[发明专利]一种海绵代替被连接件的螺栓受轴向拉伸的载荷演示仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种橡胶代替螺栓的紧螺栓受轴向拉伸变形的载荷分析仪。

背景技术

螺栓联接是紧固件联接中最基本的一种结构形式，而紧螺栓联接是最常见的，被广泛的应用在现代工业当中。如何很好的理解和掌握紧螺栓联接轴向加载的整个动态过程的这部分知识来更好设计螺栓和使用螺栓就具有很重大的意义。但是由于螺栓施加载荷后的变形量很小，而且这部分的理论知识比较抽象，难以被学习者所理解。现有的紧螺栓联接教学仪器尚无能够直观演示从施加预紧力到施加载荷的整个变化过程。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种海绵代替被连接件的螺栓受轴向拉伸的载荷演示仪，实现直观演示紧螺栓联接轴向加载的过程。

本发明解决技术问题所采用的方案为：一种海绵代替被连接件的螺栓受轴向拉伸的载荷演示仪，包括一底板，所述底板的两侧分别固设有立柱，所述立柱顶部固定连接有一顶板，所述底板上方设置有固定在立柱上的连接板，所述连接板上方设置有套设在立柱上并可沿立柱上下移动的上顶板，所述连接板与上顶板之间设置有对称安装的上、下被连接件，所述上、下被连接件均包括外盒腔体和套设在外盒腔体内并可沿外盒腔体上下移动的内盒腔体，内、外盒腔体之间还布设有海绵；还包括螺栓，所述螺栓从下至上依次贯穿连接板、上、下被连接件、上顶板经螺母锁紧，所述上顶板和螺母之间设置有一垫板，所述螺栓包括一呈圆柱形橡胶、螺栓头和带头部的螺杆，所述橡胶两端分别经花键与螺栓头和螺杆头部相连，所述橡胶上套设有与所述花键配合的套筒；还包括一加载机构，所述加载机构包括套设在立柱上并可沿立柱上下移动的加载板，所述加载板中部设置有让上、下被连接件穿过的通孔，所述加载板的两侧分别设置有带齿条的竖杆，所述底板上还设置有蜗轮蜗杆，所述涡轮的两侧均设置有与涡轮同轴连接的齿轮，所述齿轮分别与同侧的齿条相咬合。

进一步的，所述橡胶的弹性系数大于所述海绵的弹性系数。

进一步的，所述连接板的两侧分别设置有带滑槽的下滑槽板，该滑槽内设置有在滑槽内上下移动的子母螺钉，所述竖杆的下部与子母螺钉相连接。

进一步的，所述上、下被连接件之间贴设有第一压力传感器，所述垫板和上顶板之间贴设有第二压力传感器，所述上顶板和加载板之间贴设有第三压力传感器，所述顶板上分别设有对螺栓、上顶板和被连接件进行测距的超声波传感器，所述底板上设置有连接第一、第二、第三压力传感器和超声波传感器的控制电路板，所述一侧的下滑槽板上还设置有显示压力和距离的液晶显示屏，所述控制电路板的输出端与所述液晶显示屏的输入端电连接。

进一步的，所述蜗杆的一端连接有转动丝杆的手柄。

为了解决上述技术问题，本发明的一种技术方案是：一种海绵代替被连接件的螺栓受轴向拉伸的载荷演示仪使用方法，按以下步骤进行：

（1）接通电源，启动开关；

（2）调整螺母，使螺栓处于未拧紧状态，加载机构调至最低位置，调整好超声波传感器位置；

（3）测出并记录初始被连接件的初始厚度和螺栓初始总长；

（4）开始缓慢拧紧螺栓，预紧到一定程度，测出并记录螺栓总载荷，螺栓预紧力，被连接件的厚度，螺栓总长；

（5）旋转手柄，使加载机构向上运动对螺栓进行轴向加载，观察显示屏的数据变化，施加到一定载荷后，停止加载，将测出并记录螺栓总载荷，螺栓预紧力，施加载荷，被连接件的厚度和螺栓总长；

（6）关闭电源，卸载螺栓，返回加载机构，结束操作。

本发明的设计构想：为了使所设计的分析仪能够直观的演示紧螺栓联接轴向加载从未拧紧螺母到施加轴向载荷的整个动态过程，同时能够直观看出螺栓形变量并通过数值显示出施加载荷和预紧力的变化，为此采用等效替代与放大的方法，利用大弹性系数的橡胶代替螺杆来放大螺栓的变形量，小弹性系数的海绵代替被连接件来降低被连联接件的刚度。考虑到老师教学过程中与同学互动更容易进行，采用手动操作的方式，同时采用数显模块，直观显示出弹性变形量、拉力以及压力值的变化。

将螺杆分成四部分，上下部分为花键的结构，中间利用橡胶连接起来，橡胶外边采用内部设计成与花键相配合的套筒，够使螺母在拧紧过程中螺杆的扭转应力和拉应力的分开，从而保证橡胶螺杆在中心线位置不偏离，同时整个框架外围用四根立柱与直线轴承配合来保持橡胶变形量一致，且这样制作出来的螺栓更为美观。采用这样的等效替代与放大的方法来设计螺栓结构，既要保证螺栓原本的结构，又能使其在加载过程中将原有的微小的变形量进行放大，使得教具在演示过程中的变形量能够观察出来，起到较好的演示效果。