【正文】 ? ? ? Cb、 Cm分別表示螺栓和被聯(lián)接件的剛度，且為定值。 F0F39。FΔ δδ 2δ 1Δ F變形力 圖 螺栓的受力與變形 下面是按靜載荷和變載荷兩種其情況討論的強度計算： (1) 受軸向靜載荷螺栓聯(lián)接的強度計算： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 10 設(shè)計時，先根據(jù)聯(lián)接的受載情況，求出螺栓的工作拉力 F，再根據(jù)工作要求選擇剩余預(yù)緊力 F’的值，然后計算總拉力 F0?？紤]到連接在工作載荷 F作用下可能要進行補充擰 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。 （ 2） 受軸向變載荷螺栓聯(lián)接的強度計算 對于受軸向變載荷的重要連接（如汽缸反復(fù)進氣排氣），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。 影響疲勞強度 的主要因素 是應(yīng)力幅。螺栓桿和孔壁之間無間隙，其接觸表面受擠壓；在連接接合面處，螺栓桿受剪切如圖 。 計算時，架設(shè)螺栓孔與孔壁表面上的壓力分布是均勻的。分析時，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。 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。39。0 bbmCF F F F FCC? ? ? ? ? 式中： Z—— 螺栓組的個數(shù)。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。 fRF fmz K F? 或： 39。 受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接 在轉(zhuǎn)矩 T 的作用下，底板將繞過螺栓組對成中心并于結(jié)合面垂直的軸線轉(zhuǎn)動，其傳動方式和受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接相同。 其簡化圖為下圖 ： oT8 7 6 51 2 3 4r 1r 2fF 39。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，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。根據(jù)作用在底板上的力矩平衡條件，應(yīng)有： 39。 39。 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。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。 在實際使用中，螺栓組聯(lián)接所受的工作載荷常常是以上四種簡單受力狀態(tài)的不同組合。求出受力最大螺栓及其受力值后，即可進行單個螺栓連接的強度計算。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 16 第三章 螺栓組實驗臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 實驗 機的型式 一般情況下，多功能螺栓組實驗臺有臺式和立式之分，本次設(shè)計參考的是臺式。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，可將該實驗機置于實驗臺上，以此來增高其操作面，降低其制造成本。在實驗機下方都將有個空閑的空間。本著充分利用空間的思想，可以考慮將液壓系統(tǒng)在加載時將產(chǎn)生不小的沖擊及振動，這對實驗機造成一定的誤差，故液壓系統(tǒng)與實驗機主體之間有一定的距離，并適當采取一些減震與隔離的措施?？v觀兩種加載方式的優(yōu)缺點，本設(shè)計采用液壓加載方式，機械加載的優(yōu)點是加載裝置的制造成本低；缺點是使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，從而造成的誤差也較大。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。 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，達到 了加載的目的。 對于被連接，主要有以下部分組成：框架部分，見圖 ；托架，見圖 。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。所以在盡量保證結(jié)構(gòu)剛度的條件下，設(shè)計成下圖形狀。 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、經(jīng)濟上合理，操作和維修方便，運轉(zhuǎn)安全可靠。由于具體條件的不同，系統(tǒng)的設(shè)計步驟也不是固定不變的。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)進行驗算；繪制正確的裝配圖和液壓系統(tǒng)圖 等。切不可一味盲目的追求“全液壓化”。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。 由于在第三章中比較了液壓加載和機械加載的優(yōu)缺點，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)計說明書（畢業(yè)論文） 21 在本設(shè)計的實驗機中，對系統(tǒng)主要有以下幾點要求： （ 1） 主機的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等 。其動作主要是在液壓缸動作的同時進行加載。雖然在理論上是動加載，但其速度小，行程小，故可以將其作靜加載看待，運動也相對比較穩(wěn)定。 （ 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、標準化、系列化的替代遠見。 如上節(jié)所述，液壓傳動系統(tǒng)有一個定量泵，一個油箱，一個油缸。 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。當然，這種劃分并非絕對。 3. 選用油缸或油馬達 一般來說，工作機構(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驅(qū)動；做擺動運動的，則選用各種擺動油缸驅(qū)動。本設(shè)計中只有直線往復(fù)運動，故采用油缸。 常用的工作液體有礦物油、合成油和水乳油?？傊?，在滿足要求的前提下，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。 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。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。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=。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。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。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。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。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 。 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。 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)國家標準 GB234880 活塞桿直徑系列，取 d=20mm.。 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。 螺栓所受的總拉力及應(yīng)變 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。 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。 2. 當裝有 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。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