德國FESTO空心螺栓/festo螺栓聯接綜合實驗

一、實驗目的現在各類機械中，廣泛應用螺栓進行聯接，如何計算和測量螺栓受力情況及靜、動態特性參數，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，并繪制螺栓聯接的受力變形。3、驗證受軸向工作載荷時，預緊螺栓聯接的變形規律，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，以驗證提高螺栓聯接強度的各項措施。德國FESTO空心螺栓/festo螺栓

二、實驗內容1、基本螺栓聯接靜動態實驗。2、增加螺栓剛度的靜動態實驗。3、增加被連接件剛度的靜動態實驗。4、改用彈性墊片的靜動態實驗。

三、實驗設備及儀器該實驗配有LZS螺栓聯接綜合實驗臺一臺，LSD-A靜動態測量儀一臺，計算機及軟件等實驗設備及儀器。1、螺栓聯接實驗臺的結構與工作原理。如1所示。1）聯接部分包括M16空心螺栓、大螺母、墊片組組成。空心螺栓貼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）被聯接件部分由上板、下板和八角環組成，八角環上貼有應變片，測量被聯接件受力的大小，中部有錐形孔，插入或撥出錐塞即可改變八角環的受力，以改變被聯接件系統的剛度。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，另一端裝有手輪，啟動電機或轉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型靜動態測量儀使用說明書。

LSD-A型靜動態測量儀是利用金屬材料的特性，將非電量的變化轉換成電量變化的測量儀，應變測量的轉換元件——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生了?R的變化，這樣就把機械量轉換成電量（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碼管讀出應變值。通過A/D板該儀器可向計算機發送被測點應變值，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、八角環壓力插座15、八角環16、挺桿壓力插座17、M8螺桿18、挺桿19、手輪1LZS螺栓聯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內存、40G硬盤、Celeron1.3G、光驅48X、17”純平顯示器。2）配套A/D板為PC6360轉換卡。3）實驗臺多媒體軟件，該軟件可進行螺栓靜態聯接實驗和動態聯接實驗的數據結果處理、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（以螺栓聯接靜態實驗為例說明實驗方法和步驟）實驗方法及步驟

（一）實驗臺及儀器預調與連接1）實驗臺：取出八角環上兩錐塞，松開空心螺栓上的M8小螺桿，裝上剛性墊片，轉動手輪，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）和螺栓頂面接觸，用以測量聯接件（螺栓）與被聯接件的變形量。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：電機側八角環的上方為螺栓拉力，下方為螺栓扭力。手輪側八角環的上方為八角環壓力，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：用配套的串口數據線接儀器背面的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螺栓實驗界面后。單擊“空載調零”鍵后，對“應變測量值”框中數據清零，如串口數據線連接無誤，則該輸入框中，會有數據顯示并跳動。4）調節靜動態測量儀：通過測量儀上的選擇開關，分別切換至各對應點，調節對應的“電阻平衡”電位器，使數碼管為“0”，進行測點的電阻平衡。

（二）實驗方法與步驟1螺栓聯接的靜態實驗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）進入靜態螺栓界面，將附錄表中給定的標定系數由鍵盤輸入到相應的“參數給定”框中。將千分表測量的螺栓拉變形和八角環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，對預緊的數據進行采集和處理。4）用手將實驗臺上手輪逆時鐘（面對手輪）旋轉，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據采集和處理。6）單擊“實測曲線”鍵，做出螺栓聯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，靜態螺栓聯接實驗結束，單擊“返回”鍵，可返回主界面。2螺栓聯接動態實驗`1）螺栓聯接的靜態實驗結束返回主界面后，單擊“動態螺栓”鍵進入動態螺栓實驗界面。2）重復靜態實驗方法與步驟中的3-4步。3）取下實驗臺右側手輪，開啟實驗臺電動機開關，單擊“動態測試”鍵，使電動機運轉30秒鐘左右。進行動態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，動態螺栓聯接實驗結束。

五、實驗項目LZS螺栓聯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整和相應標定系數的輸入工作：21、螺栓聯接靜動態實驗：1）實驗臺要求：取出八角環上兩錐塞，松開空心螺桿上的M8小螺桿，裝上剛性墊片。2）標定系數：使用附錄表中的空心螺栓項的給定數據。2、增加螺栓剛度的靜動態實驗：1）實驗臺要求：取出八角環上兩錐塞，擰緊空心螺桿上的M8小螺桿，裝上剛性墊片。2）標出系數：使用附錄表中實心螺栓給定數據。3、增加被連接件剛度的靜動態：1）實驗臺要求：插上八角環上兩錐塞，松開空心螺桿上的M8小螺桿，裝上剛性墊片。2）標定系數：使用附錄表中的錐塞項給定的數據。4、改用彈性墊片的靜動態：1）實驗臺要求：取出八角環上兩錐塞，松開空心螺桿上的M8小螺桿，裝上彈性墊片。2）標定系數：使用附錄表中的彈性墊片項給定的數據。

六、注意事項1、電機的接線必須正確，電機的旋轉方向為逆時鐘（面向手輪正面）2、進行動態實驗，開啟電機電源開關時必須注意把手輪卸下來，避免電機轉動時發生安全事故，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、從實驗中可以總結出那些提高螺栓聯接強度的措施3附：LSD靜動態測量儀使用說明

一、儀器概述LSD靜動態測量儀用于實驗應力分析及靜動力強度研究中測量結構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、科學研究機構和大專院校在研究設計，生產施工中作非破壞性的靜動態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，經過放大，檢波、濾波輸出信號。這種電路構造比較復雜，有穩定性好，抗干擾性能強，分辨力高，而輸出雜波電壓小等優點，特別是在小應變測量時，沒有熱電勢的影響，儀器內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*。（如2所示）2儀器電路結構示意

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、靈敏度可調范圍：4000～6000με都調至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位數字電壓表，用來可觀察1～4通道工作狀態。2、市電220V儀器的電源開關。3、選擇開關將1～4通道經它接入至顯示器。4、平衡電位器把測量電橋不平衡狀態調至電橋平衡狀態，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。6、靈敏度電位器作用是調節放大器的放大倍數。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。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，4個通道全無標定狀態。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定。7、電橋平衡調節將3開關從0上撥至1處，進行*通道電橋平衡調節，觀看顯示器上出現“+”值數字調平衡電位器，逆時針方向旋轉到零值為止。顯示器上出現“—”值數字時按順時針方向調到零點就可。如果需要調得精細一點，將后面板上12開關撥至×1上再調也可。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，被測量信號頻率與脈沖數作比較，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。螺栓聯接綜合實驗臺多媒體軟件使用說明6靜態螺栓實驗

一、實驗內容：1.螺栓和被聯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，可連續調整載荷大小。該實驗裝置的測試系統采用電測法及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接件的受力和變形的綜合變形，使學生掌握螺栓和被聯接件的受力和變形的變化規律。2.螺栓和被聯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.在封面上非文字區單擊左鍵，即可進入螺栓聯接實驗主界面。3.在實驗主界面上，單擊“靜態螺栓”鍵，進入靜態螺栓實驗界面。4.螺栓空載時，單擊“空載調零”鍵，清零。5.螺栓預緊后，單擊“預緊測試”鍵，進行預緊工況的數據采集和處理。6.螺栓加載后，單擊“加載測試”鍵，進行加載工況的數據采集和處理。7.單擊“實測曲線”鍵，作出螺栓聯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，彈出動態螺栓實驗以及該界面操作說明框。空載調零][空載調零]：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，進行預緊工況的數據采集和處理。加載測試][加載測試]：螺栓加載后，單擊此鍵，進行加載工況的數據采集和處理。動態測試][動態測試]：啟動電動機后，單擊此鍵，進行動態加載工況的數據采集和處理。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，結束程序的運行，返回Windows界面。退出螺栓主界面螺栓靜態實驗動態螺栓實驗

一、實驗內容：7動態螺栓的動態載荷與變形的測量分析：該實驗裝置采用電測法及A/D板采集轉換螺栓中載荷與應變的變化數據，并輸入計算機作出螺栓和變形的關系的變化曲線形。使學生掌握螺栓聯接受動態載何后，螺栓的應力與變形之間的關系。2.動態螺栓的動態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。可與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.在封面上非文字區單擊左鍵，即可進入螺栓聯接實驗主界面。3.在實驗主界面上，單擊“動態螺栓”鍵，進入動態螺栓實驗界面。4.螺栓空載時，單擊“空載調零”鍵，清零。5.螺栓預緊后，單擊“預緊測試”鍵，進行預緊工況的數據采集和處理。6.螺栓加載后，單擊“加載測試”鍵，進行加載工況的數據采集和處理。7.啟動電動機后，單擊“動態測試”鍵，進行動態加載工況的數據采集和處理。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“實驗內容”進入有關實驗界面，以下步驟同前。12.如果實驗結束，單擊“退出”，返回Windows界面。13.關掉實驗臺操作面板上的調速按鈕，使電機停轉。

三、功能鍵說明：說明][說明]：單擊此鍵，彈出動態螺栓實驗以及該界面操作說明框。空載調零][空載調零]：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，進行預緊工況的數據采集和處理。加載測試][加載測試]：螺栓加載后，單擊此鍵，進行加載工況的數據采集和處理。動態測試][動態測試]：啟動電動機后，單擊此鍵，進行動態加載工況的數據采集和處理。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，結束程序的運行，返回Windows界面。退出1.螺栓主界面螺栓動態實驗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