СТЕНД ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СОСТАВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известны схемы исследования составных конструкций (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр.23, рис.17, варианты: 1-30), состоящие из станин и стержней различных форм, входящих в левую и правую части составных конструкций, связанных между собой вращательными шарнирами, а со станиной другие концы стержней обеих частей составных конструкций связаны с помощью типовых связей: неподвижного вращательного шарнира, шарнирно-подвижной опоры, жесткой заделки, невесомого стержня, к стержням составной конструкции приложены внешние сосредоточенные и распределенные силы и моменты.
Основной недостаток известных схем исследования составных конструкций заключается в том, что на них показаны символы сил и моментов, с помощью которых невозможно экспериментально исследовать реальные составные конструкции по определению сил взаимодействия левой и правой частей составных конструкций и реакций связей.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы стержни составных конструкций нагружать реальными силами и моментами.
Технический результат достигается тем, что стенд для экспериментальных исследований составных конструкций, состоящий из станины и монтажных элементов, при помощи которых исследуемая составная конструкция закреплена на станине, при этом составная конструкция состоит из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, причем к стержням левой и правой частей составной конструкции приложены внешние сосредоточенные и распределенные силы и моменты, согласно заявляемой полезной модели, снабжен динамометром крутящего момента для создания момента, приложенного к стержню исследуемой составной конструкции, набором сплошных металлических брусьев для создания распределенной нагрузки, а для создания сосредоточенных сил штанговым динамометром и подвесом с грузом.
При этом динамометр крутящего момента расположен на дополнительно введенной боковой стойке и имеет вал с круглым диском на тыльной его части, через который перекинут тросик с грузом на конце для создания крутящего момента разного направления, в передней части вала жестко закреплен захват, состоящий из двурогой симметричной вилки, к торцам которой жестко прикреплены две пластины с обхватами стержня исследуемой составной конструкции, жестко закрепленных между собой резьбовыми крепежными элементами, а дополнительно введенная боковая стойка выполнена с возможностью горизонтального и вертикального перемещения относительно станины и жесткого закрепления к ней.
При этом набор сплошных металлических брусьев выполнен с возможностью жесткого прикрепления к стержню исследуемой составной конструкции.
При этом один конец штангового динамометра упирается в дополнительно введенный съемный выступ станины, а другой, призматический конец, упирается в дополнительно введенный съемный упор стержня исследуемой составной конструкции с возможностью изменения длины штанги при помощи механизма с левой и правой резьбами, работающий по принципу выталкивания призмы и создания силы, направленной наружу штангового динамометра.
При этом опорная часть подвеса с грузом выполнена виде двугранной призмы, опирающейся на стержень исследуемой составной конструкции.
Такое исполнение нагружающих устройств стенда позволяет одновременно приложить реальные силы и моменты соответствующего направления к стержням составной конструкции и осуществить экспериментальные исследования, а студентам - приобрести навыки практической самостоятельной работы.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого стенда для экспериментальных исследований составных конструкций с нагружающими устройствами, на фиг.2 - схема подвеса груза к стержню исследуемой составной конструкции, а на фиг.3 - схема динамометра крутящего момента.
Стенд для экспериментальных исследований составных конструкций состоит из станины 1 и монтажных элементов, при помощи которых исследуемая составная конструкция закреплена на станине, при этом составная конструкция состоит из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром С, причем к стержням левой и правой частей составной конструкции приложены внешние сосредоточенные и распределенные силы и моменты. Со станиной 1 концы стержней обеих частей исследуемых составных конструкций могут быть связаны с помощью типовых связей: неподвижного вращательного шарнира, шарнирно-подвижной опоры, жесткой заделки, невесомого стержня.
1
2
В приведенном примере конкретного выполнения стержень 2 левой части связан со станиной 1 невесомым стержнем 4. Стержень 3 правой части связан со станиной 1 жесткой заделкой 5. К стержням исследуемой составной конструкции приложены внешние сосредоточенные силы P и P, распределенная сила интенсивностью q на участке АС стержня 2 и внешний момент М.
Стенд снабжен подвесом 6 с грузом, опорная часть которого выполнена (фиг.2) в виде двугранной призмы 7, опирающейся на горизонтально расположенный стержень 2.
Стенд снабжен также штанговым динамометром 8, один конец которого (задний) упирается в съемный выступ 9 станины 1, а другой (передний), призматический конец, упирается в съемный упор 10 стержня 3 с возможностью изменения длины штанги при помощи механизма с левой и правой резьбами, работающий по принципу выталкивания призмы 7 и создания силы, направленной наружу штангового динамометра 8.
Стенд снабжен также набором сплошных металлических брусьев 11 с возможностью жесткого прикрепления их к стержню 2 для создания распределенной нагрузки интенсивностью q.
Для создания внешнего момента М, приложенного к стержню 3, стенд снабжен динамометром крутящего момента, расположенным на боковой стойке 12. Динамометр имеет вал 13 (фиг.3) с круглым диском 14 на тыльной его части, через который перекинут тросик 15 с грузом 16 на конце для создания крутящего момента разного направления. К передней части вала 13 жестко закреплен захват, состоящий из симметричной вилки 17, к торцам которой жестко прикреплены пластины 18 и 19 с обхватами испытуемого стержня, жестко скрепляемых между собой резьбовыми крепежными элементами. Стойка 12 выполнена с возможностью горизонтального и вертикального перемещения вдоль станины 1 и жесткого закрепления к ней в нужном положении с помощью прихватов или резьбовых крепежных элементов, условно не показанных на схеме. Стенд имеет монтажные элементы: съемный кронштейн 20 с неподвижным вращательным шарниром D на конце, а также съемной скобой 21, которые используются для монтажа других составных конструкций.
На стенде, изображенном на фиг.1 в качестве примера конкретного выполнения, исследуют силы взаимодействия и реакции жесткой заделки 5 и невесомого стержня 4.
Исследуемая составная конструкция состоит из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром C, при этом левая часть состоит из горизонтального стержня 2, опирающегося по середине на невесомый стержень 4, направленный к горизонту под углом 60° в правую сторону, а правая часть состоит из Т-образного стержня 3, повернутого на 90° по ходу часовой стрелки, у которого верхняя часть вертикального стержня жестко заделана в станину 1.
Стенд работает следующим образом.
1
2
Сначала на станине 1 монтируют исследуемую составную конструкцию. Соединяют стержень 2 левой части и стержень 3 правой части с помощью шарнира С. Стержень 2 левой части соединяют с невесомым стержнем 4, а стержень 3 правой части жестко соединяют со станиной 1 клеммой жесткой заделки 5. Затем исследуемую составную конструкцию нагружают реальными силами и моментами. К концу стержня 2 подвешивают подвес 6 с грузом общим весом P, а на участке АС этого же стержня жестко прикрепляют груз 11 для создания распределенной нагрузки интенсивностью q. Для создания силы P устанавливают штанговый динамометр 8, задний конец которого упирается в съемный выступ 9 станины 1, а призматический передний его конец упирается в съемный упор 10 стержня 3 с возможностью изменения длины штанги при помощи механизма с левой и правой резьбами, работающий по принципу выталкивания призмы и создания силы, направленной наружу штангового динамометра 8. Для создания внешнего крутящего момента М используют динамометр крутящего момента, расположенный на боковой стойке 12. Динамометр имеет вал 13 (фиг.3) с круглым диском 14 на тыльной его части, через который перекинут тросик 15 с грузом 16 на конце для создания крутящего момента. С помощью захвата, жестко закрепленного к передней части вала 13 и состоящего из «двурогой» симметричной вилки 17, к торцам которой жестко прикреплены пластины 18 и 19 с обхватами стержня исследуемой составной конструкции, жестко скрепляемых между собой резьбовыми крепежными элементами, жестко соединяют с валом 13 динамометра и нагружают испытуемый стержень требуемым внешним моментом. При этом стержень исследуемой составной конструкции испытывает только крутящий момент, поскольку захваты динамометра жестко связаны с валом 13 и их вес не действует на стержень.
Нагрузив составную конструкцию силами и моментами, производят измерение сил взаимодействия и реакций опор стержней с помощью, например, тензодатчиков и соответствующей измерительной аппаратуры, которые условно на чертеже не показаны.
Исследовав экспериментально одну составную конструкцию, ее демонтируют и монтируют другую, которую нагружают и исследуют описанным образом.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.