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，包括基板和豎設于基板兩側的導桿，基板上側固連有連接板，連接板上方設有加載板，加載板上方設有頂板；頂板與連接板之間夾設有上、下被聯接件，上、下被聯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上、下運動，內、外件之間還夾設有海綿墊；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、下被聯接件、加載板和頂板后由螺母鎖緊；橡膠螺栓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、下被聯接件之間夾設有稱重傳感器。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
【技術領域】
[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，屬于教學用具領域。
【背景技術】
[0002]螺栓聯接是緊固件聯接中最基本的一種結構形式，而緊螺栓聯接是最常見的，被廣泛的應用在現代工業當中。如何很好的理解和掌握緊螺栓聯接軸向加載的整個動態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: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、下被聯接件，所述上、下被聯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上、下運動，所述加載板上開設有以利上被聯接件穿過的中孔，內、外件之間還夾設有海綿墊；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、下被聯接件、加載板和頂板后由螺母鎖緊；所述橡膠螺栓上還套設有位于螺母下方的墊圈；所述加載板前、后側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側側部相鉸接，第一連桿下端與一滑塊相鉸接，所述滑塊嵌設于基板上對應側的沿橫向設置的第一導槽內并可相對第一導槽左、右滑動；所述基板側部橫設有用以驅動滑塊滑動的絲桿。
[0005]進一步的，所述墊圈和頂板之間、頂板與加載板之間以及上、下被聯接件之間夾設有稱重傳感器。
[0006]進一步的，所述加載板前、后側與基板之間分別還連接有與第一連桿交叉設置的第二連桿，所述第二連桿下端與基板對應側側部相鉸接，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，所述子母螺釘穿設于加載板上對應側的沿橫向設置的第二導槽內并可相對第二導槽左、右滑動。
[0007]進一步的，還包括游標卡尺，所述基板內設置有與稱重傳感器電連接的電路板，基板前側設置有顯示屏。
[0008]與現有技術相比，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，直觀演示緊螺栓聯接軸向加載整個過程，將抽象的知識具體化，能夠動態演示從施加預緊力到施加載荷的整個變化過程，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橡膠螺栓構造示意圖；
[0011]圖中標號說明:1-橡膠螺栓、2-螺母、3-墊圈、4-游標卡尺、5-固定板、6-導桿、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、技術方案及優點更加清楚明白，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。
[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和豎設于基板16兩側的導桿6，導桿6上端還連接有固定板5，所述基板上側固連有連接板19，所述連接板19上方設有可沿導桿6上、下滑動的加載板9，加載板9上方設有可沿導桿6上、下滑動的頂板8 ;所述頂板8與連接板19之間夾設有上、下對稱設置的上、下被聯接件，所述加載板9上開設有以利上被聯接件穿過的中孔，所述上、下被聯接件均包括外件21和內件20，所述內件20套于所述外件21內腔并可相對外件21上、下運動，上被聯接件的內件固連于頂板8下側，下被聯接件的內件固連于連接板19上側，內、外件(20、21)之間還夾設有海綿墊22 ;采用海綿墊22替代被聯接件受壓，可以較好的降低被聯接件的剛度。
[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。所述橡膠螺栓I由下往上依次穿過連接板19、上、下被聯接件、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、下被聯接件之間夾設有稱重傳感器7，運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與小勁度系數彈性元件代替螺栓聯接件與被連接件受力，放大了原本螺栓與被聯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對應側側部相鉸接，第一連桿12下端與一滑塊15相鉸接，所述滑塊15嵌設于基板16上對應側的沿橫向設置的第一導槽內并可相對第一導槽左、右滑動；所述基板16側部設有驅動滑塊15滑動的絲桿14，所述基板16內部設有套于絲桿14上的螺母，該螺母與滑塊15通過連接桿固連，所述絲桿14端部設有加載手柄13，通過轉動加載手柄13，經絲桿14和滑塊15驅動第一連桿12下端滑動，進而驅動加載板9升降實現加載與卸載。
[0016]在本實施例中，為了使加載機構受力平衡，所述加載板9前、后側與基板16之間分別還連接有與第一連桿12交叉設置的第二連桿11，所述第二連桿11下端與基板16對應側側部相鉸接，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穿設于加載板9上對應側的沿橫向設置的第二導槽內并可相對第二導槽左、右滑動。
[0017]在本實施例中，還包括用以測量變形長度的游標卡尺4 ;所述基板16內設置有與稱重傳感器7電連接的電路板17，基板16前側設置有顯示屏18，利用游標卡尺4以及由單片機控制的稱重傳感器，測出不同狀態下被聯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]為了使所設計的分析儀能夠直觀的演示緊螺栓聯接軸向加載從未擰緊螺母到施加軸向載荷的整個動態過程，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，利用橡膠螺栓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。
[0021]用橡膠螺栓替代螺栓，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。設橡膠螺栓為B，剛度為Cb，被聯接件為海綿墊M，剛度為Cm。
[0022]狀態1:螺母未擰緊狀態，此時橡膠螺栓和海綿墊都處在自由狀態；
[0023]狀態2:螺母預緊狀態，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緊力F。；
[0024]狀態3:施加拉伸載荷F后的狀態，這時橡膠螺栓Β在狀態2的基礎上被繼續拉長，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，聯接螺母在狀態3時的受力平衡條件為:F2=F+ Fi (1)；
[0026]因為在狀態2到狀態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]聯立得出結論:
[0029]F1= F0- [Cm/( Cb+ Cffl)]*F；
[0030]F2= F0+[Cb/( Cb+ Cm)]*F；
[0031]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。
[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)調整螺母使其處于未擰緊狀態，反向旋轉加載手柄，使加載板調至最低位置，測出上、下被聯接件的初始總厚度，橡膠螺栓初始長度；(2)開始緩慢擰緊螺母2，預緊到一定程度，測出橡膠螺栓的總載荷，橡膠螺栓的預緊力，上、下被聯接件的厚度，橡膠螺栓長度；(3)正向旋轉加載手柄，使加載板向上運動對橡膠螺栓進行軸向加載，施加到一定載荷后，停止加載，測出的橡膠螺栓總載荷，橡膠螺栓殘余預緊力，施加載荷，上、下被聯接件的總厚度和橡膠螺栓長度；(4)擰松螺母，反向旋轉加載手柄卸載，操作完成。其中橡膠螺栓的預緊力和殘余預緊力由夾于上、下被聯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、下被聯接件的總厚度和橡膠螺栓長度使用游標卡尺測出。
[0033]上列較佳實施例，對本實用新型的目的、技術方案和優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、下被聯接件，所述上、下被聯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上、下運動，所述加載板上開設有以利上被聯接件穿過的中孔，內、外件之間還夾設有海綿墊；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、下被聯接件、加載板和頂板后由螺母鎖緊；所述橡膠螺栓上還套設有位于螺母下方的墊圈；所述加載板前、后側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側側部相鉸接，第一連桿下端與一滑塊相鉸接，所述滑塊嵌設于基板上對應側的沿橫向設置的第一導槽內并可相對第一導槽左、右滑動；所述基板側部橫設有用以驅動滑塊滑動的絲桿。
2.根據權利要求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、下被聯接件之間夾設有稱重傳感器。
3.根據權利要求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、后側與基板之間分別還連接有與第一連桿交叉設置的第二連桿，所述第二連桿下端與基板對應側側部相鉸接，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，所述子母螺釘穿設于加載板上對應側的沿橫向設置的第二導槽內并可相對第二導槽左、右滑動。
4.根據權利要求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:還包括游標卡尺，所述基板內設置有與稱重傳感器電連接的電路板，基板前側設置有顯示屏。
【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 優先權日:2014年11月22日
【發明者】鐘壽洋, 羅龍和, 張翔 申請人:福建農林大學