Стенд для исследования устойчивости упругого стержня, сжатого следящей силой

 

Область использования: в испытательной технике, при исследовании устойчивости упругого консольного стержня, определении величины критической следящей силы, излучении формы потери устойчивости и колебаний стержня, проверке достоверности выполняемых теоретических решений и выводов. Сущность: следящая сила создается с помощью простейшего силового агрегата, выполненного в виде ползуна, помещенного свободно с малым зазором между двумя взаимно параллельными планками, в ползуне имеются продолговатая полость - воздухоприемная камера для сжатого воздуха, верхний и нижний каналы для воздушных опор, два отверстия с резьбовой - впереди для закрепления сопла, а сзади для закрепления испытуемого стержня. Стенд прост по конструкции и технологии изготовления, отличается надежностью в эксплуатации, долговечностью и безопасностью в работе. 2 ил.

Предлагаемое изображение относится к области испытательной техники, а именно к стендам для испытания стержней на устойчивость, определения величины критической силы, исследования влияния на параметры устойчивости таких факторов, как распределение массы стержня по его длине, сопротивление окружающей среды, эксцентриситет приложения следящей силы и др.

Силу, направление действия которой при потере устойчивости стержня постоянно совпадает с касательной на конце испытуемого стержня, называют следящей силой.

При достижении следящей силой своего критического значения первоначальная прямолинейная форма испытуемого стержня искривляется, т.е. он теряет устойчивость, далее начинаются его поперечные изгибные колебания с нарастающей амплитудой. В реальных условиях следящие силы возникают, например, в стволе орудия при выстреле снаряда, от тяги реактивного двигателя, сопротивления воды при движении торец, мин, надводных лодок и др.

Характерной особенностью следящих сил является то, что они при потере устойчивости стержня совершают работу упругой деформации, величина которой зависит не только от пройденного расстояния, как бывает при действии обычных сил, а и от того, по какому пути и каким образом было пройдено это расстояние.

В настоящее время известен стенд для исследования устойчивости стержня, сжатого следящей силой, выбранный нами в качестве прототипа, позволяющий создавать следящую силу, определять критическую длину (но не критическую силу) содержащий основание с закрепленным испытуемым стержнем, подвешенный на нити к потолку силовой агрегат, состоящий из резервуара со сжатым воздухом, сопла, редуктора давления воздуха, балансирных грузов, соединенный тягой с силовым агрегатом и установленных на стойках [1] Этот стенд громоздок, маломощен, сложен по конструкции и технологии изготовления, не позволяет определять величину критической силы, скоротечность действия сжатого воздуха осложняет проведение опытов, требует многократных повторных заправок баллона со сжатым воздухом и др. Вес силового агрегата огромен 73 кг, создаваемая сила очень мала всего 10 H.

Существует еще стенд для исследования устойчивости стержней, сжатых следящими силами [2] на котором реализована модель следящих сил. Следящая сила создается с помощью воздушного винта пропеллера, приводимого во вращение с помощью специального малогабаритного высокообратного и достаточно мощного электродвигателя постоянного тока, применяемого в косметической технике. Стенд позволяет создавать плавно регулируемую следящую силу, определять точную величину критической следящей силы, изучать формы потери устойчивости, влияние распределения масс по длине стержня, сопротивления окружающей среды и др.

Недостатком является дороговизна.

Техническим результатом изобретения является создание простой конструкции стенда при сохранении точности экспериментов и производительности труда, уменьшение веса стенда за счет уменьшения металлоемкости и экономии материалов, снижение себестоимости стенда и др.

В предложенном стенде для исследования устойчивости упругого стержня, сжатого следящей силой, содержащем основание с закрепленным упругим испытуемым стержнем, резервуар для сжатого воздуха, редуктор, сопло, манометр, шланги, силовой агрегат выполнен в виде ползуна, помещенного свободно с малым зазором между двумя взаимно параллельными планками; в ползуне имеются продолговатая полость воздухоприемная камера для сжатого воздуха, верхний и нижний каналы для воздушных опор, два отверстия с резьбой впереди для закрепления сопла, а сзади для закрепления испытуемого стержня. На верхней планке имеется отверстие с резьбой для закрепления манометра, на нижней планке для ввинчивания штуцера, соединяющего с помощью шлангов воздухоприемную камеру с резервуаром сжатого воздуха.

Предложенный стенд с новой конструкцией силового агрегата, выполненного в виде ползуна, помещенного свободно с малым зазором между двумя взаимно параллельными планками, прост по конструкции и технологии изготовления, позволяет создавать плавно регулируемую следящую силу, определять величину критической силы; для него не требуются дорогостоящие материалы, детали и узлы. Создаваемая следящая сила больше в 5-6 раз, чем прототипа и составляет 50 60 H.

На фиг. 1 показана схема заявленного стенда.

На фиг. 2 показана схема ползуна силового агрегата.

Заявленный стенд для исследования устойчивости упругого стержня, сжатого следящей силой, содержит основание 1, на котором жестко закреплен испытуемый стержень 2. На другом конце испытуемого стержня 2 жестко закреплен ползун 3. Ползун 3 установлен свободно, с малым зазором между верхней 5 и нижней 4 взаимно параллельными неподвижными планками. Контактирующие поверхности ползуна 3 (сверху и снизу) и неподвижных планок 4 и 5 отполированы. После сборки контактирующие поверхности смазывают. Масса ползуна 3 составляет всего 0,1 кг. Ползун 3 имеет отверстие 6 для закрепления его к испытуемому стержню 2 и отверстие 7 для закрепления к нему сопла 8. В нижней неподвижной планке 4 имеется резьбовое отверстие для соединения с помощью шлангов 10 редуктора 11 и резервуара со сжатым воздухом 12. В резьбовое отверстие, выполненное в верхней планке 5, вмонтирован манометр 9 для измерения давления сжатого воздуха в воздухоприемной камере.

Заявленный стенд для исследования устойчивости упругого стержня, сжатого следящей силой, работает так: открывается воздушный кран 13 резервуара со сжатым воздухом 12. Сжатый воздух, регулируемый редуктором 11, по шлангу 10, через отверстие, выполненное снизу в неподвижной пленке 4, поступает в воздухоприемную камеру 14 и одновременно заполняет каналы 15, 16, 17, 18. Сжатый воздух, заполнив каналы 15, 16 и 17, 18, удерживает ползун 3 "на весу" между планками 4 и 5, образуя воздушную опору. Это обеспечивает свободное, практически без трения, движение ползуна 3 в горизонтальной плоскости. Сжатый воздух из воздухоприемной камеры 14 устремляется через сопло 8 наружу, создавая реактивную силу, которая является следящей силой. Эта сила сжимает испытуемый стержень 2. Регулируя давление воздуха с помощью редуктора 11, добиваемся плавного увеличения реактивной следящей силы до тех пор, пока испытуемый стержень 2 не начнет колебаться, т.е. не потеряет устойчивость. За критическую принимается та сила, при которой начинаются поперечные изгибные колебания испытуемого стержня 2 с нарастающей амплитудой. Воздухоприемная камера имеет продолговатую форму, поэтому при колебаниях стержня ползун 3 движется то влево, то вправо, а сжатый воздух продолжает поступать в камеру 14.

Заявленный стенд прост по конструкции и технологии изготовления. В нем нет сложных и дорогостоящих деталей. Стенд позволяет создавать в 5 6 раз большую следящую силу, чем силовой агрегат принятого нами как прототип. Запас сжатого воздуха достаточен для проведения пяти-шести опытов.

Формула изобретения

Стенд для исследования устойчивости упругого стержня, сжатого следящей силой, содержащий основание для крепления упругого стержня, силовой агрегат, отличающийся тем, что силовой агрегат выполнен в виде ползуна, размещенного с малым зазором между двумя параллельными планками, резервуара для сжатого воздуха, редуктора, сопла, манометра, штуцера и соединительных шлангов, в ползуне выполнена продолговатая полость и два резьбовых отверстия для закрепления сопла и упругого стержня, а на двух противоположных плоскостях ползуна каналы, на одной из планок выполнено резьбовое отверстие для закрепления манометра, а на другой отверстие для сообщения полости в ползуне и каналов с резервуаром сжатого воздуха посредством штуцера и шлангов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2