CN103278399A - 测试材料弹性模量g的实验装置 - Google Patents

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刘荣庆
王云
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Abstract

一种测试材料弹性模量G的实验装置，砝码杆的下端连接砝码座，在左支座和右支座之间安装测角仪，即扭转圆轴左端连接左圆环，左圆环外圆周设置三个紧固螺钉，扭转圆轴右端连接右圆环，右圆环外圆周设置三个紧固螺钉，分别拧紧三个紧固螺钉将左圆环和右圆环固定在扭转圆轴上，直角档块推动百分表的收缩触头运动，百分表指针读数就是左圆环和右圆环中心距离相对扭转角的弧长。本发明的技术效果是：可方便地将测试装置装夹和卸下，更具有体积小，结构简单不打滑，测量精度高等优点。

Description

测试材料弹性模量G的实验装置
技术领域
本发明涉及一种实验装置，尤其涉及一种测试材料弹性模量G的实验装置。
背景技术
测试材料弹性模量G实验是国家教委批准颁布的材料力学课程实验教学大纲规定的必做实验之一，并且要求每个实验的人数为1-2人一组实施，目前开展这个实验所用设备部件都离不开力传感器、测力显示仪器，力传感器和测力显示仪器是设备的核心关键部分，费用成本很高，为此需要为材料力学实验研制出一种不通过力传感器加载，不用测力显示仪器，操作简单，成本低的实验装置。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种测试材料弹性模量G的实验装置，该测试装置克服现有测定材料弹性模量实验设备通过力传感器加载，测力显示仪器显示力值导致成本费用高的缺陷，载荷大小直接用砝码加载，采用测角仪将扭转圆轴半径加大，测出扭转圆轴两个截面之间相对扭转角度，将扭转角度代入公式计算出G值，更具有操作简单，加载准确，不用电成本低等优点。
本发明是这样来实现的，它包括平台、左支座、压紧螺钉、扭转圆轴、右支座、滚动轴承、加载力臂、砝码杆、砝码座、左圆环、右圆环、直杆、百分表、直角档块，其特征是在平台左端垂直固定连接左支座，左支座的上端钻有一通孔与压紧螺杆相通并垂直，孔内连接扭转圆轴左端，用压紧螺钉固定，平台右端垂直固定连接右支座，右支座的上端钻有一通孔与左支座上端的通孔同一中心，孔内安装滚动轴承，滚动轴承内孔连接扭转圆轴右端，扭转圆轴可在滚动轴承孔内自由转动，扭转圆轴右端与加载力臂一端垂直固定连接，加载力臂另一端垂直连接活动砝码杆，砝码杆的下端连接砝码座，在左支座和右支座之间安装测角仪，即扭转圆轴左端连接左圆环，左圆环外圆周设置三个紧固螺钉，扭转圆轴右端连接右圆环，右圆环外圆周设置三个紧固螺钉，分别拧紧三个紧固螺钉将左圆环和右圆环固定在扭转圆轴上，左圆环的上端垂直固定连接直杆，直杆的上端垂直安装百分表，右圆环上端垂直固定连接直角档块，直角档块左端接触百分表的收缩触头，扭转圆轴受扭时，直角档块推动百分表的收缩触头运动，百分表指针读数就是左圆环和右圆环中心距离（两截面之间）相对扭转角的弧长。
本发明的技术效果是：该测试装置不通过力传感器加载，不用测力显示仪器显示力值，扭矩大小直接用砝码加载，可以测试10~16毫米直径材料的剪切弹性模量，采用测角仪在扭转圆轴上套上两圆环，左圆环上端垂直固定连接直杆，右圆环上端垂直固定连接直角档块，将扭转圆轴半径加大至b，利用直杆上端安装的百分表实时地测出扭转圆轴两截面的相对弧长计算出G值的特点，只需转动两圆环上的三个紧固螺钉，可方便地将测试装置装夹和卸下，更具有体积小，结构简单不打滑，测量精度高等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
在图中，1.百分表 2.直角档块 3.扭转圆轴4.滚动轴承 5.加载力臂 6.右支座 7.砝码杆 8.砝码座 9.调平螺杆 10.平台11.左支座12. 右圆环13.左圆环 14.压紧螺钉 15.直杆。
具体实施方式
如图1所示，在平台（10）左端垂直固定连接左支座（11），左支座（11）的上端钻有一通孔与压紧螺杆（14）相通并垂直，孔内连接扭转圆轴（3）左端，用压紧螺杆（14）固定，扭转圆轴（3）左端为固定端，平台（10）右端垂直固定连接右支座（6），右支座（6）的上端钻有一通孔与左支座（11）上端的通孔同一中心，孔内安装滚动轴承（4），滚动轴承（4）内孔连接扭转圆轴（3）右端，扭转圆轴（3）可在滚动轴承（4）孔内自由转动为活动端，扭转圆轴（3）右端与加载力臂（5）一端垂直固定连接，加载力臂（5）另一端垂直连接活动砝码杆（7），砝码杆（7）的下端连接砝码座（8），在左支座（11）和右支座（6）之间安装测角仪，即扭转圆轴（3）左端连接左圆环（13），左圆环（13）外圆周设置三个紧固螺钉，扭转圆轴（3）右端连接右圆环（12），右圆环（12）外圆周设置三个紧固螺钉，分别拧紧三个紧固螺钉将左圆环（13）和右圆环（12）固定在扭转圆轴（3）上，左圆环（13）的上端垂直固定连接直杆（15），直杆（15）的上端垂直安装百分表（1），右圆环（12）上端垂直固定连接直角档块（2），直角档块（2）左端接触百分表（1）的收缩触头，扭转圆轴（3）受扭时，直角档块（2）推动百分表（1）的收缩触头运动，百分表（1）指针读数就是左圆环（13）和右圆环（12）中心距离（两截面之间）相对扭转角的弧长。使用时，先将扭转圆轴（3）左端穿过滚动轴承（4）内孔后，套上左圆环（13）和右圆环（12），再穿过左支座（11）的上端通孔，用压紧螺杆（14）压紧固定扭转圆轴（3）的左端，旋紧左圆环（13）上三个紧固螺钉，将左圆环垂直（13）固定在扭转圆轴（3）左端，使左圆环（13）上端直杆（15）与扭转圆轴（3）在垂直位置，在左圆环（13）和右圆环（12）的中心距离为L0的位置上，旋紧右圆环（12）上三个紧固螺钉，将右圆环（12）垂直固定在扭转圆轴（3）右端，固定右圆环（12）时要使直角档块（2）左端接触到百分表（1）的收缩触头1毫米左右，将百分表（1）指针调整到零位置，开始在砝码座（8）上加砝码，即对扭转圆轴（3）加扭矩，每次加10N或20N，扭矩增量为5N/m或 10N/m，最大加到20N/m 或40N/m，扭转圆轴（3）受扭后产生微小弹性变形，直角档块（2）左端推动百分表（1）触头运动，百分表（1）指针顺时针转动，百分表（1）指针所指读数就是左圆环（13）和右圆环（12）的中心距离为L0之间产生的相对弧长（弦长），每加一次砝码，分别记下每次加载后百分表（1）的读数，取弧长增量平均值为                                               
Figure 686005DEST_PATH_IMAGE001
，用
Figure 22440DEST_PATH_IMAGE001
除以扭转圆轴（3）中心到直杆（15）上端百分表（1）触头之间距离b，b为已知，得到扭转角度（弧度）
Figure 514601DEST_PATH_IMAGE002
，将
Figure 444642DEST_PATH_IMAGE002
代入计算剪切弹性模量公式，G值就可以计算出来。
本发明专利的工作原理是：计算材料剪切弹性模量公式为：
Figure 782083DEST_PATH_IMAGE003
 式中
Figure 238603DEST_PATH_IMAGE004
是左圆环和右圆环固定在扭转圆轴的两圆环中心距离为已知。左圆环上端垂直固定连接的直杆，是将扭转圆轴半径加大，圆环上端的直杆越长，相对弧长就越长，测试精度就越高。
Figure 449135DEST_PATH_IMAGE005
是横截面的极惯性距为已知，D是扭转圆轴直径，Ip为已知。是材料弹性范围内每次加的增量扭矩为已知，扭转圆轴中心到砝码杆中心的距离为加载力臂，加载力臂乘以砝码重量等于扭矩大小。是每次加
Figure 505581DEST_PATH_IMAGE006
后两截面（两圆环中心距离）之间产生的相对扭转角（弧度）为未知，要想得到
Figure 339545DEST_PATH_IMAGE002
，必须得到扭转圆轴受扭后两截面之间产生的相对弧长，扭转圆轴受扭
Figure 114952DEST_PATH_IMAGE006
后，两圆环（两截面）之间产生相对转动，百分表的读数则为两截面之间产生的相对弧长
Figure 2013101647442100002DEST_PATH_IMAGE007
（因弧度极小，把弦长近似看成弧长）用
Figure 872823DEST_PATH_IMAGE007
弧长除以扭转圆轴中心到直杆上端百分表触头之间距离b就等于扭转角度（弧度），即
Figure 980905DEST_PATH_IMAGE002
=
Figure 231889DEST_PATH_IMAGE007
/b，将
Figure 714823DEST_PATH_IMAGE002
代入剪切弹性模量公式，G值就可计算出来。

Claims (1)

1.一种测试材料弹性模量G的实验装置，它包括平台、左支座、压紧螺钉、扭转圆轴、右支座、滚动轴承、加载力臂、砝码杆、砝码座、左圆环、右圆环、直杆、百分表、直角档块，其特征是在平台左端垂直固定连接左支座，左支座的上端钻有一通孔与压紧螺杆相通并垂直，孔内连接扭转圆轴左端，用压紧螺钉固定，平台右端垂直固定连接右支座，右支座的上端钻有一通孔与左支座上端的通孔同一中心，孔内安装滚动轴承，滚动轴承内孔连接扭转圆轴右端，扭转圆轴可在滚动轴承孔内自由转动，扭转圆轴右端与加载力臂一端垂直固定连接，加载力臂另一端垂直连接活动砝码杆，砝码杆的下端连接砝码座，在左支座和右支座之间安装测角仪，即扭转圆轴左端连接左圆环，左圆环外圆周设置三个紧固螺钉，扭转圆轴右端连接右圆环，右圆环外圆周设置三个紧固螺钉，分别拧紧三个紧固螺钉将左圆环和右圆环固定在扭转圆轴上，左圆环的上端垂直固定连接直杆，直杆的上端垂直安装百分表，右圆环上端垂直固定连接直角档块，直角档块左端接触百分表的收缩触头，扭转圆轴受扭时，直角档块推动百分表的收缩触头运动，百分表指针读数就是左圆环和右圆环中心距离相对扭转角的弧长。
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