В процессе улучшения практической подготовки специалистов значительную роль играют различные виды лабораторно — практических занятий. Лабораторно — практические работы помогают студентам прочно усвоить важнейшие разделы теоретического курса, прививают любовь к избранной профессии, приучают к творческой работе, без которой немыслима любая деятельность будущих специалистов. Лабораторно — практические работы служат связывающем звеном между теорией и практикой. Выполняя их, студенты углубляют и закрепляют теоретические знания, получаемые на лекциях, проверяют научно — практические положения экспериментальным путем, знакомиться с оборудованием, приборами и аппаратурой, учатся пользоваться ими.
В некоторых учебных заведениях лабораторный практикум по статическому испытанию материалов проводится на разных машинах и установках Р-20, Р-30, КМ-50-I, СМ-4А и прессах Бринела, Роквелла с механическим и гидравлическим силообразованием, что сопряжено с большой трудоемкостью и значительным расходом времени на подготовительные работы и проведение экспериментов. Также громоздкость и сложность конструкции машины требует много места и специального фундамента для ее установки. Кроме того, при подобном оснащении лабораторий не дает возможности на высоком уровне привлечь к активной самостоятельной работы каждого студента при выполнении лабораторных работ, работу выполняет только один более активный студент из подгруппы, а остальные остаются пассивными посетителями.
В настоящей статье дано описание по устройству и принципу работы разработанного универсального устройства, предназначенного для выполнения лабораторных работ по статическому испытанию материалов на устойчивость.
При разработке конструкции устройства исходили из того что лабораторные работы будут выполнятся совершенно самостоятельно, каждый студент будет проводить эксперимент по индивидуальным заданиям и в ординарном рабочем месте.
Также были поставлены задачи максимально облегчить труд студента, значительно сократить расход времени на подготовку и выполнение работ, повысить надежность, долговечность и безопасность условий проведения экспериментов.
Учитывая вышеуказанные переоборудовать слесарного тиски для определения потери устойчивости сжатого стержня. С этой целью неподвижная губка тиски снабжена с держателем образца, а подвижная губка с наконечником и механизмом нагрузки (динамометрическим ключом). На рис. 1 (а), (б) изображено общее устройство предлагаемой конструкции.
Рис. 1. (а), (б) Установка для определения устойчивости
Устройство для определения значения критической силы Эйлера с учетом небольшого начального изгиба стержня включает установленное на слесарном верстаке 1 тиски 2, закрепленные на неподвижной губке держатель образца 4 и на подвижной губке 5 сменные наконечники 6. Держатель образца 4 и сменный наконечник 6 на губах 3 и 5 сверху закреплен тремя ботами 7. Рабочая грань левого образ содержателя 4 выполнена в виде пластинчатой вилке 8 для установки испытываемого образца 9ю
Форма рабочей части правого подвижного губка 5 выполнена в виде прямоугольника установлен штатив. На правом конце винта 13 подвижной губки 5 тиски 2 с помощью болта 14 установлен динамометрический ключ 15. Он выполнен из прямоугольной стальной пластины 16. По размеру она соответствует боковой стенке корпуса ключа 15 и прикреплена к нему двумя болтами 17 (М10), которыми также присоединен к корпусу стальной пружинный рычаг 20, с помощью гайками 21 и 23 к корпусу угольника 24. Стрелка прикреплена двумя винтами 22. К пластинке 16 (параллельно рычагу) приварен угольник 24 х 30 х 30 мм длиной 210 мм. К его свободному торцу под прямым углом приварен угольник 28 (сортамент тот же) длиной 120 мм. На нем болтом 18 (М6) закреплена индикаторная головка 29, для чего одно ребро угольника 28 серьезно со стороны головки 29, к нижней части угольника 28 винтами 19 (М4) присоединена державка 27 стержневого удлинителя 26. Внутри державки 27 размещена изогнутая пластинчатая стопорная пружина 25, выпуклая сторона свободного конца которой упирается удлинитель 26 (удлинитель 26 — это толкатель от выбракованной индикаторной головки, державка 27 — часть корпуса последней). Рифленая пятка удлинителя 26 упирается в боковую грань рычага 20, а противоположный конец его взаимодействует с толкателем, индикаторной головки 29 между контактирующими поверхностями предварительно создан натяг в 0,5 мм.
Устройство для проведения лабораторных работ по определению значения критической силы Эйлера с учетом небольшого начального изгиба стержня.
Испытание производится подкручиванием рычага 20 ключа 15 при этом вместе с винтом 13 механизмом тиски 2 подвижной губки 3 и начинает сжимать образец 9, соответственно при этом пружинный рычаг 20 ключа 15 изгибается и давит на пятку удлинителя 26 толкателя. Преодолев сопротивление стопорной пружины 25, перемещается в направляющих державках 27 на величину прогиба рычага. Перемещения удлинителя 26 через толкатель передается часовому механизму индикаторной головки 29 и фиксируется стрелкой. При этом, когда сжимающая сила достигает своего предельного значения, удлинитель толкателя 26 удерживается стопорной пружиной 25, так как стрелка индикаторной головки 29 фиксируется в положении, соответствующем максимальному усилию, приложенному к рукоятке 20 ключа 15. Записав показания индикатора 29, пружину 25 отжимают и удлинитель 26 возвращается в исходное положение.
Порядок проведения испытаний. Перед опытом измерить длину и поперечные размеры стержня и по обобщенной формуле вычислить теоретические значения критических сил
Где E — модуль Юнга
J — момент инерции стержня
— коэффициент привидения длины стержня
— длина стержня
Вновь увеличить нагрузку и отклонить стержень от вертикали. Повторить это до тех пор, пока при некотором значении нагрузки стержень не потеряет устойчивость. Это и есть критическая сила. Сравнить полученное значение критической силы с вычисленным теоретическим и подсчитать процент расхождения.
Для определения значения критической силы Эйлера с учетом небольшого начального изгиба стержня (рис. 2, а и б) на неподвижной 1 и подвижной 2 губках установлены одинаковые образцодержатели 7 и 8.
На образцодержатели 7 смонтирован штатив 11 с индикатором часового типа 6. На пазах образцодержатели 7 и 8 установлен испытываемый образец 10 небольшим начальным изгибом.
Испытание производится аналогично с прокручиванием рычага динамометрического ключа, при этом образцодержатель 7 сжимает испытываемый стержень 10 (образца), а величина прогиба определяется индикатором часового типа 6.
Самодельная лабораторная установка (переоборудованная слесарная теска) практически безопасна в работе. Единственным условием, при этом в обязанность преподавателя, является наблюдение за правильным выполнением работы. По окончании работы прибор снимается с тисков, протирается и убирается.
Таким образом, для проведения лабораторных работ на предлагаемой учебно — лабораторной установке дает возможность привлечь к активной работе каждого студента при выполнении работы, что существенно влияет на активизацию познавательной деятельности. Ее применение позволяет значительно увеличить количество проводимых каждым студентов опытов.
Литература:
- Александров А. В., Поталов В. Д., Державин Б. П. сопротивление материалов: Учеб. для вузов. — М.: Высш. Шк., 1995 год — 560с.
- Сопротивление материалов. Учеб. Пособие Н. А. Костенко, С. В. Валясникова, Ю. Э. Волошановская и др.; Под. ред Н. А. Костенко — Высш. шк., 2000 — год 430с
- Тимощук Л. Т. — Механические испытание металлов. — М.: Металлургия. 1971–224 с.
