德國FESTO空心螺栓/festo螺栓聯(lián)接綜合實驗

一、實驗目的現(xiàn)在各類機械中，廣泛應用螺栓進行聯(lián)接，如何計算和測量螺栓受力情況及靜、動態(tài)特性參數(shù)，是工程技術人員的一個重要課題。本實驗通過對螺栓的受力進行測試和分析要求達到下述目的。1、了解螺栓聯(lián)接在擰緊過程中各部分的受力情況。2、計算螺栓相對剛度，并繪制螺栓聯(lián)接的受力變形。3、驗證受軸向工作載荷時，預緊螺栓聯(lián)接的變形規(guī)律，及對螺栓總拉力的影響。4、通過螺栓的動載實驗，改變螺栓聯(lián)接的相對剛度，觀察螺栓動應力幅值的變化，以驗證提高螺栓聯(lián)接強度的各項措施。德國FESTO空心螺栓/festo螺栓

二、實驗內(nèi)容1、基本螺栓聯(lián)接靜動態(tài)實驗。2、增加螺栓剛度的靜動態(tài)實驗。3、增加被連接件剛度的靜動態(tài)實驗。4、改用彈性墊片的靜動態(tài)實驗。

三、實驗設備及儀器該實驗配有LZS螺栓聯(lián)接綜合實驗臺一臺，LSD-A靜動態(tài)測量儀一臺，計算機及軟件等實驗設備及儀器。1、螺栓聯(lián)接實驗臺的結(jié)構(gòu)與工作原理。如1所示。1）聯(lián)接部分包括M16空心螺栓、大螺母、墊片組組成?？招穆菟ㄙN有測拉力和扭矩的兩組應變片，分別測量螺栓在擰緊時，所受預緊拉力和扭矩。空心螺栓的內(nèi)孔中裝有M8螺栓，擰緊或松開其上的手柄桿，即可改變空心螺栓的實際受載截面積，以達到改變聯(lián)接件剛度的目的。墊片組由剛性和彈性兩種墊片組成。2）被聯(lián)接件部分由上板、下板和八角環(huán)組成，八角環(huán)上貼有應變片，測量被聯(lián)接件受力的大小，中部有錐形孔，插入或撥出錐塞即可改變八角環(huán)的受力，以改變被聯(lián)接件系統(tǒng)的剛度。3）加載部分由蝸桿、蝸輪、挺桿和彈簧組成，挺桿上貼有應變片，用以測量所加工作載荷的大小，蝸桿一端與電機相聯(lián)，另一端裝有手輪，啟動電機或轉(zhuǎn)動手輪使挺桿上升或下降，以達到加載、卸載（改變工作載荷）的目的。2、LSD-A型靜動態(tài)測量儀的工作原理及各測點應變片的組橋方式。實驗臺各被測件的應變量用LSD-A型靜動態(tài)測量儀測量，通過標定或計算即可換算出各部分的大小。該儀器的工作原理方框請參看LSD-A型靜動態(tài)測量儀使用說明書。

LSD-A型靜動態(tài)測量儀是利用金屬材料的特性，將非電量的變化轉(zhuǎn)換成電量變化的測量儀，應變測量的轉(zhuǎn)換元件——應變片是用極細的金屬電阻絲繞成或用金屬箔片印刷腐蝕而成，用粘劑將應變片牢固的貼在被測物件上，當被測件受到外力作用長度發(fā)生變化時，粘貼在被測件上的應變片也相應變化，應變片的電阻值也隨著發(fā)生了?R的變化，這樣就把機械量轉(zhuǎn)換成電量（電阻值）的變化。用靈敏的電阻測量儀——電橋，測出電阻值的變化?R/R，就可換算出相應的應變ε，并可直接在測量儀的數(shù)碼管讀出應變值。通過A/D板該儀器可向計算機發(fā)送被測點應變值，供計算機處理。21、電動機2、蝸桿3、凸輪4、蝸輪5、下板6、扭力插座7、錐塞8、拉力插座9、彈簧10、空心螺桿11、千分表12、螺母13、剛性墊片（彈性墊片）14、八角環(huán)壓力插座15、八角環(huán)16、挺桿壓力插座17、M8螺桿18、挺桿19、手輪1LZS螺栓聯(lián)接綜合實驗臺各測點均采用箔式電阻應變片，其阻值為120Ω，靈敏系數(shù)k=2.20，各測點均為兩片應變片，按測量要求粘貼組成如2所示半橋（即測量橋的兩橋臂），中A、B、C三點分別應為連接線中的三色細導線，其黃色線（即B點）為兩應變片之公共點。3、計算機多媒體軟件及其他配套器具1）需要計算機的配置為帶ISA槽主板、128M內(nèi)存、40G硬盤、Celeron1.3G、光驅(qū)48X、17”純平顯示器。2）配套A/D板為PC6360轉(zhuǎn)換卡。3）實驗臺多媒體軟件，該軟件可進行螺栓靜態(tài)聯(lián)接實驗和動態(tài)聯(lián)接實驗的數(shù)據(jù)結(jié)果處理、整理，并打印出所需的實測曲線和理論曲線，待實驗結(jié)束后進行分析。4）扭力扳手0-200Nm一把，量程為0-1mm的千分表兩個四、實驗方法及步驟（以螺栓聯(lián)接靜態(tài)實驗為例說明實驗方法和步驟）實驗方法及步驟

（一）實驗臺及儀器預調(diào)與連接1）實驗臺：取出八角環(huán)上兩錐塞，松開空心螺栓上的M8小螺桿，裝上剛性墊片，轉(zhuǎn)動手輪，使挺1桿降下，處于卸載位置。將兩塊千分表分別安裝在表架上，使表頭分別與上板面（靠外側(cè)）和螺栓頂面接觸，用以測量聯(lián)接件（螺栓）與被聯(lián)接件的變形量。手擰大螺母至恰好與墊片接觸。（預緊初始值）螺栓不應有松動的感覺，分別將兩千分表調(diào)零。2）測量儀：配套的4根輸出線的插頭將各點插座連接好，各測點的布置為：電機側(cè)八角環(huán)的上方為螺栓拉力，下方為螺栓扭力。手輪側(cè)八角環(huán)的上方為八角環(huán)壓力，下方為挺桿壓力。然后再將各測點輸出線分別接于測量儀背面1、2、3、4各通道的A、B、C接線端子上，注意黃色線接B端子（中點）。3）計算機：用配套的串口數(shù)據(jù)線接儀器背面的9芯插座，另一頭連接計算機上的A/D板接口。啟動計算機，按軟件使用說明書要求的步驟操作進入實驗臺靜態(tài)螺栓實驗界面后。單擊“空載調(diào)零”鍵后，對“應變測量值”框中數(shù)據(jù)清零，如串口數(shù)據(jù)線連接無誤，則該輸入框中，會有數(shù)據(jù)顯示并跳動。4）調(diào)節(jié)靜動態(tài)測量儀：通過測量儀上的選擇開關，分別切換至各對應點，調(diào)節(jié)對應的“電阻平衡”電位器，使數(shù)碼管為“0”，進行測點的電阻平衡。

（二）實驗方法與步驟1螺栓聯(lián)接的靜態(tài)實驗1）用扭力矩扳手預緊被試螺栓，當扳手力矩為30～40N時，取下扳手，完成螺栓預緊。2）進入靜態(tài)螺栓界面，將附錄表中給定的標定系數(shù)由鍵盤輸入到相應的“參數(shù)給定”框中。將千分表測量的螺栓拉變形和八角環(huán)壓變形值輸入到相應的“千分表值輸入”框中。3）單擊“預緊測試”鍵，對預緊的數(shù)據(jù)進行采集和處理。4）用手將實驗臺上手輪逆時鐘（面對手輪）旋轉(zhuǎn)，使挺桿上升至一定高度，對螺栓軸向加載，加載高度≤16mm。高度值可通過塞入φ16mm的測量棒確定，然后將千分表測到的變形值再次輸入到相應的“千分表值輸入”框中。5）單擊“加載測試”鍵進行軸向加載的數(shù)據(jù)采集和處理。6）單擊“實測曲線”鍵，做出螺栓聯(lián)接對受力和變形的實測綜合變形。7）單擊“理論曲線”鍵，做出螺栓聯(lián)接的受力和變形的理論曲線形。8）單擊“打印”鍵，打印實測曲線形和理論曲線形。9）完成上述操作后，靜態(tài)螺栓聯(lián)接實驗結(jié)束，單擊“返回”鍵，可返回主界面。2螺栓聯(lián)接動態(tài)實驗`1）螺栓聯(lián)接的靜態(tài)實驗結(jié)束返回主界面后，單擊“動態(tài)螺栓”鍵進入動態(tài)螺栓實驗界面。2）重復靜態(tài)實驗方法與步驟中的3-4步。3）取下實驗臺右側(cè)手輪，開啟實驗臺電動機開關，單擊“動態(tài)測試”鍵，使電動機運轉(zhuǎn)30秒鐘左右。進行動態(tài)加載工況的采集和處理。4）單擊“測試曲線”鍵，做出工作載荷變化時螺栓拉力和八角環(huán)壓力變化實際波形。5）單擊“理論曲線”鍵，做出工作載荷變化時螺栓拉力和八角環(huán)壓力及工作載荷變化的理論波形。6）單擊“打印”鍵，打印實測波形和理論波形。7）完成上述操作后，動態(tài)螺栓聯(lián)接實驗結(jié)束。

五、實驗項目LZS螺栓聯(lián)接綜合實驗臺可進行下列實驗項目，每個實驗項目都需對實驗臺進行調(diào)整和相應標定系數(shù)的輸入工作：21、螺栓聯(lián)接靜動態(tài)實驗：1）實驗臺要求：取出八角環(huán)上兩錐塞，松開空心螺桿上的M8小螺桿，裝上剛性墊片。2）標定系數(shù)：使用附錄表中的空心螺栓項的給定數(shù)據(jù)。2、增加螺栓剛度的靜動態(tài)實驗：1）實驗臺要求：取出八角環(huán)上兩錐塞，擰緊空心螺桿上的M8小螺桿，裝上剛性墊片。2）標出系數(shù)：使用附錄表中實心螺栓給定數(shù)據(jù)。3、增加被連接件剛度的靜動態(tài)：1）實驗臺要求：插上八角環(huán)上兩錐塞，松開空心螺桿上的M8小螺桿，裝上剛性墊片。2）標定系數(shù)：使用附錄表中的錐塞項給定的數(shù)據(jù)。4、改用彈性墊片的靜動態(tài)：1）實驗臺要求：取出八角環(huán)上兩錐塞，松開空心螺桿上的M8小螺桿，裝上彈性墊片。2）標定系數(shù)：使用附錄表中的彈性墊片項給定的數(shù)據(jù)。

六、注意事項1、電機的接線必須正確，電機的旋轉(zhuǎn)方向為逆時鐘（面向手輪正面）2、進行動態(tài)實驗，開啟電機電源開關時必須注意把手輪卸下來，避免電機轉(zhuǎn)動時發(fā)生安全事故，并可減少實驗臺振動和噪聲。

七、實驗報告簡答題：簡答題：1、在擰緊螺母時，擰緊力矩要克服那些摩擦力此時螺栓和被聯(lián)接件各受怎樣載荷2、擰緊后又加工作載荷的螺栓連接中，螺栓所受總拉力是否等于預緊力加工作載荷應該怎樣確定3、從實驗中可以總結(jié)出那些提高螺栓聯(lián)接強度的措施3附：LSD靜動態(tài)測量儀使用說明

一、儀器概述LSD靜動態(tài)測量儀用于實驗應力分析及靜動力強度研究中測量結(jié)構(gòu)及材料變形的應力分析。配用相應的傳感器，可以測量力、壓力、扭矩、位移、溫度、振幅、速度、加速度的變化過程等物理量。它是材料研究、機械制造、水電工程、土木建筑等工礦企業(yè)、科學研究機構(gòu)和大專院校在研究設計，生產(chǎn)施工中作非破壞性的靜動態(tài)應變及上述各種物理量的測量和分析的一種重要工具。本儀器采用正弦波電壓作供橋電源，經(jīng)過放大，檢波、濾波輸出信號。這種電路構(gòu)造比較復雜，有穩(wěn)定性好，抗干擾性能強，分辨力高，而輸出雜波電壓小等優(yōu)點，特別是在小應變測量時，沒有熱電勢的影響，儀器內(nèi)部還設有電橋電容分量自動抵消電路和振蕩電壓、高靈敏度控制電路等多項措施，本儀器性能比較完善。（如2所示）2儀器電路結(jié)構(gòu)示意

二、儀器主要技術指標1、儀器按120Ω半橋使用設計。2、標定：5000με，誤差±0.2%。3、線性電壓：0～±5V（負載大于2kΩ時）線性誤差小于±0.2%±1個με。4、靈敏度可調(diào)范圍：4000～6000με都調(diào)至5V。5、工作頻率范圍：0～100HZ，頻率特性誤差小于±0.5db。6、電阻平衡范圍：大于±2500με。7、電容自動平衡范圍：大于3000ΡF。8、電源：220V市電變化±10%可用。9、供橋電壓：1000HZ，25V。410、儀器尺寸儀器前面板

三、儀器面板上的作用件說明11、32位數(shù)字電壓表，用來可觀察1～4通道工作狀態(tài)。2、市電220V儀器的電源開關。3、選擇開關將1～4通道經(jīng)它接入至顯示器。4、平衡電位器把測量電橋不平衡狀態(tài)調(diào)至電橋平衡狀態(tài)，這時電橋沒有電壓輸出給放大器。5、標定是儀器應變量的標準尺度裝置，用來衡量被測應變大小依據(jù)。6、靈敏度電位器作用是調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)。1011784儀器后面板9127、A、B、C三個接線柱是測量電橋的外半橋接點處，還有半個橋在機內(nèi)。8、接地點、傳感器屏蔽線焊接此處。9、9芯插座、放大器應變信號電壓通過它與外部相接。10、小型扭扣開關，撥在上面×1處顯示器顯示數(shù)一個字一個，×10檔顯示值×10是實際測量值。11、市電220V接入插座。12、市電220V05A保險絲盒。51棕蘭2紅紫3橙灰4黃白通道電壓輸出線對應各通道零59芯插座接線四、使用說明1、將儀器前面板上3和6開關按鈕全部按出，這時電源關閉狀態(tài)，4個通道全無標定狀態(tài)。2、將傳感器或應變片連接在后面板9A、B、C上，A、B間電阻值增大時為“+”應變。B、C之間阻值增大為“—”應變。3、將11插座與外部記錄裝置按通道連接起來。4、將后面板上12開關先撥在×10處。5、將220V電源線，插頭推進插座上另一頭與市電三芯相接。6、以上準備工作做好后，按X3紅色開關扭，預熱15分鐘后儀器基本上穩(wěn)定。7、電橋平衡調(diào)節(jié)將3開關從0上撥至1處，進行*通道電橋平衡調(diào)節(jié)，觀看顯示器上出現(xiàn)“+”值數(shù)字調(diào)平衡電位器，逆時針方向旋轉(zhuǎn)到零值為止。顯示器上出現(xiàn)“—”值數(shù)字時按順時針方向調(diào)到零點就可。如果需要調(diào)得精細一點，將后面板上12開關撥至×1上再調(diào)也可。后面三個通道重復上面進行就可。8、標定使用、標定按入后，儀器有5000με信號電壓輸出，將記錄裝置調(diào)至5000個字，每一個字是一個με，比較直觀，輸出電壓量zui大不要超過5.5V，太大有可能線性不好，標定調(diào)好后，必須將標定開關按出，才可進行測量。9、測量頻率的確定，記錄裝置設定給出脈沖數(shù)，被測量信號頻率與脈沖數(shù)作比較，就可計算被測量頻率。

五、注意事項1、機殼一定要接大地，以防觸電。2、橋臂電阻不能長期短接。3、通道輸出線，兩線不能相碰。4、標定的給出，必須接上標準電阻，給出的標定，才能符合技術要求。如果傳感器標定的話，有可能增加誤差。5、儀器多臺使用時，必須前后使用，因為沒有同步裝置。在兩個被測件上，可以同時使用，但必須各臺導線分開。6、要求測量片和溫度補償片的阻值盡量選用*，測量片和補償片上所用的連接導線的線徑分別相同，這樣便于平衡。7、儀器盡量放在遠離磁場源（電機、大變壓器）的地方。如有較大的磁源，可改變儀器的方向，少受干擾。8、測量片和補償片不受強陽光曝曬，高溫輻射和空氣劇烈流動的影響，補償片應貼在與試件相同的材料上，與測量片保持同樣的溫度，應變片對電絕緣電阻應在500MΩ以上。螺栓聯(lián)接綜合實驗臺多媒體軟件使用說明6靜態(tài)螺栓實驗

一、實驗內(nèi)容：1.螺栓和被聯(lián)接件的受力和應變的測試分析。該實驗裝置采用偏心輪加載方式，可連續(xù)調(diào)整載荷大小。該實驗裝置的測試系統(tǒng)采用電測法及A/D板采集實時螺栓組的應變量，并輸入計算機繪制螺栓與被聯(lián)接件的受力和變形的綜合變形，使學生掌握螺栓和被聯(lián)接件的受力和變形的變化規(guī)律。2.螺栓和被聯(lián)接件受力和應變的理論分析：該實驗裝置配置和計算機軟件還可作出螺栓和被聯(lián)接件的受力和變形的理論綜合變形，可與實測曲線進行比較分析，培養(yǎng)學生的理論實際的能力。

二、實驗步驟：1.開啟計算機，進入實驗臺的封面。2.在封面上非文字區(qū)單擊左鍵，即可進入螺栓聯(lián)接實驗主界面。3.在實驗主界面上，單擊“靜態(tài)螺栓”鍵，進入靜態(tài)螺栓實驗界面。4.螺栓空載時，單擊“空載調(diào)零”鍵，清零。5.螺栓預緊后，單擊“預緊測試”鍵，進行預緊工況的數(shù)據(jù)采集和處理。6.螺栓加載后，單擊“加載測試”鍵，進行加載工況的數(shù)據(jù)采集和處理。7.單擊“實測曲線”鍵，作出螺栓聯(lián)接的受力和變形的實測綜合變形。8.單擊“理論曲線”鍵，作出螺栓聯(lián)接的受力和變形的理論綜合變形。9.單擊“打印”鍵，打印實測曲線形和理論曲線形。10.如果要做其他實驗，單擊“返回”主界面。11.如果實驗結(jié)束，單擊“退出”，返回Windows界面。

三、功能鍵說明：說明][說明]：單擊此鍵，彈出動態(tài)螺栓實驗以及該界面操作說明框?？蛰d調(diào)零][空載調(diào)零]：螺栓卸載后，單擊此鍵，清零，即可開始重做一次實驗。預緊測試][預緊測試]：螺栓預緊后，單擊此鍵，進行預緊工況的數(shù)據(jù)采集和處理。加載測試][加載測試]：螺栓加載后，單擊此鍵，進行加載工況的數(shù)據(jù)采集和處理。動態(tài)測試][動態(tài)測試]：啟動電動機后，單擊此鍵，進行動態(tài)加載工況的數(shù)據(jù)采集和處理。實測曲線][實測曲線]：單擊此鍵，作出螺栓和變形的關系的實測曲線形。理論曲線][理論曲線]：單擊此鍵，作出螺栓和變形的關系的理論曲線形。[打印]：單擊此鍵，打印實測曲線形和理論曲線形。打印][返回返回]：單擊此鍵，返回主界面。返回[退出退出]：單擊此鍵，結(jié)束程序的運行，返回Windows界面。退出螺栓主界面螺栓靜態(tài)實驗動態(tài)螺栓實驗

一、實驗內(nèi)容：7動態(tài)螺栓的動態(tài)載荷與變形的測量分析：該實驗裝置采用電測法及A/D板采集轉(zhuǎn)換螺栓中載荷與應變的變化數(shù)據(jù)，并輸入計算機作出螺栓和變形的關系的變化曲線形。使學生掌握螺栓聯(lián)接受動態(tài)載何后，螺栓的應力與變形之間的關系。2.動態(tài)螺栓的動態(tài)載荷與變形的變化曲線仿真分析，該實驗裝置，通過建模計算作出螺栓在變載荷作用下，螺栓變形，變化的理論曲線?？膳c實測曲線進行比較分析。

二、實驗步驟：1.開啟計算機，進入實驗臺的封面。2.在封面上非文字區(qū)單擊左鍵，即可進入螺栓聯(lián)接實驗主界面。3.在實驗主界面上，單擊“動態(tài)螺栓”鍵，進入動態(tài)螺栓實驗界面。4.螺栓空載時，單擊“空載調(diào)零”鍵，清零。5.螺栓預緊后，單擊“預緊測試”鍵，進行預緊工況的數(shù)據(jù)采集和處理。6.螺栓加載后，單擊“加載測試”鍵，進行加載工況的數(shù)據(jù)采集和處理。7.啟動電動機后，單擊“動態(tài)測試”鍵，進行動態(tài)加載工況的數(shù)據(jù)采集和處理。8.單擊“實測曲線”鍵，作出螺栓和變形的關系的實測曲線形。9.單擊“理論曲線”鍵，作出螺栓和變形的關系的理論曲線形。10.單擊“打印”鍵，打印實測曲線形和理論曲線形。11.如果要做其他實驗，單擊“返回”主界面，單擊選定“實驗內(nèi)容”進入有關實驗界面，以下步驟同前。12.如果實驗結(jié)束，單擊“退出”，返回Windows界面。13.關掉實驗臺操作面板上的調(diào)速按鈕，使電機停轉(zhuǎn)。

三、功能鍵說明：說明][說明]：單擊此鍵，彈出動態(tài)螺栓實驗以及該界面操作說明框?？蛰d調(diào)零][空載調(diào)零]：螺栓卸載后，單擊此鍵，清零，即可開始重做一次實驗。預緊測試][預緊測試]：螺栓預緊后，單擊此鍵，進行預緊工況的數(shù)據(jù)采集和處理。加載測試][加載測試]：螺栓加載后，單擊此鍵，進行加載工況的數(shù)據(jù)采集和處理。動態(tài)測試][動態(tài)測試]：啟動電動機后，單擊此鍵，進行動態(tài)加載工況的數(shù)據(jù)采集和處理。實測曲線][實測曲線]：單擊此鍵，作出螺栓和變形的關系的實測曲線形。理論曲線][理論曲線]：單擊此鍵，作出螺栓和變形的關系的理論曲線形。[打印]：單擊此鍵，打印實測曲線形和理論曲線形。打印][返回返回]：單擊此鍵，返回主界面。返回[退出退出]：單擊此鍵，結(jié)束程序的運行，返回Windows界面。退出1.螺栓主界面螺栓動態(tài)實驗8

2335空心螺栓VT-1/4-3

2336空心螺栓VT-3/8-3

2972空心螺栓HL-1/8

2973空心螺栓HL-1/4

2974空心螺栓HL-3/8-PK-6

3438空心螺栓HL-3/8-PK-9

4593空心螺栓VT-1/8-2-PK-3

4594空心螺栓VT-M5-3

4595空心螺栓VT-1/8-3-PK-3

4596空心螺栓VT-1/8-3

5928空心螺栓VT-1/8-1

8626空心螺栓VT-1/8

9177空心螺栓VT-1/4-2-1/4

9178空心螺栓VT-1/4-3-1/4

9179空心螺栓VT-3/8-2-3/8

9180空心螺栓VT-3/8-3-3/8

9499空心螺栓VT-1/4-PRS

9500空心螺栓VT-1/4-NPT-PRS

9986空心螺栓VT-1/2

9987空心螺帽VTM-1/2

10071空心螺栓VT-1/8-PRS

10072空心螺栓VT-1/8-NPT-PRS

11539空心螺栓VT-1/8-PRSK

12633空心螺栓VT-1/8-AJ-P

12634空心螺栓VT-1/8-AJK-P

12635空心螺栓VT-1/4-AJ-P

12910空心螺栓VT-1/8-AJS-P

18591空心螺栓VT-PRS-1/4-1

18592空心螺栓VT-PRS-1/4-2

18594空心螺栓VT-PRS-1/8-2

206145空心螺栓VT-M5-2

206146空心螺栓VT-1/8-2

206147空心螺栓VT-1/4-2

206148空心螺栓VT-3/8-2