一、实验目的
1.测试螺栓组联接在翻转力矩作用下各螺栓所受的载荷；
2.深化课程学习中对螺栓组联接受力分析的认识；
3.初步掌握电阻应变仪的工作原理和使用方法。
二、实验台结构及工作原理
图1多功能螺栓组联接实验台结构
1．机座 ２．测试螺栓 3．托架 4．杠杆系统 5．砝码
6．齿板接线柱 7.螺栓1-5接线柱 8.螺栓6-10接线柱9.垫片
螺栓组联接实验台结构如图１所示，被联接件机座１和托架3被双排共１０个螺栓２联接，联接面间加入垫片10（硬橡胶板），砝码5的重力通过双级杠杆加载系统4（１：75）增力作用到托架3上，托架受到翻转力矩的作用，螺栓组联接受横向载荷和倾覆力矩联合作用，各个螺栓所受轴向力不同，它们的轴向变形也就不同．在各个螺栓上贴有电阻应变片，可在螺栓中段测试部位的任一侧贴一片，或在对称的两侧各贴一片，如图2所示．各个螺栓的受力可通过贴在其上的电阻应变片的变形，用电阻应变仪测得。
多功能螺栓组联接实验台结构如图１所示，被联接件机座１和托架4被双排共１０个螺栓２联接，联接面间加入垫片11（硬橡胶板），砝码7的重力通过双级杠杆加载系统6（１：75）增力作用到托架4上，托架受到翻转力矩的作用，螺栓组联接受横向载荷和倾覆力矩联合作用，各个螺栓所受轴向力不同，它们的轴向变形也就不同。在各个螺栓上贴有电阻应变片，可在螺栓中段测试部位的任一侧贴一片，或在对称的两侧各贴一片，如图2所示．各个螺栓的受力可通过贴在其上的电阻应变片的变形，用电阻应变仪测得。
图2螺栓安装及贴片图
静态电阻应变仪的工作原理如图3所示，主要由：测量桥、桥压、滤波器、A/D转换器、MCU、键盘、显示屏组成。测量方法：由DC2.5V高精度稳定桥压供电，通过高精度放大器，把测量桥桥臂压差（μV信号）放大，后经过数字滤波器，滤去杂波信号，通过24位A/D模数转换送入MCU(即CPU)处理，调零点方式采用计算机内部自动调零。送显示屏显示测量数据，同时配有RS232通讯口，可以与计算机通讯。
式中：
UBD——工作片平衡电压差；
E——桥压；
K——电阻应变系数；
ε——应变值。
当工作电阻片由于螺栓受力变形，长度变化
L时，其电阻也要变化
R，并且
正比于
，
R使测量桥失去平衡。通过应变仪测量出
UBD的变化，测量出螺栓的应变量。电阻应变仪的工作原理如图３所示，主要有测量桥、读数桥、毫安表等。工作电阻应变片和补偿电阻应变片分别接入电阻应变仪测量桥的一个臂，当工作电阻片由于螺栓受力变形，长度变化
时，其电阻值也要变化
R，并且
，正比于
，
R使测量桥失去平衡，使毫安表恢复零点，读出读数桥的调节量，及为被测螺栓的应变量。
图3静态应变仪系统组成
多功能螺栓组联接实验台的托架4上还安装有一测试齿块5，它是用来做齿根应力测试实验的；机座1上还固定有一测试梁3（等强度悬臂梁），它是用来做梁的应力测试实验的。测试齿块5与测试梁2与本实验无关，在做本实验前应将测试齿块5固定螺钉拧松。
三、实验方法与步骤
1.实验方法：
（1）仪器联线
用导线从实验台的接线柱上把各螺栓的应变片引出端及补偿片的联线联接到电阻应变仪上。采用半桥测量的方法：如每个螺栓上只贴一个应变片，其联线如图4所示；如每个螺栓上对称两侧各贴严格应变片，其联线如图5所示。后者可消除螺栓偏心受力的影响。
图4单片测量联线图 图5双片测量联线图
（2）螺栓初预紧
抬起杠杆加载系统，不使加载系统的自重加到螺栓组联接件上。先将图2中所示的左端各螺母I用手（不能用扳手）尽力拧紧，然后在把右端的各螺母也用手尽力拧紧。(如果在实验前螺栓已经受力，则应将其拧松后再做初预紧。)
（3）应变测量点预调平衡
以各螺栓初预紧后的状态为初始状态，先将杠杆加载系统安装好，使加载砝码的重力通过杠杆放大，加到托架上；然后再进行各螺栓应变测量的“调零”（预调平衡），即把应变仪上各测量点的应变量都调到“零”读数。预调平衡砝码加载前，应松开测试齿块（即使载荷直接加在托架上，测试齿块不受力）；加载后，加载杠杆一般呈向向右倾斜状态。
（4）螺栓预紧
实现预调平衡之后，再用扳手拧各螺栓右端螺母Ⅱ来加预紧力。为防止预紧时螺栓测试端受到扭矩作用产生扭转变形，在螺栓的右端设有一段“U”形断面，它嵌入托架接合面处的矩形槽中，以平衡拧紧力矩。在预紧过程中，为防止各螺栓预紧变形的相互影响，各螺栓应先后交叉并重复预紧（可按1、10、5、6、7、4、2、9、8、3依次进行），使各螺栓均预紧到相同的设定应变量（即应变仪显示值为e=280-320me）。为此,要反复调整预紧3-4次或更多。在预紧过程中，用应变仪来监测。螺栓预紧后，加载杠杆一般会呈右端上翘状态。
（5）加载实验
完成螺栓预紧后，在杠杆加载系统上依次增加砝码，实现逐步加载。加载后，记录各螺栓的应变值（据此计算各螺栓的总拉力）。注意：加载后，任一螺栓的总应变值（预紧应变+工作应变）不应超过允许的最大应变值（emax
800me）），以免螺栓超载损坏。
2.实验步骤：
（1） 检查各螺栓处于卸载状态；
（2） 将各螺栓的电阻应变片接到应变仪预调箱上；
（3） 在不加载的情况下，先用手拧紧螺栓组左端各螺母，再用手拧紧右端螺母，实现螺栓初预紧。
（4） 在加载的情况下，把应变仪上各个测量点的应变量都调到“零”，实现预调平衡；
（5） 用扳手交叉并重复拧紧螺栓组右端各螺母，使各螺栓均预紧到相同的设定预应变量（应变仪显示值为
）；
（6） 依次增加砝码，实现逐步加载到2.5KG，记录各螺栓的应变值；
（7） 测试完毕，逐步卸载，并去除预紧；
（8） 整理数据，计算各螺栓的总拉力，填写实验报告。
四、实验结果处理与分析
1.螺栓组联接实测工作载荷图
根据实测记录的各螺栓的应变量，计算各螺栓所受的总拉力F2：
F2i =E
iS
式中：E——螺栓材料的弹性模量(GPa);
S——螺栓测试段的截面积(m2);
i——第i个螺栓在倾覆力矩作用下的拉伸变量。
根据F2i绘出螺栓组联接实测工作载荷图。
2.螺栓组联接理论计算受力图
砝码加载后，螺栓组受到横向力Q和倾覆力矩M的作用，即：
Q=75G+G0N
M=QL N.m
式中：G——加载砝码重力(N)
G0——杠杆系统自重折算的载荷(700N);
L——力臂长(214mm)。
在倾覆力矩作用下，各螺栓所受的工作载荷Fi；
式中：Z——螺栓个数；
Fmax——螺栓中的最大总拉力;
——螺栓轴线到底板翻转轴线的距离。
