Стенд для исследования 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.
Известное устройство имеет возможность испытывать стержни на устойчивость при сжатии с кручением только при жестком соединении их нижних концов со станиной. В предложенном же стенде нижняя опора испытуемого стержня выполнена в виде шарнира Гука, что позволило при шарнирном соединении стержней со станиной также испытывать их на сжатие 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. МПК В02С 2/02. Опубл. 27.11.2005. Бюл. 33 - прототип), 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 их жестко закрепленных нижних концах к станине.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы обеспечить испытание стержней на устойчивость и при шарнирном закреплении нижних концов испытуемых стержней, т.е. чтобы расширить диапазон использования известной установки.
Технический результат достигается тем, что стенд для исследования стержней на устойчивость при сжатии с кручением, состоящий 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 шарнира Гука, верхняя вилка которого жестко связана с испытуемым стержнем, а нижняя - со станиной.
Такое исполнение предлагаемого устройства позволяет испытывать стержни при сложном напряженном состоянии, т.е. при сжатии с кручением, как при жестком соединении нижнего конца стержня со станиной, так и при шарнирном его соединении со станиной с помощью шарнира Гука.
На фиг.1 представлена схема установки, а на фиг.2 - вид на шкив 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 испытуемого стержня выполнена в виде шарнира Гука, верхняя вилка которого жестко связана с испытуемым стержнем, а нижняя - со станиной.
Установка работает следующим образом.
Главная отличительная особенность в работе предложенного стенда заключается в том, что испытуемый стержень 2 своим нижним концом может быть закреплен к станине 1 шарнирно с помощью шарнира Гука 3.
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.
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 P1 давления на стержень определяют из соотношения: PL=P1l1. Откуда P1=PL/l 1, H.
Для закручивания стержня к концам гибких нитей 7 и 8, перекинутых через блоки 11 и 12, прикрепляют грузы 9 и 10 одинакового веса Р2. Под действием сил 
возникает крутящий момент Мкр, равный произведению одной из сил пары на плечо 
2, т.е. МKP=Р2l2 , Нм.
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 P1 установкой соответствующих по величине грузов 17. Для проведения исследований стержней на кручение необходимо устанавливать соответствующей величины грузы 9 и 10. Измерение деформаций производят механическими тензометрами, не показанными на схеме.
Из описания работы установки можно сделать следующие выводы: стержни на устойчивость можно исследовать для трех случаев нагружения: только на сжатие, только на кручение и на сжатие с кручением.
Шарнирное соединение нижнего конца исследуемого стержня 2 с помощью шарнира Гука 3 со станиной 1 значительно расширило возможности стенда, поскольку при шарнирном соединении появилась возможность передавать крутящие моменты вдоль всей длины стержня. При этом появилась возможность также концевым сечениям стержней поворачиваться во всех плоскостях.
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.
Стенд для исследования стержней на устойчивость при сжатии с кручением, состоящий 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, отличающийся тем, что нижняя опора испытуемого стержня выполнена в виде шарнира Гука, верхняя вилка которого жестко связана с испытуемым стержнем, а нижняя - со станиной.
