CN1043582A - 螺栓联接综合测试装置 - Google Patents

Abstract

一种教学实验用螺栓联接综合测试装置，该装置设有电动、手动加载两种功能和两种测量方式，除可完成螺栓联接变形协调实验外，还可以验证各项提高螺栓疲度强度的措施。该装置结构直观，操作简便、体积小，重量轻，造价低廉，适于各大、中专院校机械类专业教学实验推广应用。

Description

本发明是有关一种教学实验测试装置。

在机械类专业教学中，特别是《机械零件》教学实验中，螺栓联接（如内燃机的缸体与缸盖的螺栓联接）所承受预紧力和工作拉力，螺栓的载荷计算和强度计算是教学重点，也是难点。教学中需要通过螺栓联接测试装置对有关螺栓受力及降低变载荷下螺栓上载荷变化幅度措施等内容的实测观察来完成教学任务的。

现有的教学用螺栓联接测试装置。如，大连工学院附校工厂的《LBX-84型螺栓联接变型协调实验台》，其结构主要的联接件是一个螺栓，被联接件是套筒，螺栓和套筒上贴电阻应变片，螺母与手轮为一体，工作拉力由手轮施加，拉力的大小用弹性环和千分表测量。现有结构的测试装置主要缺点是只能进行部分静载荷下的试验，而不能进行动载荷、变载荷下的试验，因而也不能对提高螺栓疲劳强度的诸方法进行模拟验证。同时，在外形上，现有的测试装置不直观，影响了实验效果。

本发明的目的是在保留现有测试装置功能的基础上，解决螺栓联接动态特性试验问题，同时使做试验者观测直观，动手性强、方便，为此本发明注意到教材和课堂讲授时举例用图形的特点，采用了简单明了的结构，组成本测试装置。

附图1是本发明装置的正视图;附图2是侧视图;附图3是弹性板和垫片视图。

附图中，（1）为空心螺栓，（2）、（8）为螺母，（3）为垫片，（4）为套，（5）为双头螺栓，（6）为弹簧，（7）为挺杆，（9）为轴承，（10）为蜗轮，（11）为凸轮，（12）为蜗杆，（13）为手轮，（14）为电机，（15）为下板，（16）为弹性板，（17）为上板，（18）、（19）为千分表，（20）为锥塞，（21）为箱体。

本发明把重点放在解决螺栓联接动态特性的验证上，为此本发明的解决方案是由被联接部、联接件部分、加载机构和测量系统组成。被联接件部分是由刚性上板（17）、下板（15）和两板弹性板（6）组成;联接件部分是由空心螺栓（1）、螺母（2）、垫片（3）、套（4）、双头螺栓（5）和螺母（8）组成。被联接件的两块弹性板（16）分开两侧分别上联接上板（17），下联接下板（15），为能验证改变被联接件刚度对螺栓上载荷的影响，被联接件的两块弹性板（16）制成八角环形，弹性板（16）的中间设有锥形孔，设二个附件锥形塞（20）可以在锥形空内插入或拔出，锥形塞的插入或拔出可改变弹性板的受力流线，进而改变被联接件的刚度。上板（17）和下板（15）为两块刚性板。联接件的空心螺栓（1）处于被联接件的中间穿过上板（17）、下板（15），且由螺母（2）通过垫片（3）、套（4）和螺母（8）紧固;在空心螺栓（1）的内孔中装有双头螺栓（5），其上的螺母（8）拧紧或放松可以控制双头螺栓（5）参加或退出受力而改变联接件的受力截面积，从而改变其刚度，同时也增加一项实验项目。被联接件和联接件一起固联在加载箱体（21）上。加载机构引入了凸轮挺杆机构，凸轮（11）直接固联在蜗轮（10）上，通过蜗杆（12）驱动转动，蜗杆（12）两端分别接有电机（14）和手轮（13），工作时既可电动加载又可手动加载，手轮（13）端部和蜗杆（12）端部制成单向锯齿状，当蜗轮由电机（14）驱动时，手轮（13）可自行向外弹出脱开，不随蜗杆（12）一起转动;加载机构的弹簧（6）套在空心蜗栓（1）的外面和挺杆（7）相联，在挺杆（7）和凸轮（11）之间联接一个轴承（9），凸轮（11）转动时通过弹簧（6）为螺栓施加变载荷。测量系统，考虑到便于测量，同时又能适应不同物质条件下的教学实验需要，则同时采用两种测量方式：一种是传统的电阻应变片加应变仪的测量方式，即在空心螺栓（1）上的受拉部分贴有两组应变片，分别用来测量拉力和扭矩;在弹性板（16）上贴有一组应变片，用来测量被联接件上的预紧力;在挺杆（7）上也贴有一组应变片，用来测量工作载荷。由于本测试装置备有电动加载，因此可以用函数记录仪器记录下各力与时间的关系曲线。另一种测量方式是可以不用任何仪器，而只用本装置上的两块千分表（18）、（19）测量，这两块表固定在以下板（15）为基准面又穿过上板（17）的杆上，一块表可测量出被联接件的压缩变形，另一块表可测量出联接件的拉伸变形，此时工作载荷是由弹簧（6）受挺杆（7）压缩后的变形量得出的，弹簧受力与变形关系事先经过标定。联接件部分的螺母（4）下加的垫片（3）是两种类型的垫片，即为刚性垫片和弹性垫片，目的是在螺母下加弹性垫片减小螺栓刚度的作用相同，都可以使螺栓的疲劳强度提高，而且这也是要实验验证的项目。为使两种类型垫片更换方便，则把垫片制成剖分式，更换时可以从两边取出，拧紧螺母时，为使垫片不致于移位，用套（4）固定住。

本测试装置可以完成的实验验证的内容主要有：

1.螺栓联接系统的受力变形协调关系;

2.螺栓联接系统相对刚度的测定;

3.同时受预紧力和工作载荷螺栓上的总拉力不等于预紧力与工作载荷之和，而是等于残余预紧力与工作载荷之和;

4.可以通过采取增大被联接件刚度，减少联接件刚度在螺母下加弹性垫片和增大预紧力等方法，降低变载下螺栓的应力变化幅度等措施，从而提高疲劳强度。

本发明与现有技术相比，具有下列突出优点：（1）结构直观，与教学结合密切;（2）可以实现动态加载试验，增加了试验项目;（4）可以比较方便地改变螺栓和被联接件的刚度，操作简便;（5）具有两种测量系统和电动、手动加载方式，有条件时可以用仪器测量，没条件时用装置自备的千分表测量仍能达到满意的测试效果;（6）体积小、重量轻，造价低廉。

本发明可广泛用于机械类大、中专院校《机械零件》、《机械基础》等课程的教学实验。

Claims (5)

1、一种教学实验用的螺栓联接综合测试装置，它是由加载机构的手轮对被联接件和联接件螺栓施加工作拉力，在螺栓上贴有应变片，借助应变仪测量螺栓受力，本发明的特征是两块弹性板(16)分两侧上联接上板(17)，下联接下板(15)构成被联接件，螺母(2)通过垫片(3)和螺母(8)将穿过上板(17)、下板(15)的空心螺栓(1)固定构成联接件，弹簧(6)套在空心螺栓(1)外和挺杆(7)相联接，又通过轴承(9)相接的凸轮(11)与蜗轮(10)、蜗杆(12)两端分别接有的电机(14)、手轮(13)组成加载机构，在被联接件和联接件上面设有两块千分表(18)、(19)。

2、根据权利要求书1中所说的测试装置，其特征是弹性板（16）制成八角环形状，中间具有锥形孔，在该孔中插入或拔出锥形塞（20），即可改变联接件的刚度;

3、根据权利要求书1中所说的测试装置，其特征是空心螺栓（1）的内孔中拧入一个双头螺栓（5），拧紧或松开双头螺栓（5）上的螺母（8）可改变被联接件刚。

4、根据权利要求书1中所说的测试装置，其特征是凸轮（11）直接固联在蜗轮（10）上，通过蜗杆（12）驱动转动;

5、根据权利要求书1中所说的测试装置，其特征是手轮（13）端部和蜗杆（12）端部分别制成单向锯齿状，当蜗杆（12）由电机（14）驱动时，手轮（13）自行向外弹出脱开。