本发明专利技术涉及一种带蜗轮蜗杆加载机构的载荷分析仪及其使用方法，本装置通过弹簧替代螺栓或被连接件进行轴向加载的实验分析，运用替代与放大的方法，在满足胡克定律的情况下，用小劲度系数弹簧替代被联接件受压，大变形量的弹簧代替螺杆，放大了原本螺栓受载荷后的微小变形，并将蜗轮蜗杆传动与上升机构结合设计成加载机构，来达到施加载荷的目的。本装置结构简单，实验现象明显，能很好的让学生快速的理解课本知识。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本专利技术所要解决的技术问题是 提供，利用弹簧替代螺栓和被连接 件，使得实验结果明显，能够让学生快速理解理论知识。 为了解决上述技术问题，本专利技术的一种技术方案是：一种带蜗轮蜗杆加载机构的 载荷分析仪，包括底板，所述底板的两侧分别固设有立柱，所述立柱顶部连接有固定板，所 述底板上方设置有固定在立柱上的被连接板，所述被连接板上方设置有套设在立柱上并可 沿立柱上下移动的上顶板，所述被连接板与上顶板之间设置有对称安装的上、下被连接件， 所述上、下被联接件均包括外盒体和套在外盒体内并可沿外盒体腔体上下移动的内件，内、 外件之间还夹设有弹簧；还包括螺栓，所述螺栓从下到上依次贯穿被连接板、上、下被连接 件、上顶板后用螺母锁紧，所述上顶板和螺母之间设置有有垫圈，所述螺栓包括与螺母相连 接的螺栓头、带头部的螺栓尾、分别套住螺栓头和螺栓尾端部的套筒，所述套筒与螺栓头、 螺栓尾均为花键连接，所述套筒内还设置有连接螺栓头和螺栓尾的弹簧；还包括一加载机 构，所述加载机构包括套设在立柱上并可沿立柱上下移动的加载板，所述加载板中部设置 有让上、下被连接件穿过的通孔，所述加载板的两侧分别设置有带齿条的坚杆，所述底板上 还设置有蜗轮蜗杆，所述涡轮的两侧均设置有与涡轮同轴连接的齿轮，所述齿轮分别与同 侧的齿条相咬合。 进一步的，所述上、下被连接件内弹簧的劲度系数小于螺栓内弹簧的劲度系数，两 者都在满足胡克定律的范围内。 进一步的，所述被连接板的两侧分别设置有带滑槽的下滑槽板，该滑槽内设置有 在滑槽内上下移动的子母螺钉，所述坚杆的下部与子母螺钉相连接。 进一步的，所述垫圈与上顶板之间这种有称重传感器，所述上顶板与加载板之间 设置有称重传感器，所述上、下被连接件之间设置有称重传感器，所述螺栓和上顶板旁侧分 别设置有对其进行测距的游标卡尺，所述底板上设置有连接称重传感器的控制电路板，所 述一侧的下滑槽板上还设置有显示力和距离的显示屏。 进一步的，所述蜗杆的一端连接有转动蜗杆的手柄。 为了解决上述技术问题，本专利技术的一种技术方案是：一种如上述的带蜗轮蜗杆加 载机构的载荷分析仪使用方法，按以下步骤进行： (1) 接通电源，启动开关； (2) 调整螺栓，使螺栓处于未拧紧状态，加载机构调至最低位置，调整好游标卡尺位 置； (3) 测出并记录初始被联接件的厚度和螺栓初始总长； (4) 开始缓慢拧紧螺栓，预紧到一定程度，测出并记录螺栓总载荷，螺栓预紧力，被联接 件的厚度，螺栓总长； (5) 旋转手柄，使加载机构向上运动对螺栓进行轴向加载，观察显示屏的数据变化，施 加到一定载荷后，停止加载，将测出并记录螺栓总载荷，螺栓预紧力，施加载荷，被联接件的 厚度和螺栓总长； (6) 关闭电源，卸载螺栓，返回加载机构，结束操作。 本专利技术的设计构想： 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，利用大劲度系数弹簧代替螺杆来放大螺栓的 变形量，小劲度系数弹簧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。 将螺杆设计成四部分，上下部分为花键的结构，中间利用弹簧连接起来，弹簧外边 采用内部设计成与花键相配合的套筒，够使螺母在拧紧过程中螺杆的扭转应力和拉应力的 分开，从而保证弹簧螺杆在中心线位置不偏离，同时整个框架外围用四根杆与直线轴承配 合来保持弹簧变形量一致，且这样制作出来的螺栓更为美观。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。 同时，由于被连接件在螺栓预紧过程中的变形量不易被观察出来，因此需要降低 被连接件的刚度。 本专利技术的公式推导： 用大劲度系数弹簧替代螺栓，小劲度系数弹簧替代被连接件，两者都在满足胡克定律 的范围内。设螺栓为弹簧B，刚度为(；，被联接件为弹簧M，刚度为Cm。 状态1 :螺母未拧紧状态，此时两弹簧都处在自由状态； 状态2 :螺母预紧状态，螺母在拧紧过程中对弹簧M施加压力，弹簧M被压缩长度为 入m;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;弹簧M所受到的压 力和弹簧B受到的拉力大小均为预紧力F。； 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AA，拉力增加到F2;而弹簧M压力减小到匕（残余预紧力），其减小量为： A入XCm=FfF。；所要求的螺栓受到的总拉力为：F2=FQ+AXXCb ; 此时，联接螺母在状态3时的受力平衡条件为：F2=F+Fi(1); 因为在状态2到状态3中，弹簧B的伸长量和弹簧M的压缩量相等，都为A入， A入=(VF〇)/Cb= (F0- 印/C； (2) 联立得出结论： F1=F0- [Cffl/(Cb+Cffl)]XF； F2=F〇+[Cb/(Cb+Cffl)]XF； 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。 与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术结构简单，通过利用大劲度系 数弹簧代替螺杆来放大螺栓的变形量，小劲度系数弹簧代替被连接件来降低被连接件的刚 度；采用等效替代与放大的方法，使得本专利技术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；有效的帮助学生更好的理解课本理论。 下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术做进一步详细的说明。 【附图说明】 图1为本专利技术实施例的构造示意图。 图2为本专利技术实施例中螺栓的构造示意图。 图3为图2中A-A剖视图。 图4为本专利技术实施例中加载机构的构造示意图。 图中：1-螺栓头，2-螺母，3-垫圈，4-套筒，5-弹簧，6-螺栓尾，7-游标卡尺，8-固 定板，9-立柱，10-上顶板，11-加载板，12-坚杆，13-被连接板，14-手柄，15-蜗杆，16-下 滑槽板，17-底板，18-齿轮，19-子母螺钉，20-控制电路板，21-显示屏，22-下被连接件， 23-上被连接件，24-称重传感器，25-涡轮。 【具体实施方式】 实施例一：如图1~4所示，一种带蜗轮蜗杆加载机构的载荷分析仪，包括底板17， 所述底板17的两侧分别固设有立柱9,所述立柱9顶部连接有固定板本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种带蜗轮蜗杆加载机构的载荷分析仪，其特征在于：包括底板，所述底板的两侧分别固设有立柱，所述立柱顶部连接有固定板，所述底板上方设置有固定在立柱上的被连接板，所述被连接板上方设置有套设在立柱上并可沿立柱上下移动的上顶板，所述被连接板与上顶板之间设置有对称安装的上、下被连接件，所述上、下被联接件均包括外盒体和套在外盒体内并可沿外盒体腔体上下移动的内件，内、外件之间还夹设有弹簧；还包括螺栓，所述螺栓从下到上依次贯穿被连接板、上、下被连接件、上顶板后用螺母锁紧，所述上顶板和螺母之间设置有有垫圈，所述螺栓包括与螺母相连接的螺栓头、带头部的螺栓尾、分别套住螺栓头和螺栓尾端部的套筒，所述套筒与螺栓头、螺栓尾均为花键连接，所述套筒内还设置有连接螺栓头和螺栓尾的弹簧；还包括一加载机构，所述加载机构包括套设在立柱上并可沿立柱上下移动的加载板，所述加载板中部设置有让上、下被连接件穿过的通孔，所述加载板的两侧分别设置有带齿条的竖杆，所述底板上还设置有蜗轮蜗杆，所述涡轮的两侧均设置有与涡轮同轴连接的齿轮，所述齿轮分别与同侧的齿条相咬合。
【技术特征摘要】
1. 一种带蜗轮蜗杆加载机构的载荷分析仪，其特征在于：包括底板，所述底板的两侧 分别固设有立柱，所述立柱顶部连接有固定板，所述底板上方设置有固定在立柱上的被连 接板，所述被连接板上方设置有套设在立柱上并可沿立柱上下移动的上顶板，所述被连接 板与上顶板之间设置有对称安装的上、下被连接件，所述上、下被联接件均包括外盒体和套 在外盒体内并可沿外盒体腔体上下移动的内件，内、外件之间还夹设有弹簧；还包括螺栓， 所述螺栓从下到上依次贯穿被连接板、上、下被连接件、上顶板后用螺母锁紧，所述上顶板 和螺母之间设置有有垫圈，所述螺栓包括与螺母相连接的螺栓头、带头部的螺栓尾、分别套 住螺栓头和螺栓尾端部的套筒，所述套筒与螺栓头、螺栓尾均为花键连接，所述套筒内还设 置有连接螺栓头和螺栓尾的弹簧；还包括一加载机构，所述加载机构包括套设在立柱上并 可沿立柱上下移动的加载板，所述加载板中部设置有让上、下被连接件穿过的通孔，所述加 载板的两侧分别设置有带齿条的坚杆，所述底板上还设置有蜗轮蜗杆，所述涡轮的两侧均 设置有与涡轮同轴连接的齿轮，所述齿轮分别与同侧的齿条相咬合。2. 根据权利要求1所述的带蜗轮蜗杆加载机构的载荷分析仪，其特征在于：所述上、下 被连接件内弹簧的劲度系数小于螺栓内弹簧的劲度系数。3. 根据权利要求1所述的带蜗轮蜗杆加载机构的载荷分析仪，其特征在于：所述被连 接板的两侧分...
【专利技术属性】
技术研发人员：张翔，罗龙和，钟寿洋，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
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