一種螺旋加載的螺栓軸向拉伸載荷分析教具的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種螺旋加載的螺栓軸向拉伸載荷分析教具，包括基板和豎設(shè)于基板兩側(cè)的導(dǎo)桿，基板上側(cè)固連有連接板，連接板上方設(shè)有加載板，加載板上方設(shè)有頂板；頂板與連接板之間夾設(shè)有上、下被聯(lián)接件，上、下被聯(lián)接件均包括外件和內(nèi)件，內(nèi)件套于所述外件內(nèi)腔并可相對外件上、下運(yùn)動，內(nèi)、外件之間還夾設(shè)有海綿墊；還包括倒置的橡膠螺栓，橡膠螺栓由下往上依次穿過連接板、上、下被聯(lián)接件、加載板和頂板后由螺母鎖緊；橡膠螺栓上還套設(shè)有位于螺母下方的墊圈；所述墊圈和頂板之間、頂板與加載板之間以及上、下被聯(lián)接件之間夾設(shè)有稱重傳感器。該螺旋加載的螺栓軸向拉伸載荷分析教具不僅成本低，體積小，便于攜帶，而且操作方便，教學(xué)效果好。
【專利說明】一種螺旋加載的螺栓軸向拉伸載荷分析教具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種螺旋加載的螺栓軸向拉伸載荷分析教具，屬于教學(xué)用具領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]螺栓聯(lián)接是緊固件聯(lián)接中最基本的一種結(jié)構(gòu)形式，而緊螺栓聯(lián)接是最常見的，被廣泛的應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)當(dāng)中。如何很好的理解和掌握緊螺栓聯(lián)接軸向加載的整個動態(tài)過程的這部分知識來更好設(shè)計螺栓和使用螺栓就具有很重大的意義。但是由于螺栓施加載荷后的變形量很小，且這部分的理論知識比較抽象，難以被學(xué)習(xí)者所理解。現(xiàn)有的緊螺栓聯(lián)接教學(xué)儀器尚無能夠直觀演示從施加預(yù)緊力到施加載荷的整個變化過程。
實用新型內(nèi)容
[0003]有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種成本低，體積小，便于攜帶，而且操作方便的螺旋加載的螺栓軸向拉伸載荷分析教具。
[0004]本實用新型采用以下方案實現(xiàn):一種螺旋加載的螺栓軸向拉伸載荷分析教具，包括基板和豎設(shè)于基板兩側(cè)的導(dǎo)桿，所述基板上側(cè)固連有連接板，所述連接板上方設(shè)有可沿導(dǎo)桿上、下滑動的加載板，加載板上方設(shè)有可沿導(dǎo)桿上、下滑動的頂板；所述頂板與連接板之間夾設(shè)有上、下對稱設(shè)置的上、下被聯(lián)接件，所述上、下被聯(lián)接件均包括外件和內(nèi)件，所述內(nèi)件套于所述外件內(nèi)腔并可相對外件上、下運(yùn)動，所述加載板上開設(shè)有以利上被聯(lián)接件穿過的中孔，內(nèi)、外件之間還夾設(shè)有海綿墊；還包括倒置的橡膠螺栓，所述橡膠螺栓由下往上依次穿過連接板、上、下被聯(lián)接件、加載板和頂板后由螺母鎖緊；所述橡膠螺栓上還套設(shè)有位于螺母下方的墊圈；所述加載板前、后側(cè)與基板之間分別連接有斜置的第一連桿，所述第一連桿上端與加載板對應(yīng)側(cè)側(cè)部相鉸接，第一連桿下端與一滑塊相鉸接，所述滑塊嵌設(shè)于基板上對應(yīng)側(cè)的沿橫向設(shè)置的第一導(dǎo)槽內(nèi)并可相對第一導(dǎo)槽左、右滑動；所述基板側(cè)部橫設(shè)有用以驅(qū)動滑塊滑動的絲桿。
[0005]進(jìn)一步的，所述墊圈和頂板之間、頂板與加載板之間以及上、下被聯(lián)接件之間夾設(shè)有稱重傳感器。
[0006]進(jìn)一步的，所述加載板前、后側(cè)與基板之間分別還連接有與第一連桿交叉設(shè)置的第二連桿，所述第二連桿下端與基板對應(yīng)側(cè)側(cè)部相鉸接，第一連桿與第二連桿的交叉部相鉸接，第二連桿上端與一子母螺釘相鉸接，所述子母螺釘穿設(shè)于加載板上對應(yīng)側(cè)的沿橫向設(shè)置的第二導(dǎo)槽內(nèi)并可相對第二導(dǎo)槽左、右滑動。
[0007]進(jìn)一步的，還包括游標(biāo)卡尺，所述基板內(nèi)設(shè)置有與稱重傳感器電連接的電路板，基板前側(cè)設(shè)置有顯示屏。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果:該螺旋加載的螺栓軸向拉伸載荷分析教具不僅成本低，體積小，便于攜帶，而且便于操作，教師可以直接在課堂操作，直觀演示緊螺栓聯(lián)接軸向加載整個過程，將抽象的知識具體化，能夠動態(tài)演示從施加預(yù)緊力到施加載荷的整個變化過程，從而達(dá)到教師更好教學(xué)和學(xué)生更好掌握理論知識的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型實施例構(gòu)造示意圖；
[0010]圖2是本實用新型實施例中橡膠螺栓構(gòu)造示意圖；
[0011]圖中標(biāo)號說明:1-橡膠螺栓、2-螺母、3-墊圈、4-游標(biāo)卡尺、5-固定板、6-導(dǎo)桿、7-稱重傳感器、8-頂板、9-加載板、10-子母螺釘、11-第二連桿、12-第一連桿、13-加載手柄、14-絲桿、15-滑塊、16-基板、17-電路板、18-顯示屏、19-連接板、20-內(nèi)件、21-外件、22-海綿墊、23-夾板。

【具體實施方式】
[0012]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相關(guān)附圖，對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0013]如圖f 2所示，一種螺旋加載的螺栓軸向拉伸載荷分析教具，包括基板16和豎設(shè)于基板16兩側(cè)的導(dǎo)桿6，導(dǎo)桿6上端還連接有固定板5，所述基板上側(cè)固連有連接板19，所述連接板19上方設(shè)有可沿導(dǎo)桿6上、下滑動的加載板9，加載板9上方設(shè)有可沿導(dǎo)桿6上、下滑動的頂板8 ;所述頂板8與連接板19之間夾設(shè)有上、下對稱設(shè)置的上、下被聯(lián)接件，所述加載板9上開設(shè)有以利上被聯(lián)接件穿過的中孔，所述上、下被聯(lián)接件均包括外件21和內(nèi)件20，所述內(nèi)件20套于所述外件21內(nèi)腔并可相對外件21上、下運(yùn)動，上被聯(lián)接件的內(nèi)件固連于頂板8下側(cè)，下被聯(lián)接件的內(nèi)件固連于連接板19上側(cè)，內(nèi)、外件(20、21)之間還夾設(shè)有海綿墊22 ;采用海綿墊22替代被聯(lián)接件受壓，可以較好的降低被聯(lián)接件的剛度。
[0014]還包括倒置的橡膠螺栓1，橡膠螺栓I為大螺距橡膠螺栓，這樣既保證螺栓原本的結(jié)構(gòu)，又能使其在加載過程中將原有的微小的變形量進(jìn)行放大，并能夠被觀察出來，起到較好的演示效果。所述橡膠螺栓I由下往上依次穿過連接板19、上、下被聯(lián)接件、加載板9和頂板8后由螺母2鎖緊；所述橡膠螺栓I上還套設(shè)有位于螺母2下方的墊圈3 ;所述墊圈3和頂板8之間、頂板8與加載板9之間以及上、下被聯(lián)接件之間夾設(shè)有稱重傳感器7，運(yùn)用替代與放大的方法，在滿足胡克定律的情況下，用大螺距橡膠螺栓I與小勁度系數(shù)彈性元件代替螺栓聯(lián)接件與被連接件受力，放大了原本螺栓與被聯(lián)接件受載荷后的微小變形，使其能夠被直接觀察出來。
[0015]在本實施例中，加載板9前、后側(cè)與基板16之間分別連接有斜置的第一連桿12，所述第一連桿12上端與加載板9對應(yīng)側(cè)側(cè)部相鉸接，第一連桿12下端與一滑塊15相鉸接，所述滑塊15嵌設(shè)于基板16上對應(yīng)側(cè)的沿橫向設(shè)置的第一導(dǎo)槽內(nèi)并可相對第一導(dǎo)槽左、右滑動；所述基板16側(cè)部設(shè)有驅(qū)動滑塊15滑動的絲桿14，所述基板16內(nèi)部設(shè)有套于絲桿14上的螺母，該螺母與滑塊15通過連接桿固連，所述絲桿14端部設(shè)有加載手柄13，通過轉(zhuǎn)動加載手柄13，經(jīng)絲桿14和滑塊15驅(qū)動第一連桿12下端滑動，進(jìn)而驅(qū)動加載板9升降實現(xiàn)加載與卸載。
[0016]在本實施例中，為了使加載機(jī)構(gòu)受力平衡，所述加載板9前、后側(cè)與基板16之間分別還連接有與第一連桿12交叉設(shè)置的第二連桿11，所述第二連桿11下端與基板16對應(yīng)側(cè)側(cè)部相鉸接，第一連桿12與第二連桿11的交叉部相鉸接，第二連桿11上端與一子母螺釘10相鉸接，所述子母螺釘10穿設(shè)于加載板9上對應(yīng)側(cè)的沿橫向設(shè)置的第二導(dǎo)槽內(nèi)并可相對第二導(dǎo)槽左、右滑動。
[0017]在本實施例中，還包括用以測量變形長度的游標(biāo)卡尺4 ;所述基板16內(nèi)設(shè)置有與稱重傳感器7電連接的電路板17，基板16前側(cè)設(shè)置有顯示屏18，利用游標(biāo)卡尺4以及由單片機(jī)控制的稱重傳感器，測出不同狀態(tài)下被聯(lián)接件的壓力值與壓縮量、螺栓的長度以及拉力，并將采集到的信息傳送至液晶顯示屏上，直觀演示出螺母、預(yù)緊、施加載荷的整個動態(tài)變化的過程中螺桿載荷的變化。
[0018]本實用新型的工作原理:
[0019]為了使所設(shè)計的分析儀能夠直觀的演示緊螺栓聯(lián)接軸向加載從未擰緊螺母到施加軸向載荷的整個動態(tài)過程，同時能夠直觀看出螺栓形變量并通過數(shù)值顯示出施加載荷和預(yù)緊力的變化，為此采用等效替代與放大的方法，利用橡膠螺栓來放大螺栓的變形量，小勁度系數(shù)海綿代替被連接件來降低被連接件的剛度?？紤]到老師教學(xué)過程中與同學(xué)互動更容易進(jìn)行，采用手動操作的方式，同時采用數(shù)顯模塊直觀顯示出拉、壓力值的變化。
[0020]采用這樣的等效替代與放大的方法來設(shè)計螺栓結(jié)構(gòu)，既要保證螺栓原本的結(jié)構(gòu)，又能使其在加載過程中將原有的微小的變形量進(jìn)行放大，使得教具在演示過程中的變形量能夠觀察出來，起到較好的演示效果。
[0021]用橡膠螺栓替代螺栓，小勁度系數(shù)海綿墊替代被連接件，兩者都在滿足胡克定律的范圍內(nèi)。設(shè)橡膠螺栓為B，剛度為Cb，被聯(lián)接件為海綿墊M，剛度為Cm。
[0022]狀態(tài)1:螺母未擰緊狀態(tài)，此時橡膠螺栓和海綿墊都處在自由狀態(tài)；
[0023]狀態(tài)2:螺母預(yù)緊狀態(tài)，螺母在擰緊過程中對海綿墊Μ施加壓力，海綿墊Μ被壓縮長度為λπι;橡膠螺栓Β由于螺母向下擰緊，受到向上的力而被拉伸，伸長量為Xb ;海綿墊Μ所受到的壓力和橡膠螺栓Β受到的拉力大小均為預(yù)緊力F。；
[0024]狀態(tài)3:施加拉伸載荷F后的狀態(tài)，這時橡膠螺栓Β在狀態(tài)2的基礎(chǔ)上被繼續(xù)拉長，橡膠螺栓Β的伸長量為Λ λ，拉力增加到F2;而海綿墊Μ壓力減小到匕(殘余預(yù)緊力)，其減小量為:Δ λ *Cm =F「Fd ;所要求的橡膠螺栓B受到的總拉力為λ *Cb ；
[0025]此時，聯(lián)接螺母在狀態(tài)3時的受力平衡條件為:F2=F+ Fi (1)；
[0026]因為在狀態(tài)2到狀態(tài)3中，橡膠螺栓B的伸長量和海綿墊Μ的壓縮量相等，都為
Δ入，
[0027]Δ λ= (F2- F0)/Cb= (F0-(2)
[0028]聯(lián)立得出結(jié)論:
[0029]F1= F0- [Cm/( Cb+ Cffl)]*F；
[0030]F2= F0+[Cb/( Cb+ Cm)]*F；
[0031]最后得出結(jié)論與課本中的結(jié)論一樣，證明所建立的模型可行。
[0032]該螺旋加載的螺栓軸向拉伸載荷分析教具的使用方法:(1)調(diào)整螺母使其處于未擰緊狀態(tài)，反向旋轉(zhuǎn)加載手柄，使加載板調(diào)至最低位置，測出上、下被聯(lián)接件的初始總厚度，橡膠螺栓初始長度；(2)開始緩慢擰緊螺母2，預(yù)緊到一定程度，測出橡膠螺栓的總載荷，橡膠螺栓的預(yù)緊力，上、下被聯(lián)接件的厚度，橡膠螺栓長度；(3)正向旋轉(zhuǎn)加載手柄，使加載板向上運(yùn)動對橡膠螺栓進(jìn)行軸向加載，施加到一定載荷后，停止加載，測出的橡膠螺栓總載荷，橡膠螺栓殘余預(yù)緊力，施加載荷，上、下被聯(lián)接件的總厚度和橡膠螺栓長度；(4)擰松螺母，反向旋轉(zhuǎn)加載手柄卸載，操作完成。其中橡膠螺栓的預(yù)緊力和殘余預(yù)緊力由夾于上、下被聯(lián)接件之間的稱重傳感器測出；橡膠螺栓的總載荷由夾于墊圈3和頂板8之間的稱重傳感器測出，加載板的施加載荷由夾于頂板8與加載板9之間的稱重傳感器測出，上、下被聯(lián)接件的總厚度和橡膠螺栓長度使用游標(biāo)卡尺測出。
[0033]上列較佳實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種螺旋加載的螺栓軸向拉伸載荷分析教具，其特征在于:包括基板和豎設(shè)于基板兩側(cè)的導(dǎo)桿，所述基板上側(cè)固連有連接板，所述連接板上方設(shè)有可沿導(dǎo)桿上、下滑動的加載板，加載板上方設(shè)有可沿導(dǎo)桿上、下滑動的頂板；所述頂板與連接板之間夾設(shè)有上、下對稱設(shè)置的上、下被聯(lián)接件，所述上、下被聯(lián)接件均包括外件和內(nèi)件，所述內(nèi)件套于所述外件內(nèi)腔并可相對外件上、下運(yùn)動，所述加載板上開設(shè)有以利上被聯(lián)接件穿過的中孔，內(nèi)、外件之間還夾設(shè)有海綿墊；還包括倒置的橡膠螺栓，所述橡膠螺栓由下往上依次穿過連接板、上、下被聯(lián)接件、加載板和頂板后由螺母鎖緊；所述橡膠螺栓上還套設(shè)有位于螺母下方的墊圈；所述加載板前、后側(cè)與基板之間分別連接有斜置的第一連桿，所述第一連桿上端與加載板對應(yīng)側(cè)側(cè)部相鉸接，第一連桿下端與一滑塊相鉸接，所述滑塊嵌設(shè)于基板上對應(yīng)側(cè)的沿橫向設(shè)置的第一導(dǎo)槽內(nèi)并可相對第一導(dǎo)槽左、右滑動；所述基板側(cè)部橫設(shè)有用以驅(qū)動滑塊滑動的絲桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋加載的螺栓軸向拉伸載荷分析教具，其特征在于:所述墊圈和頂板之間、頂板與加載板之間以及上、下被聯(lián)接件之間夾設(shè)有稱重傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋加載的螺栓軸向拉伸載荷分析教具，其特征在于:所述加載板前、后側(cè)與基板之間分別還連接有與第一連桿交叉設(shè)置的第二連桿，所述第二連桿下端與基板對應(yīng)側(cè)側(cè)部相鉸接，第一連桿與第二連桿的交叉部相鉸接，第二連桿上端與一子母螺釘相鉸接，所述子母螺釘穿設(shè)于加載板上對應(yīng)側(cè)的沿橫向設(shè)置的第二導(dǎo)槽內(nèi)并可相對第二導(dǎo)槽左、右滑動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋加載的螺栓軸向拉伸載荷分析教具，其特征在于:還包括游標(biāo)卡尺，所述基板內(nèi)設(shè)置有與稱重傳感器電連接的電路板，基板前側(cè)設(shè)置有顯示屏。
【文檔編號】G09B25/02GK204189379SQ201420705032
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月22日
【發(fā)明者】鐘壽洋, 羅龍和, 張翔 申請人:福建農(nóng)林大學(xué)