一种螺栓轴向拉伸载荷分析仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种螺栓轴向拉伸载荷分析仪，包括基板和竖设于基板两侧的导杆，基板上侧固连有连接板，连接板上方加载板，加载板上方设有顶板；所述顶板与连接板之间夹设有上、下对称设置的上、下被联接件，所述上、下被联接件均包括外件和内件，内件套于所述外件内腔并可相对外件往复运动，内、外件之间还夹设有海绵垫；还包括螺栓组件，所述螺栓组件包括套管、位于套管上端的螺纹轴体和位于套管下端的螺栓头部，所述套管内腔设有连接螺纹轴体和螺栓头部的弹簧；所述套管和螺纹轴体依次穿过连接板、上、下被联接件、加载板和顶板后由与螺纹轴体旋接配合的螺母锁紧。该螺栓轴向拉伸载荷分析仪不仅成本低，体积小，便于携带，而且便于操作。
【专利说明】一种螺栓轴向拉伸载荷分析仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种螺栓轴向拉伸载荷分析仪，属于教学用具领域。
【背景技术】
[0002]螺栓联接是紧固件联接中最基本的一种结构形式，而紧螺栓联接是最常见的，被广泛的应用在现代工业当中。如何很好的理解和掌握紧螺栓联接轴向加载的整个动态过程的这部分知识来更好设计螺栓和使用螺栓就具有很重大的意义。但是由于螺栓施加载荷后的变形量很小，且这部分的理论知识比较抽象，难以被学习者所理解。现有的紧螺栓联接教学仪器尚无能够直观演示从施加预紧力到施加载荷的整个变化过程。
实用新型内容
[0003]有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种成本低，体积小，便于携带，而且操作方便的螺栓轴向拉伸载荷分析仪。
[0004]本实用新型采用以下方案实现:一种螺栓轴向拉伸载荷分析仪，包括基板和竖设于基板两侧的导杆，所述基板上侧固连有连接板，所述连接板上方设有可沿导杆上、下滑动的加载板，加载板上方设有可沿导杆上、下滑动的顶板；所述顶板与连接板之间夹设有上、下对称设置的上、下被联接件，所述上、下被联接件均包括外件和内件，所述内件套于所述外件内腔并可相对外件往复运动，所述加载板上开设有以利上被联接件穿过的中孔，内、夕卜件之间还夹设有海绵垫；还包括螺栓组件，所述螺栓组件包括套管、位于套管上端的螺纹轴体和位于套管下端的螺栓头部，所述套管内腔设有连接螺纹轴体和螺栓头部的弹簧；所述套管和螺纹轴体依次穿过连接板、上、下被联接件、加载板和顶板后由与螺纹轴体旋接配合的螺母锁紧；所述加载板前、后侧下方分别固连有向下延伸的推杆，所述推杆下部开设有竖向导槽，所述基板前、后侧分别设有穿过对应侧推杆上导槽的子母螺钉；所述推杆下端侧部设有齿条，所述基板上前、后侧分别设有与对应侧推杆上齿条相配合的齿轮，基板上还设有与所述齿轮同轴的涡轮以及与所述涡轮相配合的蜗杆。
[0005]进一步的，所述螺纹轴体上还套设有位于螺母下方的垫圈；所述垫圈和顶板之间、顶板与加载板之间以及上、下被联接件之间夹设有称重传感器；所述导杆上端连接有固定板，所述固定板上设有激光测距传感器。
[0006]进一步的，所述基板内设置有与称重传感器和激光测距传感器电连接的电路板，基板前侧设置有液晶显示屏。
[0007]进一步的，所述套管内腔设有花键槽，所述螺纹轴体与所述螺栓头部设有伸入套管内腔并与花键槽相配合的花键轴。
[0008]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:该螺栓轴向拉伸载荷分析仪不仅成本低，体积小，便于携带，而且便于操作；教师可以直接在课堂操作，能够动态演示从施加预紧力到施加载荷的整个变化过程，直观演示紧螺栓联接轴向加载整个过程，将抽象的知识具体化，从而达到教师更好教学和学生更好掌握理论知识的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型实施例构造示意图；
[0010]图2是本实用新型实施例中螺栓组件构造示意图；
[0011]图3是图2中A-A剖面图；
[0012]图4是本实用新型实施例中涡轮安装示意图；
[0013]图中标号说明:1-螺纹轴体、2-螺母、3-垫圈、4-套管、5-弹簧、6_螺栓头部、
7-激光测距传感器、8-固定板、9-花键轴、10-导杆、11-称重传感器、12-顶板、13-加载板、14-连接板、15-基板、16-加载手柄、17-蜗杆、18-祸轮、19-齿轮、20-齿条、21-导槽、22-电路板、23-液晶显示屏、24-推杆、25-内件、26-外件、27-海绵垫。
【具体实施方式】
[0014]为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本实用新型作进一步详细说明。
[0015]如图广4所示，一种螺栓轴向拉伸载荷分析仪，包括基板15和竖设于基板15两侧的导杆10，所述基板15上侧固连有连接板14，所述连接板14上方设有可沿导杆10上、下滑动的加载板13，加载板13上方设有可沿导杆10上、下滑动的顶板12 ;所述顶板12与连接板14之间夹设有上、下对称设置的上、下被联接件，所述上、下被联接件均包括外件26和内件25，所述内件25套于所述外件26内腔并可相对外件26往复运动，所述加载板13上开设有以利上被联接件穿过的中孔，上被联接件的内件固连于顶板12下侧，下被联接件的内件固连于连接板14上侧，内、外件(25、26)之间还夹设有海绵垫27。采用海绵垫27替代被联接件受压，可以较好的降低被联接件的刚度。
[0016]还包括螺栓组件，所述螺栓组件包括套管4、位于套管4上端的螺纹轴体I和位于套管4下端的螺栓头部6，所述套管4内腔设有连接螺纹轴体I和螺栓头部6的弹簧5 ;所述套管4和螺纹轴体I依次穿过连接板14、上、下被联接件、加载板13和顶板12后由与螺纹轴体旋接配合的螺母2锁紧，利用大劲度系数的弹簧5作为螺杆的承载件，这样既保证螺栓原本的结构，又能使其在加载过程中将原有的微小的变形量进行放大，并能够被观察出来，起到较好的演示效果。
[0017]在本实施例中，所述螺纹轴体I上还套设有位于螺母2下方的垫圈3 ;所述垫圈3和顶板12之间、顶板12与加载板13之间以及上、下被联接件之间夹设有称重传感器11 ；所述导杆10上端连接有固定板8，所述固定板8上设有激光测距传感器7。
[0018]在本实施例中，所述激光测距传感器7为两个，其中一个位于所述螺纹轴体I的正上方，用以采集弹簧5变形量，另一个位于旁侧，用以采集海绵垫27的变形量。
[0019]在本实施例中，所述基板15内设置有与称重传感器11和激光测距传感器7电连接的电路板22，基板15前侧设置有液晶显示屏23，利用单片机控制激光测距传感器7与称重传感器11，测出不同状态下被联接件的压力值与压缩量、螺栓的长度以及拉力，并将采集到的信息传送至液晶显示屏上，直观演示出螺母、预紧、施加载荷的整个动态变化的过程中螺杆载荷的变化。
[0020]在本实施例中，所述加载板13前、后侧下方分别固连有向下延伸的推杆24，所述推杆24下部开设有竖向导槽21，所述基板15前、后侧分别设有穿过对应侧推杆上导槽21的子母螺钉；所述推杆24下端侧部设有齿条20，所述基板15前、后侧设有与对应侧推杆上齿条20相配合的齿轮19，基板15上还设有与所述齿轮19同轴的涡轮18以及与所述涡轮18相配合的蜗杆17，所述蜗杆17的端部设置有加载手柄16，通过转动加载手柄16，经蜗杆17、涡轮18、齿轮19和齿条20，驱动推杆24上、下运动，进而实现加载和卸载。
[0021 ] 在本实施例中，所述套管4内腔设有花键槽，所述螺纹轴体I与所述螺栓头部6设有伸入套管4内腔并与花键槽相配合的花键轴9。
[0022]本实用新型的工作原理:
[0023]为了使所设计的分析仪能够直观的演示紧螺栓联接轴向加载从未拧紧螺母到施加轴向载荷的整个动态过程，同时能够直观看出螺栓形变量并通过数值显示出施加载荷和预紧力的变化，为此采用等效替代与放大的方法，利用大劲度系数的弹簧来放大螺栓的变形量，小劲度系数海绵代替被连接件来降低被连接件的刚度。考虑到老师教学过程中与同学互动更容易进行，采用手动操作的方式，同时采用数显模块，直观显示出变形量与拉、压力值的变化
[0024]采用这样的等效替代与放大的方法来设计螺栓结构，既要保证螺栓原本的结构，又能使其在加载过程中将原有的微小的变形量进行放大，使得教具在演示过程中的变形量能够观察出来，起到较好的演示效果。
[0025]用大劲度系数弹簧替代螺栓，小劲度系数海绵垫替代被连接件，两者都在满足胡克定律的范围内。设弹簧为B,刚度为Cb，被联接件为海绵垫M,刚度为Q。
[0026]状态1:螺母未拧紧状态，此时弹簧和海绵垫都处在自由状态；
[0027]状态2:螺母预紧状态，螺母在拧紧过程中对海绵垫M施加压力，海绵垫M被压缩长度为Am;弹簧B由于螺母向下拧紧，受到向上的力而被拉伸，伸长量为Ab;海绵垫M所受到的压力和弹簧B受到的拉力大小均为预紧力F。；
[0028]状态3:施加拉伸载荷F后的状态，这时弹簧B在状态2的基础上被继续拉长，弹簧B的伸长量为△ λ，拉力增加到F2;而海绵垫M压力减小到F1 (残余预紧力)，其减小量为:Δ λ*(； =F「F。;所要求的弹簧B受到的总拉力为:F2=Fq+A A*Cb；
[0029]此时，联接螺母在状态3时的受力平衡条件为:F2=F+ F1 (I)；
[0030]因为在状态2到状态3中，弹簧B的伸长量和海绵垫M的压缩量相等，都为Δ λ，
[0031]Δ λ= (F2- F0)/Cb= (F0- F1)/Cm (2)
[0032]联立得出结论:
[0033]F1= F0- [Cm/( Cb+ Cm)] *F;
[0034]F2= F0+[Cb/( Cb+ Cm)] *F;
[0035]最后得出结论与课本中的结论一样，证明所建立的模型可行。
[0036]该螺栓轴向拉伸载荷分析仪的使用方法:(1)调整螺母使其处于未拧紧状态，反向旋转加载手柄，使加载板调至最低位置，测出上、下被联接件的初始总厚度，螺栓组件初始长度；(2)开始缓慢拧紧螺母，预紧到一定程度，测出螺栓组件的总载荷，螺栓组件的预紧力，上、下被联接件的厚度，螺栓组件长度；(3)正向旋转加载手柄，使加载板向上运动对螺栓组件进行轴向加载，施加到一定载荷后，停止加载，测出的螺栓组件总载荷，螺栓组件残余预紧力，加载板的施加载荷，上、下被联接件的总厚度和螺栓组件长度；(4)拧松螺母，反向旋转加载手柄卸载，操作完成。其中螺栓组件的预紧力和残余预紧力由夹于上、下被联接件之间的称重传感器测出；螺栓组件的总载荷由夹于垫圈3和顶板12之间的称重传感器测出，加载板的施加载荷由夹于顶板12与加载板13之间的称重传感器测出，上、下被联接件的总厚度和螺栓组件长度分别使用激光测距传感器测出。
[0037]上列较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种螺栓轴向拉伸载荷分析仪，其特征在于:包括基板和竖设于基板两侧的导杆，所述基板上侧固连有连接板，所述连接板上方设有可沿导杆上、下滑动的加载板，加载板上方设有可沿导杆上、下滑动的顶板；所述顶板与连接板之间夹设有上、下对称设置的上、下被联接件，所述上、下被联接件均包括外件和内件，所述内件套于所述外件内腔并可相对外件往复运动，所述加载板上开设有以利上被联接件穿过的中孔，内、外件之间还夹设有海绵垫；还包括螺栓组件，所述螺栓组件包括套管、位于套管上端的螺纹轴体和位于套管下端的螺栓头部，所述套管内腔设有连接螺纹轴体和螺栓头部的弹簧；所述套管和螺纹轴体依次穿过连接板、上、下被联接件、加载板和顶板后由与螺纹轴体旋接配合的螺母锁紧；所述加载板前、后侧下方分别固连有向下延伸的推杆，所述推杆下部开设有竖向导槽，所述基板前、后侧分别设有穿过对应侧推杆上导槽的子母螺钉；所述推杆下端侧部设有齿条，所述基板上前、后侧分别设有与对应侧推杆上齿条相配合的齿轮，基板上还设有与所述齿轮同轴的涡轮以及与所述涡轮相配合的蜗杆。
2.根据权利要求1所述的螺栓轴向拉伸载荷分析仪，其特征在于:所述螺纹轴体上还套设有位于螺母下方的垫圈；所述垫圈和顶板之间、顶板与加载板之间以及上、下被联接件之间夹设有称重传感器；所述导杆上端连接有固定板，所述固定板上设有激光测距传感器。
3.根据权利要求2所述的螺栓轴向拉伸载荷分析仪，其特征在于:所述基板内设置有与称重传感器和激光测距传感器电连接的电路板，基板前侧设置有液晶显示屏。
4.根据权利要求1所述的螺栓轴向拉伸载荷分析仪，其特征在于:所述套管内腔设有花键槽，所述螺纹轴体与所述螺栓头部设有伸入套管内腔并与花键槽相配合的花键轴。
【文档编号】G01N3/16GK204228535SQ201420705014
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月22日 优先权日:2014年11月22日
【发明者】罗龙和, 钟寿洋, 张翔 申请人:福建农林大学