【正文】 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。 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。 螺栓所受的總拉力及應(yīng)變 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(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.。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 。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。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。查《機(jī)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） 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。 常用的工作液體有礦物油、合成油和水乳油。 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(dá)驅(qū)動；做擺動運動的，則選用各種擺動油缸驅(qū)動。 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。 （ 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(biāo)準(zhǔn)化、系列化的替代遠(yuǎn)見。其動作主要是在液壓缸動作的同時進(jìn)行加載。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。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(jìn)行驗算；繪制正確的裝配圖和液壓系統(tǒng)圖 等。 圖 被聯(lián)接件部分 內(nèi)蒙古科技大學(xué)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(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理，操作和維修方便，運轉(zhuǎn)安全可靠。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。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(dá)到 了加載的目的。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。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(jī)造成一定的誤差，故液壓系統(tǒng)與實驗機(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。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(jī)置于實驗臺上，以此來增高其操作面，降低其制造成本。求出受力最大螺栓及其受力值后，即可進(jìn)行單個螺栓連接的強(qiáng)度計算。內(nèi)蒙古科技大學(xué)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。 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(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。根據(jù)作用在底板上的力矩平衡條件，應(yīng)有： 39。 其簡化圖為下圖 ： oT8 7 6 51 2 3 4r 1r 2fF 39。 fRF fmz K F? 或： 39。0 bbmCF F F F FCC? ? ? ? ? 式中： Z—— 螺栓組的個數(shù)。 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。 計算時，架設(shè)螺栓孔與孔壁表面上的壓力分布是均勻的。 影響疲勞強(qiáng)度 的主要因素 是應(yīng)力幅?？紤]到連接在工作載荷 F作用下可能要進(jìn)行補充擰 緊，故將總拉力增加 30%, 以考慮擰緊時螺紋力矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的影響。 F0F39。 39。39。根據(jù)第內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 9 四理論分析，螺栓的總拉力 F0除與預(yù)緊 F‘ 、工作拉力 F有關(guān)外，還受到螺栓剛度 Ca和被聯(lián)接件剛度 Cm等因素的影響。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)下的計算公式為： 2 2 2 23 3 ( 0 .5 ) 1 .3ca? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 螺栓危險截面的拉伸強(qiáng)度條件根據(jù)上式為： ? ?39。因此，進(jìn)行僅受預(yù)緊力的緊螺栓強(qiáng)度計算時，應(yīng)綜合考慮拉伸應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的作用。也就是說這種聯(lián)接只能承受靜載荷。為此，可將被聯(lián)接件上的支撐面設(shè)計成凸臺或沉頭座。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)扳手所需要活動空間的大小來決 定。如圓形、環(huán)形、矩形、框形、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 6 三角形等，這樣不但便于加工制造，而且便于對稱布置螺栓，使螺栓組的對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。 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 。具體內(nèi)容如下：螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)設(shè)計及受力分析；螺栓組加載框的結(jié)構(gòu)設(shè)計；螺栓組實驗臺的液壓加載系統(tǒng) 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)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。這樣在許多方面都增加了實驗的靈活性。 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(jī)虛擬，且借助于 3維獲得動畫效果，從而達(dá)到實用的目的。多功能螺栓組虛擬實驗臺可以說是在計算機(jī)上實現(xiàn)的裝置。 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(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。實驗的內(nèi)容和功能是相輔相成的，根據(jù)內(nèi)容的要求，實驗臺應(yīng)具有如下的功能單元： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（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 虛擬螺栓組實驗臺螺栓的布置形式 （ 2） 加載單元：對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，或以上各種載荷形式共同作用的聯(lián)合載荷。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”。一則他可以大大增強(qiáng)連接強(qiáng)度，另外也是高校教育的要求。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(jìn)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(jìn)行了計算選擇。螺栓組實驗是針對原有“機(jī)械設(shè)計”實驗中的“螺栓組聯(lián)接中的受力 ”而提出的。對物理螺栓組進(jìn)行計算機(jī)監(jiān)測，不但方便教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)，而且容易接受。 此次設(shè)計的主要任務(wù)是完成原理圖的設(shè)計，其次是完成系統(tǒng)中各個元件的選擇，裝配圖、原理圖、油箱等零件圖的繪制。考慮到螺紋聯(lián)接的兩大作用： 可作緊固件用； 可做傳動件用。 國內(nèi)同類實驗臺 —— 虛擬螺栓組實驗臺簡 介 實驗內(nèi)容和功能 虛擬螺栓組實驗臺是根據(jù)物理實驗臺的基本原理開發(fā)的，因此，必須滿足實驗內(nèi)容一致性，即虛擬實驗臺與實際實驗臺的內(nèi)容一致性。 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(xué)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）。 計算機(jī)在實驗臺中的應(yīng)用 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人類進(jìn)入了信息時代。它以計算機(jī)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(jī)進(jìn)行。所以在完成實物實驗臺原有功能的基礎(chǔ)上，利用計算機(jī)處理信息量大、運算速度快、參數(shù)可變等優(yōu)點和的三維動畫，實現(xiàn)虛擬逼真的多功能實驗臺。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。只有這樣，我們才能夠做到在實驗中處理好所面對的各種問題。 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。 （ 2）受力分析 —— 按連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最大的螺栓及其 所受的力，畫出它的力 變形線圖。 螺栓的布置使各螺栓的受力合理 ，當(dāng)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(dāng)靠近連接接合面的邊緣，以減小螺栓的受力。 （ 1）分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目應(yīng)取成 12 等易于分度的數(shù)目，以便在圓周上鉆孔時的分度和畫線。當(dāng)支撐面為傾斜時，可采用斜面墊圈等。螺栓在工作時才受拉力 F，例如圖 6 所示的起升滑輪螺栓，其螺紋部分的強(qiáng)度條件為： ? ?? ?244FdFd???????? 式中： d—— 螺栓危險截面的直徑， mm； [σ ]—— d 螺栓材料的需用拉應(yīng)力。 螺栓危險截面的拉伸應(yīng)力為： ? =214F39。214caFd????? 式中： F‘ —— 螺栓所受預(yù)緊力， N； 其余符號意義同前。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。39。39。39?？傻贸雎菟ǖ奈ｋU截面的拉伸強(qiáng)度條件為： 214caFd? ?? 或： ? ?1 4 ???? 式中：各符號的意義同前。 因此螺栓 疲勞強(qiáng)度的 校核公式 為：