一種帶絲桿加載機構的載荷分析儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶絲桿加載機構的載荷分析儀，本裝置通過彈簧替代螺栓或被連接件進行軸向加載的實驗分析，運用替代與放大的方法，在滿足胡克定律的情況下，用小勁度系數(shù)彈簧替代被聯(lián)接件受壓，大變形量的彈簧代替螺桿，放大了原本螺栓受載荷后的微小變形，并將絲桿傳動與上升機構結合設計成加載機構，來達到施加載荷的目的。本裝置結構簡單，實驗現(xiàn)象明顯，能很好的讓學生快速的理解課本知識。
【專利說明】一種帶絲桿加載機構的載荷分析儀

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種帶絲桿加載機構的載荷分析儀。

【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(xiàn)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?，F(xiàn)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。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實用新型針對上述現(xiàn)有技術存在的問題做出改進，即本實用新型所要解決的技 術問題是提供一種帶絲桿加載機構的載荷分析儀，利用彈簧替代螺栓和被連接件，使得實 驗結果明顯，能夠讓學生快速理解理論知識。
[0004] 為了解決上述技術問題，本實用新型的一種技術方案是：一種帶絲桿加載機構的 載荷分析儀，包括底板，所述底板的兩側分別固設有立柱，所述立柱頂部連接有固定板，所 述底板上方設置有固定在立柱上的被連接板，所述被連接板上方設置有套設在立柱上并可 沿立柱上下移動的上頂板，所述被連接板與上頂板之間設置有對稱安裝的上、下被連接件， 所述上、下被聯(lián)接件均包括外盒體和套在外盒體內(nèi)并可沿外盒體腔體上下移動的內(nèi)件，內(nèi)、 外件之間還夾設有彈簧；還包括螺栓，所述螺栓從下到上依次貫穿被連接板、上、下被連接 件、上頂板后用螺母鎖緊，所述上頂板和螺母之間設置有有墊圈，所述螺栓包括與螺母相連 接的螺栓頭、帶頭部的螺栓尾、分別套住螺栓頭和螺栓尾端部的套筒，所述套筒與螺栓頭、 螺栓尾均為花鍵連接，所述套筒內(nèi)還設置有連接螺栓頭和螺栓尾的彈簧；還包括一加載機 構，所述加載機構包括套設在立柱上并可沿立柱上下移動的加載板，所述加載板中部設置 有讓上、下被連接件穿過的通孔，所述加載板的兩側分別設置有帶滑槽的上滑槽板，所述被 連接板的兩側分別設置有帶滑槽的下滑槽板，位于同一側的上、下滑槽板之間設置有連桿 組件，所述連桿組件包括中部交叉鉸接的第一連桿和第二連桿，所述第一連桿的上端鉸接 有子母螺釘，所述子母螺釘在上滑槽板的滑槽內(nèi)移動，所述第一連桿的下端鉸接在下滑槽 板上，所述第二連桿的下端鉸接有滑塊，所述滑塊在下滑槽板的滑槽內(nèi)移動，所述第二連桿 的上端鉸接在上滑槽板上，所述底板上還設置有帶螺母的絲桿，所述螺母的兩側均設置有 與滑塊相連接的橫桿。
[0005] 進一步的，所述上、下被連接件內(nèi)彈簧的勁度系數(shù)小于螺栓內(nèi)彈簧的勁度系數(shù)，兩 者都在滿足胡克定律的范圍內(nèi)。
[0006] 進一步的，所述墊圈與上頂板之間這種有稱重傳感器，所述上頂板與加載板之間 設置有稱重傳感器，所述上、下被連接件之間設置有稱重傳感器，所述固定板底部分別設置 有對螺栓和上頂板進行測距的超聲波傳感器，所述底板上設置有連接稱重傳感器和超聲波 傳感器的控制電路板，所述一側的下滑槽板上還設置有顯示力和距離的顯示屏。
[0007] 進一步的，所述絲桿的一端連接有轉動絲桿的手柄。
[0008] 本實用新型的設計構想：
[0009] 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(shù)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(shù)彈簧代替螺桿來放大螺 栓的變形量，小勁度系數(shù)彈簧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(shù)顯模塊，直觀顯示出變形量與 拉、壓力值的變化。
[0010] 將螺桿設計成四部分，上下部分為花鍵的結構，中間利用彈簧連接起來，彈簧外邊 采用內(nèi)部設計成與花鍵相配合的套筒，夠使螺母在擰緊過程中螺桿的扭轉應力和拉應力的 分開，從而保證彈簧螺桿在中心線位置不偏離，同時整個框架外圍用四根桿與直線軸承配 合來保持彈簧變形量一致，且這樣制作出來的螺栓更為美觀。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。 [0011] 同時，由于被連接件在螺栓預緊過程中的變形量不易被觀察出來，因此需要降低 被連接件的剛度。
[0012] 本實用新型的公式推導：
[0013] 用大勁度系數(shù)彈簧替代螺栓，小勁度系數(shù)彈簧替代被連接件，兩者都在滿足胡克 定律的范圍內(nèi)。設螺栓為彈簧B,剛度為Cb，被聯(lián)接件為彈簧M,剛度為Q。
[0014] 狀態(tài)1 :螺母未擰緊狀態(tài)，此時兩彈簧都處在自由狀態(tài)；
[0015] 狀態(tài)2 :螺母預緊狀態(tài)，螺母在擰緊過程中對彈簧M施加壓力，彈簧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Xb ;彈簧M所受到的 壓力和彈簧B受到的拉力大小均為預緊力Ftl;
[0016] 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;而彈簧M壓力減小到F i (殘余預緊力），其減小量為： Δ λ XCm =F1- F0;所要求的螺栓受到的總拉力為：F2=F0+Λ λ XCb;
[0017] 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);
[0018] 因為在狀態(tài)2到狀態(tài)3中，彈簧B的伸長量和彈簧M的壓縮量相等，都為Δ λ，
[0019] Λ λ= (F2- F0VCb= (F0- F1VCm (2)
[0020] 聯(lián)立得出結論：
[0021] F1= F0- [Cffl/( Cb+ Cffl)] XF ；
[0022] F2= F〇+[Cb/( Cb+ Cm)]XF；
[0023] 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。
[0024] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：本實用新型結構簡單，通過利用 大勁度系數(shù)彈簧代替螺桿來放大螺栓的變形量，小勁度系數(shù)彈簧代替被連接件來降低被連 接件的剛度；采用等效替代與放大的方法，使得本實用新型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緊力的變化；有效的幫助學生更好的理解課本理論。
[0025] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步詳細的說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1為本實用新型實施例的構造示意圖。
[0027] 圖2為本實用新型實施例中螺栓的構造示意圖。
[0028] 圖3為圖2中A-A剖視圖。
[0029] 圖4為本實用新型實施例中加載機構的構造示意圖。
[0030] 圖中：1-螺栓頭，2-螺母，3-墊圈，4-套筒，5-彈簧，6-螺栓尾，7-超聲波傳感器， 8_固定板，9-立柱，10-上頂板，11-加載板，12-上滑槽板，13-子母螺釘，14-第一連桿， 15-第二連桿，16-手柄，17-滾珠絲桿，18-下滑槽板，19-滑塊，20-底板，21-控制電路板， 22-顯示屏，23-被連接板，24-下被連接件，25-上被連接件，26-稱重傳感器，27-滾珠螺 母，28-橫桿。

【具體實施方式】
[0031] 實施例一：如圖1~4所示，一種帶絲桿加載機構的載荷分析儀，包括底板20,所述 底板20的兩側分別固設有立柱9,所述立柱9頂部連接有固定板8,所述底板20上方設置 有固定在立柱上的被連接板23,所述被連接板23上方設置有套設在立柱上并可沿立柱上 下移動的上頂板10,所述被連接板23與上頂板10之間設置有對稱安裝的下、上被連接件 24、25,所述下、上被聯(lián)接件24、25均包括外盒體和套在外盒體內(nèi)并可沿外盒體腔體上下移 動的內(nèi)件，內(nèi)、外件之間還夾設有彈簧；還包括螺栓，所述螺栓從下到上依次貫穿被連接板 23、下、上被連接件24、25、上頂板10后用螺母2鎖緊，所述上頂板10和螺母2之間設置有 有墊圈3,所述螺栓包括與螺母2相連接的螺栓頭1、帶頭部的螺栓尾6、分別套住螺栓頭1 和螺栓尾6端部的套筒4,所述套筒4與螺栓頭1、螺栓尾6均為花鍵連接，所述套筒4內(nèi)還 設置有連接螺栓頭1和螺栓尾6的彈簧5 ;還包括一加載機構，所述加載機構包括套設在立 柱9上并可沿立柱上下移動的加載板11，所述加載板11中部設置有讓下、上被連接件穿過 的通孔，所述加載板11的兩側分別設置有帶滑槽的上滑槽板12,所述被連接板23的兩側分 別設置有帶滑槽的下滑槽板18,位于同一側的上、下滑槽板之間設置有連桿組件，所述連桿 組件包括中部交叉鉸接的第一連桿14和第二連桿15,所述第一連桿14的上端鉸接有子母 螺釘13,所述子母螺釘13在上滑槽板12的滑槽內(nèi)移動，所述第一連桿14的下端鉸接在下 滑槽板18上，所述第二連桿15的下端鉸接有滑塊19,所述滑塊19在下滑槽板18的滑槽內(nèi) 移動，所述第二連桿15的上端鉸接在上滑槽板12上，所述底板20上還設置有帶滾珠螺母 27的滾珠絲桿17,所述滾珠螺母27的兩側均設置有與滑塊19相連接的橫桿28。
[0032] 本實施例中，所述下、上被連接件24、25內(nèi)彈簧的勁度系數(shù)小于螺栓內(nèi)彈簧的勁 度系數(shù)，兩者都在滿足胡克定律的范圍內(nèi)。
[0033] 本實施例中，所述墊圈3與上頂板10之間這種有稱重傳感器26,所述上頂板10與 加載板11之間設置有稱重傳感器，所述上、下被連接件之間設置有稱重傳感器26,所述固 定板8底部分別設置有對螺栓和上頂板進行測距的超聲波傳感器7,所述底板20上設置有 連接稱重傳感器和超聲波傳感器的控制電路板21，所述一側的下滑槽板上還設置有顯示力 和距離的顯示屏22。
[0034] 本實施例中，所述絲桿的一端連接有轉動絲桿的手柄16。
[0035] -種如上述的帶絲桿加載機構的載荷分析儀使用方法，按以下步驟進行：
[0036] (1)接通電源，啟動開關；
[0037] (2)調(diào)整螺栓，使螺栓處于未擰緊狀態(tài)，加載機構調(diào)至最低位置，調(diào)整好超聲波傳 感器位置；
[0038] (3)測出初始螺栓初始總長L1和被聯(lián)接件的厚度L 2，并記錄在下表中；
[0039] (4)開始緩慢擰緊螺栓，預緊到一定程度，測出并記錄螺栓總載荷F1，螺栓預緊力 Ftl，被聯(lián)接件的厚度L2，螺栓總長L1;
[0040] (5)旋轉手柄，使加載機構向上運動對螺栓進行軸向加載，觀察顯示屏的數(shù)據(jù)變 化，施加到一定載荷后，停止加載，將測出并記錄螺栓總載荷F 1，螺栓預緊力Ftl，施加載荷 F2，被聯(lián)接件的厚度L2和螺栓總長L 1;
[0041] (6)關閉電源，卸載螺栓，返回加載機構，結束操作；可將表中數(shù)據(jù)代入公式中進行 驗算，以加深理解。
[0042]

【權利要求】
1. 一種帶絲桿加載機構的載荷分析儀，其特征在于：包括底板，所述底板的兩側分別 固設有立柱，所述立柱頂部連接有固定板，所述底板上方設置有固定在立柱上的被連接板， 所述被連接板上方設置有套設在立柱上并可沿立柱上下移動的上頂板，所述被連接板與上 頂板之間設置有對稱安裝的上、下被連接件，所述上、下被聯(lián)接件均包括外盒體和套在外盒 體內(nèi)并可沿外盒體腔體上下移動的內(nèi)件，內(nèi)、外件之間還夾設有彈黃；還包括螺栓，所述螺 栓從下到上依次貫穿被連接板、上、下被連接件、上頂板后用螺母鎖緊，所述上頂板和螺母 之間設置有有墊圈，所述螺栓包括與螺母相連接的螺栓頭、帶頭部的螺栓尾、分別套住螺栓 頭和螺栓尾端部的套筒，所述套筒與螺栓頭、螺栓尾均為花鍵連接，所述套筒內(nèi)還設置有連 接螺栓頭和螺栓尾的彈黃；還包括一加載機構，所述加載機構包括套設在立柱上并可沿立 柱上下移動的加載板，所述加載板中部設置有讓上、下被連接件穿過的通孔，所述加載板的 兩側分別設置有帶滑槽的上滑槽板，所述被連接板的兩側分別設置有帶滑槽的下滑槽板， 位于同一側的上、下滑槽板之間設置有連桿組件，所述連桿組件包括中部交叉較接的第一 連桿和第二連桿，所述第一連桿的上端較接有子母螺釘，所述子母螺釘在上滑槽板的滑槽 內(nèi)移動，所述第一連桿的下端較接在下滑槽板上，所述第二連桿的下端較接有滑塊，所述滑 塊在下滑槽板的滑槽內(nèi)移動，所述第二連桿的上端較接在上滑槽板上，所述底板上還設置 有帶螺母的絲桿，所述螺母的兩側均設置有與滑塊相連接的橫桿。
2. 根據(jù)權利要求1所述的帶絲桿加載機構的載荷分析儀，其特征在于；所述上、下被連 接件內(nèi)彈黃的勁度系數(shù)小于螺栓內(nèi)彈黃的勁度系數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的帶絲桿加載機構的載荷分析儀，其特征在于；所述墊圈與上 頂板之間該種有稱重傳感器，所述上頂板與加載板之間設置有稱重傳感器，所述上、下被連 接件之間設置有稱重傳感器，所述固定板底部分別設置有對螺栓和上頂板進行測距的超聲 波傳感器，所述底板上設置有連接稱重傳感器和超聲波傳感器的控制電路板，所述一側的 下滑槽板上還設置有顯示力和距離的顯示屏。
4. 根據(jù)權利要求3所述的帶絲桿加載機構的載荷分析儀，其特征在于；所述絲桿的一 端連接有轉動絲桿的手柄。
【文檔編號】G09B25/02GK204229740SQ201420705073
【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】張翔, 許江長, 邱文杰, 楊思煒, 陳旭, 張 林, 羅龍和, 鐘壽洋 申請人:福建農(nóng)林大學