УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СТЕРЖНЕЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ СЖАТИИ С КРУЧЕНИЕМ

Полезная модель относится к испытательной технике и может найти применение в учебных и исследовательских лабораториях по сопротивлению материалов.
Известна установка для исследования стержней на устойчивость при сжатии с кручением (патент РФ №49463 «Установка для исследования стержней на устойчивость при сжатии с кручением». Опубл. 27.11.2005. Бюл. №33), состоящая из станины, испытуемого стержня, установленного в верхней и нижней опорах с резьбовыми крепежными элементами, балансирного нагружающего рычага, с одной стороны шарнирно связанного со станиной и снабженного балансирным грузом с возможностью перемещения вдоль его резьбовой части, к которому с другой стороны шарнирно прикреплен подвес с грузом, в нижней части рычаг имеет цилиндрический упор с геометрической осью, которая расположена на оси симметрии испытуемого стержня, а сам упор расположен в центрирующем гнезде верхней опоры, верхняя опора выполнена в виде горизонтального шкива с желобом, к которому симметрично с двух сторон прикреплены гибкие нити с грузами на концах, перекинутые через блоки, шарнирно связанные со станиной, а упор выполнен в виде вертикального стержня, расположенного в глухом центрирующем отверстии шкива, нижняя опора испытуемого стержня выполнена в виде клеммы, жестко прикрепляющей испытуемый стержень к станине.
Основной недостаток известной установки заключается в том, что она предназначена для испытания стержней на устойчивость только при сжатии с кручением при крутящем моменте, действующем на всей длине стержней, но в практике имеются случаи, когда стержни нагружены ступенчато изменяемыми крутящими моментами.
Задача, на решение которой направлена полезная модель и технический результат от ее использования, заключается в том, чтобы обеспечить испытание стержней на устойчивость при сжатии с кручением под действием крутящего момента, изменяющегося ступенчато вдоль испытуемого вала.
Технический результат достигается тем, что в установке для испытания стержней на устойчивость при сжатии с кручением, состоящей из станины, испытуемого стержня, установленного в верхней и нижней опорах с резьбовыми крепежными элементами, балансирного нагружающего рычага, с одной стороны шарнирно связанного со станиной и снабженного балансирным грузом с возможностью перемещения вдоль его резьбовой части, к которому с другой стороны шарнирно прикреплен подвес с грузом, в нижней части рычаг имеет цилиндрический упор с геометрической осью, которая расположена на оси симметрии испытуемого стержня, а сам упор расположен в центрирующем гнезде верхней опоры, верхняя опора выполнена в виде горизонтального шкива с желобом, к которому симметрично с двух сторон прикреплены гибкие нити с грузами на концах, перекинутые через блоки, шарнирно связанные со станиной, а упор выполнен в виде вертикального стержня, расположенного в глухом центрирующем отверстии шкива, нижняя опора испытуемого стержня выполнена в виде клеммы, жестко прикрепляющей испытуемый стержень к станине, испытуемый стержень снабжен дополнительным горизонтально расположенным шкивом с желобом и ступицей, выполненной в виде двусторонней симметричной клеммы с возможностью перемещения вдоль стержня и жесткого закрепления шкива к стержню резьбовыми крепежными элементами в нужном положении, к которому симметрично с двух сторон прикреплены гибкие нити с грузами на концах, перекинутые через блоки, шарнирно взаимодействующие со стойками, связанными со станиной с возможностью перемещения их вертикально вдоль нее и жесткого закрепления их резьбовыми крепежными элементами в соответствии с положением дополнительного шкива с нитями.
Такое исполнение установки позволяет испытывать стержни на устойчивость при наличии кручения вала под действием ступенчато изменяемого крутящего момента, причем плоскость действия дополнительного момента может перемещаться вдоль вала, т.е. изменять длины нагруженных участков вала. Это значительно расширяет диапазон использования установки.
На фиг.1 представлена схема установки, а на фиг.2 - вид на шкивы сверху.
Установка (фиг.1) состоит из станины 1, испытуемого стержня 2, установленного в нижней опоре 3 и в верхней - 4. С верхней опорой жестко связан горизонтальный шкив 5 с желобом, в котором выполнено вертикальное центрирующее глухое отверстие 6 (фиг.2). К шкиву 5 симметрично в горизонтальном направлении с двух сторон прикреплены гибкие нити 7 и 8 с грузами на концах соответственно 9 и 10, перекинутые через блоки 11 и 12, шарнирно связанные со станиной 1. В глухом центрирующем отверстии 6 расположен направляющий стержень 13, жестко связанный с нижней частью балансирного рычага 14. Балансирный нагружающий рычаг 14 с одной стороны шарнирно связан со станиной 1 и снабжен балансирным грузом 15 с возможностью перемещения вдоль его резьбовой части. К балансирному нагружающему рычагу 14 с другой стороны шарнирно прикреплен подвес 16 с грузом 17. Нижняя опора 3 выполнена в виде клеммы, жестко прикрепляющей испытуемый стержень 2 с помощью резьбовых крепежных элементов к станине 1. Испытуемый стержень снабжен дополнительным горизонтально расположенным шкивом 18 с желобом и ступицей, выполненной в виде двусторонней симметричной клеммы 19 с возможностью перемещения вдоль стержня и жесткого закрепления шкива к стержню резьбовыми крепежными элементами в нужном положении. К шкиву симметрично с двух сторон прикреплены гибкие нити 20 и 21 соответственно с грузами 22 и 23 на концах. Нити перекинуты через блоки 24 и 25, шарнирно взаимодействующие со стойками соответственно 26 и 27, связанными со станиной с возможностью перемещения их вертикально вдоль нее и жесткого закрепления их резьбовыми
крепежными элементами в соответствии с положением дополнительного шкива с нитями.
Установка работает следующим образом.
Перед испытанием стержня 2 перемещением груза 15 вдоль резьбовой части балансирного рычага 14 его уравновешивают с тем, чтобы давление вертикального стержня 13 на испытуемый стержень 2 было равно нулю.
1
1
1
1
1
Для исследования устойчивости стержня 2 на сжатие на подвес 16 рычага 14 устанавливают соответствующий груз 17 весом Р, который через рычаг 14 и направляющий стержень 13 сжимает исследуемый стержень. Силу P давления на стержень определяют из соотношения: PL=Pl. Откуда Р=PL/l, Н.
2
КР
2
КР
2
2
Для закручивания стержня к концам гибких нитей 7 и 8 (фиг.2), перекинутых через блоки 11 и 12, прикрепляют грузы 9 и 10 одинакового веса Р. Под действием сил  возникает крутящий момент М, равный произведению одной из сил пары на плечо l, т.е. М=Рl, Нм.
1
Таким образом, стержень 2 действительно испытывают на устойчивость при сложном напряженном состоянии: при сжатии с кручением. Для проведения исследований стержней можно задавать различные значения сжимающей силе P установкой соответствующих по величине грузов 17. Для проведения исследований стержней на кручение необходимо устанавливать соответствующей величины грузы 9 и 10. При нагружении стержня дополнительным моментом используют шкив 18, который закрепляют на нем с помощью клемм 19 в нужном положении. В соответствии с этим положением устанавливают и блоки 24 и 25 соответственно со стойками 26 и 27 так, чтобы нити 20 и 21 располагались горизонтально. При этом значение крутящего момента на дополнительном шкиве регулируют грузами 22 и 23. Измерение деформаций производят механическими тензометрами, не показанными на схеме.
Из описания работы установки можно сделать следующие выводы: стержни на устойчивость можно исследовать для нескольких случаев нагружения:
только на сжатие, только на кручение и на сжатие с кручением, причем кручение можно создавать ступенчато при любом расположении плоскости действия дополнительного крутящего момента.
Такой подход к исследованию устойчивости стержней имеет большое практическое значение как для развития техники, так и для совершенствования учебного процесса по сопротивлению материалов, технической механике и др. учебным дисциплинам.