【正文】 間隙，期接觸表面受擠壓；在連接接合面處。計(jì)算時(shí)，假設(shè)螺栓孔與孔壁表面壓力分布是均勻的，由于這種聯(lián)接所受的預(yù)緊力很小，所以在計(jì)算的時(shí)候，可以不考慮預(yù)緊力和螺紋力的影響螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為： 螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為： 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； [σp]—— 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(jìn)行螺栓組的受力分析的目地是：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，以方便進(jìn)行螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算。下面正對(duì)典型的受載荷情況分別加以討論。假設(shè)各螺栓受載均勻，每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為： 每個(gè)螺栓所承受總拉力為： 式中： Z—— 螺栓組的個(gè)數(shù)。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： 或： 式中： f —— 結(jié)合面間摩擦系數(shù)； m—— 結(jié)合面面數(shù)； Kf—— 防滑系數(shù)；這種靠摩擦傳遞橫向載荷時(shí)的受拉螺栓連接的主要缺點(diǎn)是所需的預(yù)緊力很大。此載荷可通過(guò)受拉或受剪螺栓聯(lián)接來(lái)傳遞。由于各螺栓所授予緊力相同，則各螺栓連接處產(chǎn)生的摩擦力均相等。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。即在此翻轉(zhuǎn)力矩M的作用下，引起左側(cè)和右側(cè)各螺栓產(chǎn)生工作載荷Fi，其對(duì)OO軸線力矩之和必與此翻轉(zhuǎn)力矩M相平衡，則： (a) 根據(jù)螺栓變形協(xié)調(diào)條件，各螺栓的拉伸變形量與軸線到螺栓組對(duì)稱軸線OO的距離成正比，因?yàn)楦髀菟ǖ睦靹偠认嗤?，所以左?cè)和右側(cè)螺栓的工作載荷Fi與這個(gè)距離成正比。由式（b）代如（a），并經(jīng)整理，得受力最大螺栓所受的工作拉力為： 對(duì)于受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接，應(yīng)保證結(jié)合面不會(huì)因擠壓應(yīng)力過(guò)大而壓潰，并要使結(jié)合的最小擠壓應(yīng)力大于零。在螺栓組聯(lián)接中不管受力狀態(tài)如何復(fù)雜都簡(jiǎn)化成上述四種簡(jiǎn)但得受力狀態(tài)，再按力的疊加原理算出螺栓受力。須注意的是，對(duì)于松連接螺栓，只受啦伸外載荷F，則應(yīng)以F為載荷進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)于受橫向載荷的普通螺栓組聯(lián)接和受扭傳力矩的受拉普通緊螺栓組，螺栓只受預(yù)緊力F’，’為載荷進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算， 對(duì)于受軸向載荷的普通緊螺栓聯(lián)接和授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， F0為載荷進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算， 對(duì)于受剪的鉸制孔螺栓聯(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(jìn)行擠壓和剪切強(qiáng)度計(jì)算。其中，以載荷的施加方式內(nèi)容是主要內(nèi)容。 實(shí)驗(yàn)機(jī)的型式一般情況之下，多功能螺栓組實(shí)驗(yàn)臺(tái)有臺(tái)式和立式之分，本次參考的是臺(tái)式。比較這兩點(diǎn)，本設(shè)計(jì)會(huì)選擇低底座，在我們作實(shí)驗(yàn)時(shí)，可將該實(shí)驗(yàn)機(jī)放上實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，以此來(lái)增高其操作面，降低制造成本。在實(shí)驗(yàn)機(jī)下方都將有空閑的空間。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(shí)將產(chǎn)生不小的沖擊及振動(dòng)，這對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)造成一定的誤差，故液壓系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)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。 加載方式的選擇載荷施加的常有方式有液壓加載和機(jī)械加載。機(jī)械加載的優(yōu)點(diǎn)是加載裝置的制造成本較低；缺點(diǎn)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，從而造成的誤差也就會(huì)較大。所以在制造成本上會(huì)有相對(duì)的提高，而且液壓系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，檢測(cè)、排除故障都相對(duì)較困難。 載荷的施加載荷的類型由單一載荷（基本載荷）和復(fù)合載荷(組合載荷）。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。對(duì)于被連接，主要有以下部分組成：框架部分，；托架。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。所以在盡量保證結(jié)構(gòu)剛度的條件下，設(shè)計(jì)成下圖形狀。圖 第四章 設(shè)計(jì)方案的確定一個(gè)好的設(shè)計(jì)應(yīng)該要從技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、操做方便和維修方便，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠。當(dāng)然，要想達(dá)到這些要求是需要一個(gè)過(guò)程的，我們應(yīng)努力縮短這個(gè)還應(yīng)指出，一個(gè)涉及良好的液壓系統(tǒng)，往過(guò)程往不是一次就可以完成的，而需要經(jīng)過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的反復(fù)檢驗(yàn)不斷的調(diào)整和修改內(nèi)容才能逐步達(dá)到完善。但是一般來(lái)講，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程基本上包括以下幾個(gè)基本步驟：擬定系統(tǒng)步驟方案，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟不可能是固定不變的；系統(tǒng)的計(jì)算；各種系統(tǒng)元件的選擇或設(shè)計(jì)；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的驗(yàn)算；繪制正是的裝配圖和液壓系統(tǒng)圖等。千萬(wàn)不要一味盲目的追求“全液壓化”。但它在某些方面也會(huì)有缺陷，亦不如其他傳動(dòng)方式。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。 明確系統(tǒng)對(duì)安全保護(hù)的要求程度，以便選用必要的合理的安全裝置和措施；明確系統(tǒng)對(duì)傳動(dòng)精度和質(zhì)量的要求，如平衡性、準(zhǔn)確性、效率等。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，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。其動(dòng)作主要是在液壓缸動(dòng)作的同時(shí)進(jìn)行加載。雖然在理論上是動(dòng)加載，但其速度小，行程小，故可以將其作靜加載看待，運(yùn)動(dòng)也相對(duì)比較穩(wěn)定。（5） 液壓系統(tǒng)的元件由于去結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造精度高，所以成本也相對(duì)高，但可以通過(guò)選用通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的替代遠(yuǎn)見(jiàn)。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。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。當(dāng)然，這種劃分并非絕對(duì)。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)。本設(shè)計(jì)中只有直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故采用油缸。常用的工作液體有礦物油、合成油和水乳油。總之，在滿足要求的前提下，盡量選擇價(jià)格便宜的一半的工作液體，不可優(yōu)才劣用，造成浪費(fèi)。第五章 實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)分析 明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)時(shí)教學(xué)用的實(shí)驗(yàn)儀器，主要測(cè)式的是螺栓的拉伸變形試驗(yàn)，用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，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。 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Q212Q335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。 對(duì)螺栓受力分析本設(shè)計(jì)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。在這次設(shè)計(jì)中，當(dāng)?shù)装迳现谎b4個(gè)螺栓時(shí)，系統(tǒng)受拉力的變形量最大，如下圖，螺栓受工作載荷FR。根據(jù)第四強(qiáng)度理論及對(duì)大量螺栓擰緊的統(tǒng)計(jì)分析可證明，其復(fù)合應(yīng)力σca的計(jì)算只需將拉伸應(yīng)力σ加大30%，其強(qiáng)度條件為： 即： 則有： 2. 螺栓組工作載荷（橫向力）FR的計(jì)算如上所述： 即 ： 則最大工作載荷： 3. 傾覆力矩的計(jì)算底板為剛體，繞對(duì)稱軸線有翻轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，則力矩：在此力矩的作用下，對(duì)稱軸線上邊的螺栓被拉緊，螺栓軸向力增大。 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： 螺栓所受的總工作拉力為： 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(xiàn)=, 根據(jù)平衡條件有 即 ： 式中： η ——油缸的機(jī)械效率， η= 則： 2. 缸筒內(nèi)徑D 對(duì)有桿腔面積而言，有：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φ= 則有： 得： D=根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（GB/T234880），取 D=40mm。 4. 無(wú)桿腔的實(shí)際有效面積A1 5. 有桿腔的實(shí)際有效面積A26. 流量計(jì)算Q按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》計(jì)算液壓缸工作時(shí)所需流量式中： η —— 容積效率， 彈性密封時(shí) 取 η=1； V1—— 活塞的速度， 根據(jù)工礦 取V1 =。其失效形式儲(chǔ)可能時(shí)螺栓被拉斷外，還可能出現(xiàn)支架沿接合面滑移，以及在翻轉(zhuǎn)力矩作用下，接合面的上邊可能產(chǎn)生離縫。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。 工作載荷變化時(shí)受力最大螺栓的載荷—應(yīng)變變化計(jì)算對(duì)于如圖的連接形式， 螺栓的連接形式（主視圖）如圖，當(dāng)只有4個(gè)螺栓時(shí)（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， （左視圖）本節(jié)中，將計(jì)算當(dāng)工作載荷變化時(shí)，受力最大的螺栓8的總拉力和應(yīng)變變化值。 螺栓所受的總拉力及應(yīng)變 式中： Fi—— 第i個(gè)螺栓受的總拉力，N； 查表得：C1/C1+C2=。 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)缦卤恚罕硪? 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（104）500100015002000250030003500400045004830F1484815026（104） 外載荷——應(yīng)變線圖為：（坐標(biāo)圖1） 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’ =。2. 當(dāng)裝有5個(gè)螺栓時(shí)，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： 受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接中的相同由M引起的單個(gè)螺栓受最大拉力為： 而由公式 得 螺栓所受總拉力為：總拉力產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)椋荷鲜龈魇街械姆?hào)意義同前。其中擬定液壓系統(tǒng)原理圖是液壓設(shè)計(jì)中地一個(gè)重要的步驟，這一不要做的工作就是合理應(yīng)用液壓基本回路有關(guān)的知識(shí)和各種液壓元件的基本特及功能的指示，組成一個(gè)滿足實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求的液壓系統(tǒng)。在擬定液壓系統(tǒng)原理圖同時(shí)時(shí)，還應(yīng)該特別注意分析國(guó)內(nèi)外類似設(shè)計(jì)中的液壓系統(tǒng)。在前人工作成果的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，這對(duì)比較缺乏經(jīng)驗(yàn)的我們來(lái)說(shuō)非常重要的，這樣可以避免重復(fù)性的工作和少走彎路，成功地把握會(huì)大大增大，也應(yīng)當(dāng)要防止一味的照搬照抄，脫離實(shí)際造成浪費(fèi)。應(yīng)當(dāng)遵循的原則是：完成的動(dòng)作要求使用的元件越少越好，回路越簡(jiǎn)單越好。設(shè)計(jì)時(shí)，還必須盡力使系統(tǒng)及區(qū)援建符合標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化的“三化”的原則，極可能的選用標(biāo)準(zhǔn)件與通用件，只有在滿足不了要求的情況下，才可以設(shè)計(jì)專用的非標(biāo)件。例如用一臺(tái)油泵向幾個(gè)油缸或馬達(dá)供油，當(dāng)其中一個(gè)油缸的負(fù)載突然降低時(shí)，會(huì)使并聯(lián)的其他所有的油缸或馬達(dá)的壓力也隨之降低，建立不起壓力，因而不能正常工作。，盡量提高設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率。對(duì)于垂直運(yùn)動(dòng)的大質(zhì)量負(fù)載，要有平衡和限速裝置，某些精密元件由于油溫過(guò)高或污染，開(kāi)始引起卡住失靈現(xiàn)象，要對(duì)其凈化裝置尤為注意。對(duì)關(guān)鍵性和易出故障的裝置要考慮配有備用件。要特別注意液壓系統(tǒng)的安裝、操作和經(jīng)常性地維護(hù)檢修方便以及對(duì)操作者可靠的安全保護(hù)措施。，防止系統(tǒng)過(guò)熱。它涉及的面廣，比如：要注意選用干效率的液壓元件、輔件；正確選用液壓油；合理選擇油管內(nèi)徑，盡量減少油管長(zhǎng)度和彎曲處；采用效率較高的壓力、流量和功率適應(yīng)回路等。 本系統(tǒng)液壓原理圖的擬定由于本設(shè)計(jì)中的液壓系統(tǒng)的作用只是進(jìn)行施加載荷，目的單一，故而系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，元件較少，綜合考慮各遠(yuǎn)見(jiàn)的作用，把它們有機(jī)、合理地組合在一起，擬定出實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓加載系統(tǒng)原理圖如下：該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力來(lái)源于電動(dòng)機(jī)，它驅(qū)動(dòng)該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的壓力油源——液壓泵，液壓泵出口裝單向閥防止油液對(duì)系統(tǒng)造成沖擊，當(dāng)壓力達(dá)到系統(tǒng)工作壓力時(shí)，壓力繼電器將油液的的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以控制電磁換向閥動(dòng)作。溢流閥對(duì)系統(tǒng)定壓。 結(jié)論，具有許多優(yōu)點(diǎn)，比如：在螺栓的尾端貼應(yīng)變片，在與傳感器相連，通過(guò)傳感器與計(jì)算機(jī)相連通，便可直接測(cè)試螺栓應(yīng)變，測(cè)試結(jié)果也可直接從計(jì)算機(jī)上得出；在活塞桿和托架之間安裝一個(gè)壓力傳感器，通過(guò)計(jì)算機(jī)可方便的測(cè)的系統(tǒng)壓力和隨時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力，測(cè)試簡(jiǎn)單可靠。，大多采用標(biāo)準(zhǔn)件，也降低了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的成本。 確定壓力P1. 額定壓力Pn： 即公稱壓力，是液壓缸用以長(zhǎng)期工作的壓力。2. 最高允許壓力Pmax：是液壓缸在瞬間所能承受的極限壓力，一般有：Pmax≤(MPa)對(duì)于本系統(tǒng)最高允許壓力 Pmax=1防塵圈 2