一種帶蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)的載荷分析儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種帶蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)的載荷分析儀，本裝置通過彈簧替代螺栓或被連接件進(jìn)行軸向加載的實(shí)驗(yàn)分析，運(yùn)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，并將蝸輪蝸桿傳動(dòng)與上升機(jī)構(gòu)結(jié)合設(shè)計(jì)成加載機(jī)構(gòu)，來達(dá)到施加載荷的目的。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，能很好的讓學(xué)生快速的理解課本知識(shí)。
【專利說明】一種帶蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)的載荷分析儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種帶蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)的載荷分析儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 螺栓聯(lián)接是緊固件聯(lián)接中最基本的一種結(jié)構(gòu)形式，而緊螺栓聯(lián)接是最常見的，被 廣泛的應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)當(dāng)中。如何很好的理解和掌握緊螺栓聯(lián)接軸向加載的整個(gè)動(dòng)態(tài)過程 的這部分知識(shí)來更好設(shè)計(jì)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(shí)比較抽象，難以被學(xué)習(xí)者所理解。現(xiàn)有的緊螺栓聯(lián)接教 學(xué)儀器尚無能夠直觀演示從施加預(yù)緊力到施加載荷的整個(gè)變化過程。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題做出改進(jìn)，即本實(shí)用新型所要解決的技 術(shù)問題是提供一種帶蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)的載荷分析儀，利用彈簧替代螺栓和被連接件，使 得實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯，能夠讓學(xué)生快速理解理論知識(shí)。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的一種技術(shù)方案是：一種帶蝸輪蝸桿加載機(jī) 構(gòu)的載荷分析儀，包括底板，所述底板的兩側(cè)分別固設(shè)有立柱，所述立柱頂部連接有固定 板，所述底板上方設(shè)置有固定在立柱上的被連接板，所述被連接板上方設(shè)置有套設(shè)在立柱 上并可沿立柱上下移動(dòng)的上頂板，所述被連接板與上頂板之間設(shè)置有對(duì)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(dòng)的 內(nèi)件，內(nèi)、外件之間還夾設(shè)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(shè)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(shè)置有連接螺栓頭和螺栓尾的彈簧；還包括一 加載機(jī)構(gòu)，所述加載機(jī)構(gòu)包括套設(shè)在立柱上并可沿立柱上下移動(dòng)的加載板，所述加載板中 部設(shè)置有讓上、下被連接件穿過的通孔，所述加載板的兩側(cè)分別設(shè)置有帶齒條的豎桿，所述 底板上還設(shè)置有蝸輪蝸桿，所述渦輪的兩側(cè)均設(shè)置有與渦輪同軸連接的齒輪，所述齒輪分 別與同側(cè)的齒條相咬合。
[0005] 進(jìn)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(jìn)一步的，所述被連接板的兩側(cè)分別設(shè)置有帶滑槽的下滑槽板，該滑槽內(nèi)設(shè)置有 在滑槽內(nèi)上下移動(dòng)的子母螺釘，所述豎桿的下部與子母螺釘相連接。
[0007] 進(jìn)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(shè)置有稱重傳感器，所述上、下被連接件之間設(shè)置有稱重傳感器，所述螺栓和上頂板旁側(cè)分 別設(shè)置有對(duì)其進(jìn)行測(cè)距的游標(biāo)卡尺，所述底板上設(shè)置有連接稱重傳感器的控制電路板，所 述一側(cè)的下滑槽板上還設(shè)置有顯示力和距離的顯示屏。
[0008] 進(jìn)一步的，所述蝸桿的一端連接有轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿的手柄。
[0009] 本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)構(gòu)想：
[0010] 為了使所設(shè)計(jì)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(gè)動(dòng)態(tài)過程，同時(shí)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(yù)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?？紤]到老師教學(xué)過程 中與同學(xué)互動(dòng)更容易進(jìn)行，采用手動(dòng)操作的方式，同時(shí)采用數(shù)顯模塊，直觀顯示出變形量與 拉、壓力值的變化。
[0011] 將螺桿設(shè)計(jì)成四部分，上下部分為花鍵的結(jié)構(gòu)，中間利用彈簧連接起來，彈簧外邊 采用內(nèi)部設(shè)計(jì)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(zhuǎn)應(yīng)力和拉應(yīng)力的 分開，從而保證彈簧螺桿在中心線位置不偏離，同時(shí)整個(gè)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(shè)計(jì)螺栓結(jié)構(gòu)，既要保證螺栓原本的結(jié)構(gòu)，又能使其在加載過程中將原有的微小 的變形量進(jìn)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。
[0012] 同時(shí)，由于被連接件在螺栓預(yù)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。
[0013] 本實(shí)用新型的公式推導(dǎo)：
[0014] 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(shè)螺栓為彈簧B,剛度為Cb，被聯(lián)接件為彈簧M,剛度為Q。
[0015] 狀態(tài)1 :螺母未擰緊狀態(tài)，此時(shí)兩彈簧都處在自由狀態(tài)；
[0016] 狀態(tài)2 :螺母預(yù)緊狀態(tài)，螺母在擰緊過程中對(duì)彈簧M施加壓力，彈簧M被壓縮長(zhǎng)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(zhǎng)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(yù)緊力Ftl;
[0017] 狀態(tài)3 :施加拉伸載荷F后的狀態(tài)，這時(shí)彈簧B在狀態(tài)2的基礎(chǔ)上被繼續(xù)拉長(zhǎng)，彈 簧B的伸長(zhǎng)量為△ λ，拉力增加到F2;而彈簧M壓力減小到F i (殘余預(yù)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;
[0018] 此時(shí)，聯(lián)接螺母在狀態(tài)3時(shí)的受力平衡條件為：F2=F+ F1 (I);
[0019] 因?yàn)樵跔顟B(tài)2到狀態(tài)3中，彈簧B的伸長(zhǎng)量和彈簧M的壓縮量相等，都為Λ λ，
[0020] Δ λ= (F2- FtlVCb= (Ftl- F1VCm (2)
[0021] 聯(lián)立得出結(jié)論：
[0022] F1= F0- [Cm/( Cb+ Cm)] XF;
[0023] F2= F〇+[Cb/( Cb+ Cm)]XF；
[0024] 最后得出結(jié)論與課本中的結(jié)論一樣，證明所建立的模型可行。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)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(gè)動(dòng)態(tài)過程，同時(shí)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(yù)緊力的變化；有效的幫助學(xué)生更好的理解課本理論。
[0026] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的構(gòu)造示意圖。
[0028] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中螺栓的構(gòu)造示意圖。
[0029] 圖3為圖2中A-A剖視圖。
[0030] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中加載機(jī)構(gòu)的構(gòu)造示意圖。
[0031] 圖中：1-螺栓頭，2-螺母，3-墊圈，4-套筒，5-彈簧，6-螺栓尾，7-游標(biāo)卡尺，8-固 定板，9-立柱，10-上頂板，11-加載板，12-豎桿，13-被連接板，14-手柄，15-蝸桿，16-下 滑槽板，17-底板，18-齒輪，19-子母螺釘，20-控制電路板，21-顯示屏，22-下被連接件， 23-上被連接件，24-稱重傳感器，25-渦輪。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 實(shí)施例一：如圖1~4所示，一種帶蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)的載荷分析儀，包括底板17， 所述底板17的兩側(cè)分別固設(shè)有立柱9,所述立柱9頂部連接有固定板8,所述底板17上方 設(shè)置有固定在立柱上的被連接板13,所述被連接板13上方設(shè)置有套設(shè)在立柱上并可沿立 柱上下移動(dòng)的上頂板10,所述被連接板13與上頂板10之間設(shè)置有對(duì)稱安裝的上、下被連接 件22、23,所述上、下被聯(lián)接件22、23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(dòng)的內(nèi)件，內(nèi)、外件之間還夾設(shè)有彈簧；還包括螺栓，所述螺栓從下到上依次貫穿被連接 板13、上、下被連接件22、23、上頂板10后用螺母2鎖緊，所述上頂板10和螺母2之間設(shè)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(shè)置有連接螺栓頭1和螺栓尾6的彈簧5 ;還包括一加載機(jī)構(gòu)，所述加載機(jī)構(gòu)包括套設(shè)在 立柱上并可沿立柱上下移動(dòng)的加載板，所述加載板中部設(shè)置有讓上、下被連接件穿過的通 孔，所述加載板的兩側(cè)分別設(shè)置有帶齒條的豎桿12,所述底板上還設(shè)置有蝸輪蝸桿，所述渦 輪的兩側(cè)均設(shè)置有與渦輪同軸連接的齒輪18,所述齒輪18分別與同側(cè)的齒條相咬合。
[0033] 本實(shí)施例中，所述上、下被連接件22、23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)。
[0034] 本實(shí)施例中，所述被連接板的兩側(cè)分別設(shè)置有帶滑槽的下滑槽板16,該滑槽內(nèi)設(shè) 置有在滑槽內(nèi)上下移動(dòng)的子母螺釘19,所述豎桿12的下部與子母螺釘19相連接。
[0035] 本實(shí)施例中，所述墊圈3與上頂板10之間這種有稱重傳感器24,所述上頂板10 與加載板11之間設(shè)置有稱重傳感器24,所述上、下被連接件22、23之間設(shè)置有稱重傳感器 24,所述螺栓和上頂板10旁側(cè)分別設(shè)置有對(duì)其進(jìn)行測(cè)距的游標(biāo)卡尺7,所述底板17上設(shè)置 有連接稱重傳感器的控制電路板20,所述一側(cè)的下滑槽板16上還設(shè)置有顯示力和距離的 顯示屏21。
[0036] 本實(shí)施例中，所述蝸輪蝸桿的一端連接有轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪蝸桿的手柄16。
[0037] 一種如上述的帶蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)的載荷分析儀使用方法，按以下步驟進(jìn)行：
[0038] (1)接通電源，啟動(dòng)開關(guān)；
[0039] (2)調(diào)整螺栓，使螺栓處于未擰緊狀態(tài)，加載機(jī)構(gòu)調(diào)至最低位置，調(diào)整好游標(biāo)卡尺 位置；
[0040] (3)測(cè)出初始螺栓初始總長(zhǎng)L1和被聯(lián)接件的厚度L 2，并記錄在下表中；
[0041] (4)開始緩慢擰緊螺栓，預(yù)緊到一定程度，測(cè)出并記錄螺栓總載荷F1，螺栓預(yù)緊力 Ftl，被聯(lián)接件的厚度L2，螺栓總長(zhǎng)L1;
[0042] (5)旋轉(zhuǎn)手柄，使加載機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)對(duì)螺栓進(jìn)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(cè)出并記錄螺栓總載荷F 1，螺栓預(yù)緊力Ftl，施加載荷 F2，被聯(lián)接件的厚度L2和螺栓總長(zhǎng)L 1;
[0043] (6)關(guān)閉電源，卸載螺栓，返回加載機(jī)構(gòu)，結(jié)束操作；可將表中數(shù)據(jù)代入公式中進(jìn)行 驗(yàn)算，以加深理解。
[0044]

【權(quán)利要求】
1. 一種帶蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)的載荷分析儀，其特征在于：包括底板，所述底板的兩側(cè) 分別固設(shè)有立柱，所述立柱頂部連接有固定板，所述底板上方設(shè)置有固定在立柱上的被連 接板，所述被連接板上方設(shè)置有套設(shè)在立柱上并可沿立柱上下移動(dòng)的上頂板，所述被連接 板與上頂板之間設(shè)置有對(duì)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(dòng)的內(nèi)件，內(nèi)、外件之間還夾設(shè)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(shè)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(shè) 置有連接螺栓頭和螺栓尾的彈黃；還包括一加載機(jī)構(gòu)，所述加載機(jī)構(gòu)包括套設(shè)在立柱上并 可沿立柱上下移動(dòng)的加載板，所述加載板中部設(shè)置有讓上、下被連接件穿過的通孔，所述加 載板的兩側(cè)分別設(shè)置有帶齒條的豎桿，所述底板上還設(shè)置有蝸輪蝸桿，禍輪的兩側(cè)均設(shè)置 有與禍輪同軸連接的齒輪，所述齒輪分別與同側(cè)的齒條相咬合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)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(quán)利要求1所述的帶蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)的載荷分析儀，其特征在于：所述被連 接板的兩側(cè)分別設(shè)置有帶滑槽的下滑槽板，該滑槽內(nèi)設(shè)置有在滑槽內(nèi)上下移動(dòng)的子母螺 釘，所述豎桿的下部與子母螺釘相連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)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(shè)置有稱重傳感器，所述上、下 被連接件之間設(shè)置有稱重傳感器，所述螺栓和上頂板旁側(cè)分別設(shè)置有對(duì)其進(jìn)行測(cè)距的游標(biāo) 卡尺，所述底板上設(shè)置有連接稱重傳感器的控制電路板，所述一側(cè)的下滑槽板上還設(shè)置有 顯示力和距離的顯示屏。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)的載荷分析儀，其特征在于：所述蝸桿 的一端連接有轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿的手柄。
【文檔編號(hào)】G09B25/02GK204229739SQ201420705068
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月22日
【發(fā)明者】張翔, 羅龍和, 鐘壽洋 申請(qǐng)人:福建農(nóng)林大學(xué)