устройство для деформации балки

Формула изобретения

Устройство для деформации балки, включающее в себя стержневую балку с предварительным прогибом относительно установочной оси балки, проведенной через опоры балки, отличающееся тем, что на концах стержневой балки с предварительным изгибом шарнирно смонтированы штоки с опорными роликами, кроме того, оно снабжено механизмом для деформации балки в направлении, перпендикулярном установочной оси, выполненном в виде, например, вращающихся кулачков, контактирующих с опорами до достижения наибольшего прогиба балки, и механизмом, реализующим прогибную деформацию балки, состоящим, например, из штока и гильзы, ось которых перпендикулярна установочной оси балки, а также кулачка, контактирующего с опорой штока после достижения наибольшего прогиба балки, причем устройство дополнительно содержит цепную передачу, синхронизирующую вращение кулачков, и маховик.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое устройство относится к области машин для воспроизводства работы деформированной балки.

Устройства, аналогичные предлагаемому, не известны.

Задачей, решаемой в предлагаемом устройстве, является воспроизводство работы деформированной в осевом направлении стержневой балки.

На фиг.1 как пример возможного исполнения показана схема устройства в виде двухопорной стержневой балки с механизмом для ее деформации в направлении, перпендикулярном установочной оси балки, и механизмом, воспринимающим изгибную деформацию. На концах стержневой балки 1 c предварительным изгибом шарнирно смонтированы штоки 2 с опорными роликами 3. Штоки размещены в гильзах 4, ось которых совпадает с установочной осью 5 балки. Для деформации балки в осевом направлении предусмотрен механизм, выполненный в виде вращающихся кулачков 6, контактирующих с опорами 3. Для воспроизводства работы изгибной деформации балки после ее деформации в осевом направлении предусмотрен механизм, состоящий из штока 7, закрепленного в середине балки 1, гильзы 8, ось которых перпендикулярна установочной оси балки, а также кулачка 9, контактирующего с опорой 10 штока 7 после достижения наибольшей деформации балки в осевом направлении. Вращение кулачков 6 и 9 синхронизируется цепной передачей 11; равномерность вращения обеспечивается маховиком 12, от которого может приводиться энергопотребитель.

На фиг.1 показано положение элементов устройства при деформации балки в осевом направлении; на фиг.1А - при реализации работы изгибной деформации.

Работа, воспроизводимая устройством, определяется разницей между работой, затрачиваемой на деформацию балки в направлении ее установочной оси, и работой, которую выполняет балка при реализации ее изгибной деформации.

Работа на деформацию балки в осевом направлении определяется продольной силой Р и сближением концов балки , а работа при реализации изгибной деформации пригибом балки f и поперечной силой Ро, приложенной в середине балки.

На фиг.2 показаны расчетные графики, определенные по методике, изложенной в гл. XXXIII книги Н.М.Беляева "Сопротивление материалов" 1956 г., зависимости f и от силы Р и зависимость от силы Ро прогиба f ₁ для балки с l=31 см с предварительным прогибом у ₀=1.8 см и жесткостью EJ=50 кг/см² . Результаты замеров на элементарной модели практически совпадают с расчетными при силе Р, не превышающей 65-70% от критической силы балки . Площадь фигуры, ограниченной кривой и прямыми, определяющими значения сил Р, численно равна работе на деформацию балки в осевом направлении, а площадь, ограниченная линией f₁ и прямыми, определяющими значения сил Ро, численно равна работе изгибной деформации. Так, при Р=0,32 кг сближение концов =1,6 см, прогиб f=3 см, а сила Р=0,24 кг при f ₁=3 см. Работа на осевую деформацию определяется вертикально заштрихованной площадью, а работа, которая может быть реализована от изгибной деформации, определяется горизонтально заштрихованной площадью.

Как видно из сравнения этих площадей, работа изгибной деформации превышает работу, затрачиваемую на деформацию балки в осевом направлении.

Аналогичные результаты получаются при консольной балке с предварительным прогибом относительно оси заделки. Замеры, выполненные на элементарной модели с консольным вылетом l=18 см, предварительным прогибом f₀ =3,1 см и жесткостью сечения балки EJ=50 кг/см ², приведены на графике фиг.3. При осевой нагрузке N балка деформируется в осевом направлении и прогибается на f. Изгибная деформация после прекращения осевой деформации вызывает усилие Р, перпендикулярное оси балки. Работа, затрачиваемая на осевую деформацию, меньше работы, которая может быть реализована изгибной деформацией. Это видно из графика; например, при N=0,19 кг осадка =1,3 см, изгиб f=3,3 см, а усилие изгиба Р=0,09 кг. Работа, как и при двухопорной балке, на осевую деформацию определяется вертикально заштрихованной площадью, а работа, которая может быть при реализации изгибной деформации, определяется горизонтально заштрихованной площадью.