荷 — 應(yīng)變變化計算 對于如圖的連接形式， 圖 螺栓的連接形式（主視圖） 如圖，當(dāng)只有 4 個螺栓時（分別為螺栓 14），在工作載荷的作用下，螺栓組承受如下各力和翻轉(zhuǎn)力矩作用：橫向力、翻轉(zhuǎn)力矩， 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 30 圖 （左視圖） 本節(jié)中，將計算當(dāng)工作載荷變化時，受力最大的螺栓 8的總拉力和應(yīng)變變化值。 計算螺栓組所受的工作載荷 當(dāng)工作載荷為 500N 時，即橫向力 FR =500N，預(yù)緊力 F’ 如前章所計算的 F’ = 力矩： 5 0 0 1 8 5 9 2 5 0 0M N m m? ? ? ? 計算單個螺栓所受的最大工作拉力 由 M引起的螺栓最大工作拉力為： m a x78 2 2 2 21 7 8 1 429 2 5 0 0 7 8 2 9 6 .54 7 8MMM MLFFFL L L LN??? ? ? ????? 式中： FiM —— 由 M 引起第 i 個螺栓受的拉力， N； Li —— 對稱軸線到第 i個螺栓的距離， mm。 螺栓所受的總拉力及應(yīng)變 39。 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個螺栓受的總拉力， N； 查表得： C1/C1+C2=。 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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 31 工作載荷變化時螺栓的力與應(yīng)變 當(dāng)工作載荷在 0 ~ 4830N 之間變化時 ，螺栓 8 所受的總拉力及應(yīng)變計算步驟同上述，可計算的總拉力及應(yīng)變?nèi)缦卤恚? 表一 工作載荷變化時螺栓的力與應(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)計說明書（畢業(yè)論文） 32 螺栓個數(shù)變化時受力最大螺栓的力 — 應(yīng)變計算 1. 當(dāng)只有 4個螺栓時， 橫向力 FR=， 力矩 M=893698Nmm， 預(yù)緊力 F’ =。 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。 178121 4 4 9 2 . 3 0 . 2 2 8 6 4 . 4 1 5 0 6 5 . 2MCF F F F FCCN? ? ? ? ?? ? ? ? 總拉力產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)椋? 639287 )1010(10200 5 0 6 54dEF ?? ???????????? ????? 上述各式中的符號意義同前。 2. 當(dāng)裝有 5個螺栓時，受力最大 的螺栓仍為螺栓 8 橫向力 FR=， 力矩 M=893698 Nmm ， 預(yù)緊力為： 39。 1 . 2 4 8 3 0 . 8 115940 . 1 1 5fRKFFNfm z ?? ? ??? 上式中的符號意義同第二章中 受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接中的相同 由 M引起的單個螺栓受最大拉力為： NLLLL 2 5 7852784 788 9 36 9 8MLFFF 22214282221 m a xM8M7M ??? ???????? 而由公式 99 maxM MF FLL? 得 NF M ? 螺栓所受總拉力為： NFCC C M 921 139。9 ??????? 總拉力產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)椋? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)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。 同理，當(dāng)螺栓的個數(shù)從 4~14 增加時，各螺栓所受的總的工作拉力