[发明专利]一种轴向受力的预紧螺栓连接强度实验台及其实验方法

说明书

本申请公开了一种轴向受力的预紧螺栓连接强度实验台及其实验方法，用于轴向受力预紧螺栓的受力、变形检测与强度分析。实验台包括螺栓连接结构和加载装置。连接结构由下向上依次设置传感器A、下钢板、被连接件、上钢板、传感器B，实验螺栓从底座下方穿过并预紧。连接定位采用直线轴承结构，减小摩擦力和附加弯矩对螺栓受力的影响，提高纯轴向载荷的加载精度。加载装置包括弹性结构的杠杆、传动单元和传感器C，通过螺旋传动实现静载手动加载；由电机带动偏心凸轮旋转实现连续动态加载，通过凸轮偏心量控制弹性件的变形量保证变载荷加载精度。实验台连接件可灵活互换，适用于机械零件强度领域的工程认知实验，以及工程领域螺栓疲劳强度测试试验。

技术领域

本发明属于教学用实验台技术领域，具体涉及一种轴向受力的预紧螺栓连接强度实验台及其实验方法。

背景技术

螺栓作为广泛应用的紧固件，要求其具备较高的连接强度和可靠性。螺栓连接强度分析，即研究影响螺栓强度的影响因素和提高螺栓强度的措施，对提高螺栓连接的可靠性具有重要意义。其中，承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接是最为常见的，也是最重要的一种受力形式。在高校工科类“机械设计”系列课程的实践教学中，考虑变形的受力分析原理和疲劳强度计算方法具有普遍性，是机械零件强度设计理论的典型分析实例。螺栓连接强度计算中以轴向受力螺栓的变形、受力分析理论为基础；工程应用中有密闭性要求的重要螺栓连接，分析螺栓在变载荷下的疲劳强度，是重要的机械零件强度问题。

为了对受轴向工作载荷的预紧螺栓的受力、变形进行检测，并研究螺栓的受力和强度问题，在教学中采用螺栓实验台进行实践。现有的螺栓实验台采用电阻应变片测量应力与应变，需另外配置A/D转换及信号放大的测试系统，结构复杂、应变片安装技术难度大，不利于被测试件的更换，且实验前设备调试复杂、检测参数不全面，数据误差大，实验结果不够准确，不能达到明确的理论验证的实验要求。

发明内容

本发明提供一种轴向受力的预紧螺栓连接强度实验台及其实验方法，用于轴向受力的紧螺栓连接的受力、变形检测与强度分析，能够获得全面的实验参数，保证加载和实验检测精度，便于安装调试。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轴向受力的预紧螺栓连接强度实验台，包括设于底座上的实验螺栓连接结构和加载装置，

所述实验螺栓连接结构包括由下向上依次设置的传感器A、下钢板、被连接件、上钢板、传感器B，所述下钢板、被连接件、上钢板的型心处以及传感器A和传感器B的中心轴线处均开有上下贯通的中心孔，所述底座上开设有用于使实验螺栓从底部装入的竖向光孔，所述中心孔与光孔对中；

所述加载装置包括加载杠杆、传动单元和用于检测工作载荷的传感器C，所述传动单元设置在位于实验螺栓连接结构一侧的加载支架上，传动单元通过加载杠杆向实验螺栓施加静载荷或动态载荷；所述加载杠杆的杠杆臂左端上表面通过触头A与上钢板下部相抵，所述传感器C设置于杠杆臂右端与传动单元之间；

所述实验螺栓的上端端面的轴线处安装有千分表B，所述上钢板的上端面安装有千分表A。也可在上钢板水平端面处安装其他高精度位移检测仪。

进一步地，所述下钢板和上钢板的四角分别开设有上下对应的通孔，所述通孔以中心孔为中心对称布置，通孔内安装直线轴承，下钢板和上钢板之间通过设于直线轴承内的导柱相配合，所述导柱下端与底座固定。

进一步地，所述上钢板整体呈方形，上钢板前后两侧各设一凸台，所述触头A通过螺纹连接于凸台上，两触头A对称布置于上钢板型心轴线上。

进一步地，所述加载杠杆包括杠杆支架、设于杠杆支架上的销轴、设于销轴两端呈对称结构的两个左侧杠杆臂，所述左侧杠杆臂右端连接一支撑横梁，支撑横梁上朝向加载支架的方向连接一个右侧杠杆臂；所述左侧杠杆臂为竖立的刚性梁，右侧杠杆臂为弹性梁；所述弹性梁与传感器C下端连接，左侧杠杆臂两端上表面分别与两个触头A的下端接触，接触点为杠杆臂左侧施力点。