一種螺栓軸向拉伸載荷分析儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種螺栓軸向拉伸載荷分析儀，包括基板和豎設于基板兩側的導桿，基板上側固連有連接板，連接板上方加載板，加載板上方設有頂板；所述頂板與連接板之間夾設有上、下對稱設置的上、下被聯(lián)接件，所述上、下被聯(lián)接件均包括外件和內件，內件套于所述外件內腔并可相對外件往復運動，內、外件之間還夾設有海綿墊；還包括螺栓組件，所述螺栓組件包括套管、位于套管上端的螺紋軸體和位于套管下端的螺栓頭部，所述套管內腔設有連接螺紋軸體和螺栓頭部的彈簧；所述套管和螺紋軸體依次穿過連接板、上、下被聯(lián)接件、加載板和頂板后由與螺紋軸體旋接配合的螺母鎖緊。該螺栓軸向拉伸載荷分析儀不僅成本低，體積小，便于攜帶，而且便于操作。
【專利說明】一種螺栓軸向拉伸載荷分析儀

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種螺栓軸向拉伸載荷分析儀，屬于教學用具領域。

【背景技術】
[0002]螺栓聯(lián)接是緊固件聯(lián)接中最基本的一種結構形式，而緊螺栓聯(lián)接是最常見的，被廣泛的應用在現代工業(yè)當中。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，難以被學習者所理解。現有的緊螺栓聯(lián)接教學儀器尚無能夠直觀演示從施加預緊力到施加載荷的整個變化過程。
實用新型內容
[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，而且操作方便的螺栓軸向拉伸載荷分析儀。
[0004]本實用新型采用以下方案實現:一種螺栓軸向拉伸載荷分析儀，包括基板和豎設于基板兩側的導桿，所述基板上側固連有連接板，所述連接板上方設有可沿導桿上、下滑動的加載板，加載板上方設有可沿導桿上、下滑動的頂板；所述頂板與連接板之間夾設有上、下對稱設置的上、下被聯(lián)接件，所述上、下被聯(lián)接件均包括外件和內件，所述內件套于所述外件內腔并可相對外件往復運動，所述加載板上開設有以利上被聯(lián)接件穿過的中孔，內、夕卜件之間還夾設有海綿墊；還包括螺栓組件，所述螺栓組件包括套管、位于套管上端的螺紋軸體和位于套管下端的螺栓頭部，所述套管內腔設有連接螺紋軸體和螺栓頭部的彈簧；所述套管和螺紋軸體依次穿過連接板、上、下被聯(lián)接件、加載板和頂板后由與螺紋軸體旋接配合的螺母鎖緊；所述加載板前、后側下方分別固連有向下延伸的推桿，所述推桿下部開設有豎向導槽，所述基板前、后側分別設有穿過對應側推桿上導槽的子母螺釘；所述推桿下端側部設有齒條，所述基板上前、后側分別設有與對應側推桿上齒條相配合的齒輪，基板上還設有與所述齒輪同軸的渦輪以及與所述渦輪相配合的蝸桿。
[0005]進一步的，所述螺紋軸體上還套設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)接件之間夾設有稱重傳感器；所述導桿上端連接有固定板，所述固定板上設有激光測距傳感器。
[0006]進一步的，所述基板內設置有與稱重傳感器和激光測距傳感器電連接的電路板，基板前側設置有液晶顯示屏。
[0007]進一步的，所述套管內腔設有花鍵槽，所述螺紋軸體與所述螺栓頭部設有伸入套管內腔并與花鍵槽相配合的花鍵軸。
[0008]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:該螺栓軸向拉伸載荷分析儀不僅成本低，體積小，便于攜帶，而且便于操作；教師可以直接在課堂操作，能夠動態(tài)演示從施加預緊力到施加載荷的整個變化過程，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，從而達到教師更好教學和學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造示意圖；
[0010]圖2是本實用新型實施例中螺栓組件構造示意圖；
[0011]圖3是圖2中A-A剖面圖；
[0012]圖4是本實用新型實施例中渦輪安裝示意圖；
[0013]圖中標號說明:1-螺紋軸體、2-螺母、3-墊圈、4-套管、5-彈簧、6_螺栓頭部、
7-激光測距傳感器、8-固定板、9-花鍵軸、10-導桿、11-稱重傳感器、12-頂板、13-加載板、14-連接板、15-基板、16-加載手柄、17-蝸桿、18-禍輪、19-齒輪、20-齒條、21-導槽、22-電路板、23-液晶顯示屏、24-推桿、25-內件、26-外件、27-海綿墊。

【具體實施方式】
[0014]為使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相關附圖，對本實用新型作進一步詳細說明。
[0015]如圖廣4所示，一種螺栓軸向拉伸載荷分析儀，包括基板15和豎設于基板15兩側的導桿10，所述基板15上側固連有連接板14，所述連接板14上方設有可沿導桿10上、下滑動的加載板13，加載板13上方設有可沿導桿10上、下滑動的頂板12 ;所述頂板12與連接板14之間夾設有上、下對稱設置的上、下被聯(lián)接件，所述上、下被聯(lián)接件均包括外件26和內件25，所述內件25套于所述外件26內腔并可相對外件26往復運動，所述加載板13上開設有以利上被聯(lián)接件穿過的中孔，上被聯(lián)接件的內件固連于頂板12下側，下被聯(lián)接件的內件固連于連接板14上側，內、外件(25、26)之間還夾設有海綿墊27。采用海綿墊27替代被聯(lián)接件受壓，可以較好的降低被聯(lián)接件的剛度。
[0016]還包括螺栓組件，所述螺栓組件包括套管4、位于套管4上端的螺紋軸體I和位于套管4下端的螺栓頭部6，所述套管4內腔設有連接螺紋軸體I和螺栓頭部6的彈簧5 ;所述套管4和螺紋軸體I依次穿過連接板14、上、下被聯(lián)接件、加載板13和頂板12后由與螺紋軸體旋接配合的螺母2鎖緊，利用大勁度系數的彈簧5作為螺桿的承載件，這樣既保證螺栓原本的結構，又能使其在加載過程中將原有的微小的變形量進行放大，并能夠被觀察出來，起到較好的演示效果。
[0017]在本實施例中，所述螺紋軸體I上還套設有位于螺母2下方的墊圈3 ;所述墊圈3和頂板12之間、頂板12與加載板13之間以及上、下被聯(lián)接件之間夾設有稱重傳感器11 ；所述導桿10上端連接有固定板8，所述固定板8上設有激光測距傳感器7。
[0018]在本實施例中，所述激光測距傳感器7為兩個，其中一個位于所述螺紋軸體I的正上方，用以采集彈簧5變形量，另一個位于旁側，用以采集海綿墊27的變形量。
[0019]在本實施例中，所述基板15內設置有與稱重傳感器11和激光測距傳感器7電連接的電路板22，基板15前側設置有液晶顯示屏23，利用單片機控制激光測距傳感器7與稱重傳感器11，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、預緊、施加載荷的整個動態(tài)變化的過程中螺桿載荷的變化。
[0020]在本實施例中，所述加載板13前、后側下方分別固連有向下延伸的推桿24，所述推桿24下部開設有豎向導槽21，所述基板15前、后側分別設有穿過對應側推桿上導槽21的子母螺釘；所述推桿24下端側部設有齒條20，所述基板15前、后側設有與對應側推桿上齒條20相配合的齒輪19，基板15上還設有與所述齒輪19同軸的渦輪18以及與所述渦輪18相配合的蝸桿17，所述蝸桿17的端部設置有加載手柄16，通過轉動加載手柄16，經蝸桿17、渦輪18、齒輪19和齒條20，驅動推桿24上、下運動，進而實現加載和卸載。
[0021 ] 在本實施例中，所述套管4內腔設有花鍵槽，所述螺紋軸體I與所述螺栓頭部6設有伸入套管4內腔并與花鍵槽相配合的花鍵軸9。
[0022]本實用新型的工作原理:
[0023]為了使所設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值顯示出施加載荷和預緊力的變化，為此采用等效替代與放大的方法，利用大勁度系數的彈簧來放大螺栓的變形量，小勁度系數海綿代替被連接件來降低被連接件的剛度。考慮到老師教學過程中與同學互動更容易進行，采用手動操作的方式，同時采用數顯模塊，直觀顯示出變形量與拉、壓力值的變化
[0024]采用這樣的等效替代與放大的方法來設計螺栓結構，既要保證螺栓原本的結構，又能使其在加載過程中將原有的微小的變形量進行放大，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。
[0025]用大勁度系數彈簧替代螺栓，小勁度系數海綿墊替代被連接件，兩者都在滿足胡克定律的范圍內。設彈簧為B,剛度為Cb，被聯(lián)接件為海綿墊M,剛度為Q。
[0026]狀態(tài)1:螺母未擰緊狀態(tài)，此時彈簧和海綿墊都處在自由狀態(tài)；
[0027]狀態(tài)2:螺母預緊狀態(tài)，螺母在擰緊過程中對海綿墊M施加壓力，海綿墊M被壓縮長度為Am;彈簧B由于螺母向下擰緊，受到向上的力而被拉伸，伸長量為Ab;海綿墊M所受到的壓力和彈簧B受到的拉力大小均為預緊力F。；
[0028]狀態(tài)3:施加拉伸載荷F后的狀態(tài)，這時彈簧B在狀態(tài)2的基礎上被繼續(xù)拉長，彈簧B的伸長量為△ λ，拉力增加到F2;而海綿墊M壓力減小到F1 (殘余預緊力)，其減小量為:Δ λ*(； =F「F。;所要求的彈簧B受到的總拉力為:F2=Fq+A A*Cb；
[0029]此時，聯(lián)接螺母在狀態(tài)3時的受力平衡條件為:F2=F+ F1 (I)；
[0030]因為在狀態(tài)2到狀態(tài)3中，彈簧B的伸長量和海綿墊M的壓縮量相等，都為Δ λ，
[0031]Δ λ= (F2- F0)/Cb= (F0- F1)/Cm (2)
[0032]聯(lián)立得出結論:
[0033]F1= F0- [Cm/( Cb+ Cm)] *F;
[0034]F2= F0+[Cb/( Cb+ Cm)] *F;
[0035]最后得出結論與課本中的結論一樣，證明所建立的模型可行。
[0036]該螺栓軸向拉伸載荷分析儀的使用方法:(1)調整螺母使其處于未擰緊狀態(tài)，反向旋轉加載手柄，使加載板調至最低位置，測出上、下被聯(lián)接件的初始總厚度，螺栓組件初始長度；(2)開始緩慢擰緊螺母，預緊到一定程度，測出螺栓組件的總載荷，螺栓組件的預緊力，上、下被聯(lián)接件的厚度，螺栓組件長度；(3)正向旋轉加載手柄，使加載板向上運動對螺栓組件進行軸向加載，施加到一定載荷后，停止加載，測出的螺栓組件總載荷，螺栓組件殘余預緊力，加載板的施加載荷，上、下被聯(lián)接件的總厚度和螺栓組件長度；(4)擰松螺母，反向旋轉加載手柄卸載，操作完成。其中螺栓組件的預緊力和殘余預緊力由夾于上、下被聯(lián)接件之間的稱重傳感器測出；螺栓組件的總載荷由夾于墊圈3和頂板12之間的稱重傳感器測出，加載板的施加載荷由夾于頂板12與加載板13之間的稱重傳感器測出，上、下被聯(lián)接件的總厚度和螺栓組件長度分別使用激光測距傳感器測出。
[0037]上列較佳實施例，對本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，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，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種螺栓軸向拉伸載荷分析儀，其特征在于:包括基板和豎設于基板兩側的導桿，所述基板上側固連有連接板，所述連接板上方設有可沿導桿上、下滑動的加載板，加載板上方設有可沿導桿上、下滑動的頂板；所述頂板與連接板之間夾設有上、下對稱設置的上、下被聯(lián)接件，所述上、下被聯(lián)接件均包括外件和內件，所述內件套于所述外件內腔并可相對外件往復運動，所述加載板上開設有以利上被聯(lián)接件穿過的中孔，內、外件之間還夾設有海綿墊；還包括螺栓組件，所述螺栓組件包括套管、位于套管上端的螺紋軸體和位于套管下端的螺栓頭部，所述套管內腔設有連接螺紋軸體和螺栓頭部的彈簧；所述套管和螺紋軸體依次穿過連接板、上、下被聯(lián)接件、加載板和頂板后由與螺紋軸體旋接配合的螺母鎖緊；所述加載板前、后側下方分別固連有向下延伸的推桿，所述推桿下部開設有豎向導槽，所述基板前、后側分別設有穿過對應側推桿上導槽的子母螺釘；所述推桿下端側部設有齒條，所述基板上前、后側分別設有與對應側推桿上齒條相配合的齒輪，基板上還設有與所述齒輪同軸的渦輪以及與所述渦輪相配合的蝸桿。
2.根據權利要求1所述的螺栓軸向拉伸載荷分析儀，其特征在于:所述螺紋軸體上還套設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)接件之間夾設有稱重傳感器；所述導桿上端連接有固定板，所述固定板上設有激光測距傳感器。
3.根據權利要求2所述的螺栓軸向拉伸載荷分析儀，其特征在于:所述基板內設置有與稱重傳感器和激光測距傳感器電連接的電路板，基板前側設置有液晶顯示屏。
4.根據權利要求1所述的螺栓軸向拉伸載荷分析儀，其特征在于:所述套管內腔設有花鍵槽，所述螺紋軸體與所述螺栓頭部設有伸入套管內腔并與花鍵槽相配合的花鍵軸。
【文檔編號】G01N3/16GK204228535SQ201420705014
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月22日 優(yōu)先權日:2014年11月22日
【發(fā)明者】羅龍和, 鐘壽洋, 張翔 申請人:福建農林大學