CN206161429U - 一种内力测量及其标定装置 - Google Patents

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卢鸣忻
何芝仙
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Abstract

本实用新型揭示了一种内力测量及其标定装置，装置设有基座和固定座，所述基座和固定座相向端各设有两个连接耳，三根测量杆呈Z形通过销轴铰接在连接耳上，每个所述测量杆上固定有应变片，所述应变片输出信号至电阻应变仪，所述固定座另一端固定有施力梁，拉力传感器一端通过连接件连接施力梁，另一端连接施力机构。本实用新型的优点在于可以测量矩形截面梁横截面上的内力(轴力、剪力和弯矩)，还通过更换不同结构形式连接组件，还可以测量具有不同截面形状的各种梁的内力，应用与材料力学、结构力学教学试验中杆件的内力测定。此装置结构简单、标定方法简单可行。

Description

一种内力测量及其标定装置
技术领域
本实用新型涉及材料力学实验教学技术领域，尤其涉及测量内力测量及其标定装置及其标定装置。
背景技术
目前，在力学教学实验方面，没有一种能够直接展示、测量梁的内力的专用器材，有关梁内力测量的教学实验直观性差，因此需要研制一种内力测量传感器及其标定装置。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是实现一种能够展示、测量内力的专用器材，提高梁的内力测量实验教学直观性的仪器。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种内力测量及其标定装置，装置设有基座和固定座，所述基座和固定座相向端各设有两个连接耳，三根测量杆呈Z形通过销轴铰接在连接耳上，每个所述测量杆上固定有应变片，所述应变片输出信号至电阻应变仪，所述固定座另一端固定有施力梁，拉力传感器一端通过连接件连接施力梁，另一端连接施力机构。
所述施力机构包括弧形的机架、沿机架滑动的滑套、固定在滑套内的丝杆、以及与丝杆一端连接的加载手轮，所述丝杆另一端通过轴承连接拉力传感器，所述连接件通过转轴固定在施力梁上，所述机架以转轴为中心。
所述机架为半圆形，所述转轴为半圆形机架的圆心，所述机架上设有角度刻度，所述机架通过螺栓连接固定在基座上。
所述滑套内部设有与丝杆配合的内螺纹，所述机架由两片弧形板构成，弧形板之间设有供滑套滑动的滑槽，所述滑套一端设有支撑在机架一侧的凸台结构，另一端设有位于机架另一侧的外螺纹和外螺母，所述滑套通过凸台和外螺母夹持固定在所述机架上。
本实用新型的优点在于可以测量矩形截面梁横截面上的内力(轴力、剪力和弯矩)，还通过更换不同结构形式连接组件，还可以测量具有不同截面形状的各种梁的内力，应用与材料力学、结构力学教学试验中杆件的内力测定。此装置结构简单、标定方法简单可行。
附图说明
下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为内力测量及其标定装置结构示意图；
图2为内力测量及其标定装置工作原理图；
图3为内力测量及其标定装置的内部测力构件示意图；
图4为图3中内部测力构件工作原理图；
上述图中的标记均为：1、测量杆；2、连接耳；3、销轴；4、连接板；5、固定座；6、施力梁；7、机架；8、连接件；9、拉力传感器；10、滑套；11、加载手轮；12、应变片。
具体实施方式
如图3所示，内力测量及其标定装置设有基座和固定座5，基座和固定座5两者分离，基座和固定座5相向端各设有两个连接耳2，三根测量杆1呈Z形通过销轴3铰接在连接耳2上，即测量杆1的端部可以相对于连接耳2转动，三个测量杆1其中两根相互平行，两端分别连接在基座和固定座5上，另一个测量杆1倾斜连接在平行的测量杆1之间，上述用于固定的销轴3的轴线与三根测量杆1所在平面垂直。
每根测量杆1上固定有应变片12，优选固定在每个测量杆1的中间，应变片12输出信号至电阻应变仪，用于获得每根测量杆1的受力状况。
如图1所示内力测量标定装置结构示意图，固定座5另一端固定有施力梁6，施力梁6通过连接板4固定在固定座5上，拉力传感器9一端通过连接件8连接施力梁6，另一端连接施力机构。施力机构包括弧形的机架7、沿机架7滑动的滑套10、固定在滑套10内的丝杆、以及与丝杆一端连接的加载手轮11，丝杆另一端通过轴承连接拉力传感器9，连接件8通过转轴固定在施力梁7上，丝杆、轴承、拉力传感器9、连接件8在一条直线上，通过丝杆与滑套10的配合，对施力梁7施加拉力或压力，从而使测量杆1上的应变片12产生数值读数。
操作时，通过调节滑套10在机架7上的位置，连接件8会发生偏转，机架7优选为半圆形，机架7所在平面与三根测量杆1所在平面平行，机架7可通过螺栓连接固定在基座上，转轴为半圆形机架7的圆心，并在机架7上设有角度刻度，则可精确的控制施力角度。
为方便调节滑套10滑动，滑套10内部设有与丝杆配合的内螺纹，机架7由两片弧形板构成，弧形板之间设有供滑套10滑动的滑槽，滑套10一端设有支撑在机架7一侧的凸台结构，另一端设有位于机架7另一侧的外螺纹和外螺母，滑套10通过凸台和外螺母夹持固定在机架7上，这样的结构既能方便调节滑套10，也能可靠的固定滑套10，保证转动加载手轮11时滑套10不会发生位移，使施力角度不会发生变化。
如图4所示，内力测量及其标定装置的工作原理。根据静力平衡条件，可得截面内力与内力测量及其标定装置测量杆1轴力之间的关系为:
式中：FN,FS,M分别为传感器测量的轴力、剪力和弯矩，X1,X2,X3分别为内力测量及其标定装置三个测量杆1的轴力。可以通过在测量杆1上贴上电阻应变片12测得各杆轴力，再根据式(1)计算测量截面的内力。
分别在三根测量杆1的中部贴上电阻应变片12，可采用半桥解法，通过测量电阻应变片12的应变，可按照公式Xi＝EεiAi(i＝1,2,3)计算各杆轴力，式中Xi,εi,Ai分别为第i杆的轴力、测量应变和截面面积，E为测量杆1件的弹性模量。
如图2所示，标定方法的工作原理。应用一个拉力传感器9通过改变其安放角度就可以实现对内力测量及其标定装置进行标定。当拉力传感器9水平放置时即α＝0°，此时拉力传感器9的读数就是内力测量及其标定装置的所测轴力。当拉力传感器9竖直放置时即α＝90°，此时拉力传感器9的读数就是内力测量及其标定装置的所测剪力。当拉力传感器9处于任意位置时α，此时拉力传感器9的读数与内力测量及其标定装置的所测内力关系为：
式中：P为拉力传感器9的读数，d0为固定座5连接耳2转轴的中心距。
通过比较测量并由式(1)计算出的内力测量及其标定装置的内力值和由式(2)计算出的内力测量及其标定装置的内力值对内力测量及其标定装置进行标定。
基于上述内力测量及其标定装置的标定方法：将内力测量及其标定装置固定在工作台上，安装好拉力传感器9，将贴在三根测量杆1上的应变片12连接上电阻应变仪的测量电桥。转动加载手轮11，记录拉力传感器9初始读数并将电阻应变仪置0。
2)轴力标定
将拉力传感器9调置水平即α＝0°，采用等量逐级加载法加载，分别记录拉力传感器9读数和电阻应变仪读数，分别按照式(1)和式(2)计算内力测量及其标定装置的轴力测量值和标定值，计算误差。
3)剪力标定
将拉力传感器9调置水平即α＝90°，采用等量逐级加载法加载，分别记录拉力传感器9读数和电阻应变仪读数，分别按照式(1)和式(2)计算内力测量及其标定装置的剪力测量值和标定值，计算误差。
4)轴力剪力和弯矩的标定
将拉力传感器9调置任意位置并记录α，采用等量逐级加载法加载，分别记录拉力传感器9读数和电阻应变仪读数，分别按照式(1)和式(2)计算内力测量及其标定装置的剪力、轴力和弯矩的测量值和标定值，计算误差。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种内力测量及其标定装置，其特征在于：装置设有基座和固定座，所述基座和固定座相向端各设有两个连接耳，三根测量杆呈Z形通过销轴铰接在连接耳上，每个所述测量杆上固定有应变片，所述应变片输出信号至电阻应变仪，所述固定座另一端固定在施力梁上，拉力传感器一端通过连接件连接施力梁，另一端连接施力机构。
2.根据权利要求1所述的内力测量及其标定装置，其特征在于：所述施力机构包括弧形的机架、沿机架滑动的滑套、固定在滑套内的丝杆、以及与丝杆一端连接的加载手轮，所述丝杆另一端通过轴承连接拉力传感器，所述连接件通过转轴固定在施力梁上，所述机架以转轴为中心。
3.根据权利要求2所述的内力测量及其标定装置，其特征在于：所述机架为半圆形，所述转轴为半圆形机架的圆心，所述机架上设有角度刻度，所述机架通过螺栓连接固定在基座上。
4.根据权利要求3所述的内力测量及其标定装置，其特征在于：所述滑套内部设有与丝杆配合的内螺纹，所述机架由两片弧形板构成，弧形板之间设有供滑套滑动的滑槽，所述滑套一端设有支撑在机架一侧的凸台结构，另一端设有位于机架另一侧的外螺纹和外螺母，所述滑套通过凸台和外螺母夹持固定在所述机架上。
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CN114813304A (zh) * 2022-04-21 2022-07-29 淮安市计量测试中心 一种内力仪器检测装置

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