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Abstract

本发明属于土木工程专业结构力学实验教学领域，提供一种用于结构力学实验的扭矩施加装置，该扭矩施加装置能够对支座或者对杆件施加扭矩。该扭矩施加装置通过手摇的方式转动蜗轮蜗杆升降机旋转手轮，升降机带动花键连接件、扭矩传感器、扭矩施加转接盘、支座转接盘、转角传感器连接件、转角传感器一起转动，扭矩传感器的读数即为上部结构受到的支座反力(扭矩)，转角传感器的读数即为支座处的支座位移。本发明能够根据实验内容的需要，通过蜗轮蜗杆升降机、扭矩传感器、转角传感器以及相关配件的连接，灵活实现对支座、杆件施加扭矩，安装、拆卸方便，便于使用。

Description

一种用于结构力学实验的扭矩施加装置
技术领域
本发明属于土木工程专业结构力学实验教学领域，涉及一种用于结构力学实验的扭矩施加装置。
背景技术
结构力学是高等院校土木工程专业的必修学科，理论教学一直以来是高等院校结构力学的主要教学方法，但随着高等教育对实验教学的重视，开展结构力学实验也成为一种势在必行的趋势。
结构力学实验一般涉及到的荷载形式有三种：集中荷载、均布荷载、扭矩荷载。集中荷载是结构力学实验中最常用的荷载形式，其加载装置制作简单，且可以满足多数实验需要，市场上有很多集中荷载加载装置，多数产品效果良好。均布荷载加载装置一般较为复杂，且绝大多数实验都不限定使用均布荷载，所以在结构力学实验中很少使用。
扭矩荷载加载装置的情况与前两者均不相同，首先，扭矩荷载加载装置的开发是很有必要性的，在结构力学实验中几个重要的实验(利用位移法求解有角位移的超静定结构、力矩分配法、反力互等定理)都涉及到扭矩荷载的施加；其次，由于扭矩荷载加载装置制作难度较大，市场上可靠的加载装置十分有限。因此，作为结构力学实验研究中不可或缺的一部分，可靠且便捷的扭矩荷载加载装置成为了亟需考虑的问题。
本发明提供了一种用于结构力学实验的扭矩施加装置，通过蜗轮蜗杆升降机、扭矩传感器、转角传感器以及相关配件的连接，可实现支座、杆件施加扭矩，为结构力学实验的顺利进行奠定了基础。
发明内容
针对现有技术的不足，改变目前结构力学教学中缺少扭矩荷载的现状，发明一种用于结构力学实验的扭矩施加装置，实现对支座、杆件施加扭矩。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于结构力学实验的扭矩施加装置，该扭矩施加装置能够对支座或者对杆件施加扭矩，以下为两种情况的具体结构描述：
当该扭矩施加装置对支座施加扭矩时，所述的扭矩施加装置包括底层垫板1、蜗轮蜗杆升降机2、花键连接件3、扭矩传感器4、扭矩施加转接盘5、支座转接盘6、支座支撑装置7a、7b、转角传感器连接件8、转角传感器9和刚接杆件10。所述的蜗轮蜗杆升降机2底部加入垫片，并通过螺栓与底层垫板1连接；所述的支座支撑装置7a、7b底部安装在底层垫板1上部，底层垫板1底部安装在实验平台上；所述的蜗轮蜗杆升降机2通过花键连接件3与扭矩传感器4连接，扭矩传感器4内管壁贴有四片应变片，外部设有一个接头通过漆包线与采集设备相连，组成测量电路，用于扭矩的输出。
所述的扭矩传感器4通过6个螺栓与扭矩施加转接盘5一侧连接；所述的扭矩施加转接盘5另一侧中心有一个垂直通孔，所述的支座转接盘6一侧有一个与扭矩施加转接盘5对应的垂直方向的通孔，二者通过垂直穿过中心的长螺栓固定连接；所述的支座转接盘6左右两侧分别通过轴承与两个支座支撑装置7a、7b相连，支座转接盘6与支座支撑装置7a、7b之间能够通过轴承相对转动；所述的支座转接盘6中部通过6个螺栓与刚接杆件10连接，刚接杆件10上部用来连接各种实验结构，支座转接盘6中心位置与刚接杆件10底部有匹配的螺丝孔；所述的支座转接盘6的另一侧通过转角传感器连接件8与转角传感器9连接。所述的转角传感器9内贴有四片应变片，外部设有一个接头通过漆包线与采集设备相连，组成测量电路，用于转角位移的输出。
本装置能达到的效果是当通过手摇的方式转动蜗轮蜗杆升降机旋转手轮时，升降机会带动花键连接件、扭矩传感器、扭矩施加转接盘、支座转接盘、转角传感器连接件、转角传感器一起转动，扭矩传感器的读数即为上部结构受到的支座反力(扭矩)，转角传感器的读数即为支座处的支座位移(转动位移)。
当该扭矩施加装置对杆件施加扭矩时，所述的扭矩施加装置包括底层垫板1、蜗轮蜗杆升降机2、升降机垫块14、花键连接件3、扭矩传感器4、扭矩施加转接盘5、杆件夹具11、铰支座12、等高垫块13、转角传感器连接件8、转角传感器9和杆件15。所述的蜗轮蜗杆升降机2底部通过螺栓安装在升降机垫块14上部，升降机垫块14底部通过螺栓安装在底层垫板1上部一侧；所述的等高垫块13底部通过螺栓安装在底层垫板1上部另一侧；底层垫板1底部通过螺栓安装在实验平台上；所述的蜗轮蜗杆升降机2通过花键连接件3与扭矩传感器4连接，扭矩传感器内管壁贴有四片应变片，外部设有一个接头通过漆包线与采集设备相连，组成测量电路，用于扭矩的输出。
所述的扭矩传感器4通过6个螺栓与扭矩施加转接盘5一侧连接；所述的扭矩施加转接盘5另一侧中心有一个垂直通孔，所述的杆件夹具11一侧有一个与扭矩施加转接盘5对应的垂直方向的通孔，二者通过垂直穿过中心的长螺栓固定连接；所述的杆件夹具11的另一侧通过转角传感器连接件8与转角传感器9连接，杆件夹具11中心位置有匹配的螺丝孔；所述的杆件夹具11中部固定安装杆件15，所述的杆件夹具11中部有与杆件15尺寸匹配的通孔；所述的铰支座12上部有与杆件夹具11外径尺寸相符的通孔，杆件夹具11通过穿过铰支座12上部的通孔，与铰支座12连接，杆件夹具11与铰支座12之间能够相对转动；所述的铰支座12通过6个螺栓安装在等高垫块13上部，所述的等高垫块13底部安装在底层垫板1上；所述的转角传感器9内贴有四片应变片，外部设有一个接头通过漆包线与采集设备相连，组成测量电路，用于转角位移的输出；所述的杆件15两端用来连接各种实验杆件，组成结构，进行实验。
本装置能达到的效果是当通过手摇的方式转动蜗轮蜗杆升降机旋转手轮时，升降机会带动花键连接件、扭矩传感器、扭矩施加转接盘、杆件夹具、转角传感器连接件、转角传感器一起转动，扭矩传感器的读数即为施加在杆件上的扭矩荷载，转角传感器的读数即为杆件上该点的转动位移。
本发明的有益效果是：根据实验内容的需要，通过蜗轮蜗杆升降机、扭矩传感器、转角传感器以及相关配件的连接，可灵活实现对支座、杆件施加扭矩，安装、拆卸方便，便于使用。
附图说明
图1是对支座施加扭矩装置主视示意图；
图2是对支座施加扭矩装置俯视示意图；
图3是对杆件施加扭矩装置主视示意图；
图4是对杆件施加扭矩装置俯视示意图；
图5是支座转接盘主视构造图；
图6是支座转接盘俯视构造图；
图7是支座转接盘侧视构造图；
图8是对超静定刚架结构施加支座转角位移装置示意图；
图9是对超静定梁结构施加扭矩荷载装置示意图；
图中：1底层垫板；2蜗轮蜗杆升降机；3花键连接件；4扭矩传感器；5扭矩施加转接盘；6支座转接盘；7a、7b支座支撑装置；8转角传感器连接件；9转角传感器；10刚接杆件；11杆件夹具；12铰支座；13等高垫块；14升降机垫块；15杆件。
具体实施方式
本发明能通过蜗轮蜗杆升降机、扭矩传感器、转角传感器以及相关配件的连接，灵活组装成两套扭矩施加装置，分别可对支座、对杆件施加扭矩，下面结合附图和实施实例对本发明的实施方式做进一步说明。
一种用于结构力学实验的扭矩施加装置，该扭矩施加装置能够对支座或者对杆件施加扭矩，以下为两种情况的具体结构描述：
当该扭矩施加装置对支座施加扭矩时，所述的扭矩施加装置如图1、图2所示，包括底层垫板1、蜗轮蜗杆升降机2、花键连接件3、扭矩传感器4、扭矩施加转接盘5、支座转接盘6、支座支撑装置7a、7b、转角传感器连接件8、转角传感器9和刚接杆件10。所述的蜗轮蜗杆升降机2底部加入垫片，并通过螺栓与底层垫板1连接；所述的支座支撑装置7a、7b底部安装在底层垫板1上部，底层垫板1底部安装在实验平台上；所述的蜗轮蜗杆升降机2通过花键连接件3与扭矩传感器4连接，扭矩传感器4内管壁贴有四片应变片，外部设有一个接头通过漆包线与采集设备相连，组成测量电路，用于扭矩的输出；所述的扭矩传感器4通过6个螺栓与扭矩施加转接盘5一侧连接；
所述的扭矩施加转接盘5另一侧中心有一个垂直通孔，所述的支座转接盘6一侧有一个与扭矩施加转接盘5对应的垂直方向的通孔，二者通过垂直穿过中心的长螺栓固定连接；所述的支座转接盘6左右两侧分别通过轴承与两个支座支撑装置7a、7b相连，支座转接盘6与支座支撑装置7a、7b之间能够通过轴承相对转动；所述的支座转接盘6中部通过6个螺栓与刚接杆件10连接，刚接杆件10上部用来连接各种实验结构，支座转接盘6中心位置与刚接杆件10底部有匹配的螺丝孔；所述的支座转接盘6的另一侧通过转角传感器连接件8与转角传感器9连接。所述的转角传感器9内贴有四片应变片，外部设有一个接头通过漆包线与采集设备相连，组成测量电路，用于转角位移的输出。
当该扭矩施加装置对杆件施加扭矩时，所述的扭矩施加装置如图3、图4所示，包括底层垫板1、蜗轮蜗杆升降机2、升降机垫块14、花键连接件3、扭矩传感器4、扭矩施加转接盘5、杆件夹具11、铰支座12、等高垫块13、转角传感器连接件8、转角传感器9和杆件15。所述的蜗轮蜗杆升降机2底部通过螺栓安装在升降机垫块14上部，升降机垫块14底部通过螺栓安装在底层垫板1上部一侧；所述的等高垫块13底部通过螺栓安装在底层垫板1上部另一侧；底层垫板1底部通过螺栓安装在实验平台上；所述的蜗轮蜗杆升降机2通过花键连接件3与扭矩传感器4连接，扭矩传感器内管壁贴有四片应变片，外部设有一个接头通过漆包线与采集设备相连，组成测量电路，用于扭矩的输出。
所述的扭矩传感器4通过6个螺栓与扭矩施加转接盘5一侧连接；所述的扭矩施加转接盘5另一侧中心有一个垂直通孔，所述的杆件夹具11一侧有一个与扭矩施加转接盘5对应的垂直方向的通孔，二者通过垂直穿过中心的长螺栓固定连接；所述的杆件夹具11的另一侧通过转角传感器连接件8与转角传感器9连接，杆件夹具11中部有匹配的螺丝孔；所述的杆件夹具11中间位置固定安装杆件15，所述的杆件夹具11中部有与杆件15尺寸匹配的通孔；所述的铰支座12上部有与杆件夹具11外径尺寸相符的通孔，杆件夹具11通过穿过铰支座12上部的通孔，与铰支座12连接，杆件夹具11与铰支座12之间能够相对转动；所述的铰支座12通过6个螺栓安装在等高垫块13上部，所述的等高垫块13底部安装在底层垫板1上；所述的转角传感器9内贴有四片应变片，外部设有一个接头通过漆包线与采集设备相连，组成测量电路，用于转角位移的输出；所述的杆件15两端用来连接各种实验杆件，组成结构，进行实验。
实施例1对超静定刚架结构施加支座转角位移
当通过手摇的方式转动蜗轮蜗杆升降机旋转手轮时，升降机会带动花键连接件、扭矩传感器、扭矩施加转接盘、支座转接盘、转角传感器连接件、转角传感器一起转动，此时，图示结构在底部支座处有一个支座转角位移，转角传感器的读数为转角位移值，扭矩传感器的读数为支座反力值。图8为对超静定刚架结构施加支座转角位移装置示意图。
实施例2对超静定梁结构施加扭矩荷载
图9为对超静定梁结构施加扭矩荷载装置示意图，当通过手摇的方式转动蜗轮蜗杆升降机旋转手轮时，升降机会带动花键连接件、扭矩传感器、扭矩施加转接盘、支座转接盘、转角传感器连接件、转角传感器一起转动，此时，图示结构在中间支座位置处会受到一个集中扭矩荷载，转角传感器的读数为该点转角位移值，扭矩传感器的读数为集中扭矩荷载值。

Claims (1)

1.一种用于结构力学实验的扭矩施加装置，其特征在于，该扭矩施加装置能够对支座或杆件施加扭矩；
当该扭矩施加装置对支座施加扭矩时，所述的扭矩施加装置包括底层垫板(1)、蜗轮蜗杆升降机(2)、花键连接件(3)、扭矩传感器(4)、扭矩施加转接盘(5)、支座转接盘(6)、支座支撑装置(7a、7b)、转角传感器连接件(8)、转角传感器(9)和刚接杆件(10)；所述的蜗轮蜗杆升降机(2)底部加入垫片，并与底层垫板(1)固定连接；所述的支座支撑装置(7a、7b)底部安装在底层垫板(1)上部，底层垫板(1)底部安装在实验平台上；所述的蜗轮蜗杆升降机(2)通过花键连接件(3)与扭矩传感器(4)连接，扭矩传感器(4)内管壁贴有应变片，外部与采集设备相连，组成测量电路，用于输出扭矩；
所述的扭矩传感器(4)通过与扭矩施加转接盘(5)一侧连接；扭矩施加转接盘(5)另一侧中心有一个垂直通孔，支座转接盘(6)一侧有一个与扭矩施加转接盘(5)对应的垂直方向的通孔，二者通过垂直穿过中心的长螺栓固定连接；所述的支座转接盘(6)左右两侧分别通过轴承与两个支座支撑装置(7a、7b)相连，支座转接盘(6)与支座支撑装置(7a、7b)之间能够通过轴承相对转动；所述的支座转接盘(6)中部与刚接杆件(10)连接，刚接杆件(10)上部用来连接各种实验结构，支座转接盘(6)中心位置与刚接杆件(10)底部有匹配的螺丝孔；所述的支座转接盘(6)的另一侧通过转角传感器连接件(8)与转角传感器(9)连接；所述的转角传感器(9)内贴有应变片，外部与采集设备相连，组成测量电路，用于输出转角位移；
当该扭矩施加装置对杆件施加扭矩时，所述的扭矩施加装置包括底层垫板(1)、蜗轮蜗杆升降机(2)、升降机垫块(14)、花键连接件(3)、扭矩传感器(4)、扭矩施加转接盘(5)、杆件夹具(11)、铰支座(12)、等高垫块(13)、转角传感器连接件(8)、转角传感器(9)和杆件(15)；所述的蜗轮蜗杆升降机(2)底部安装在升降机垫块(14)上部，升降机垫块(14)和等高垫块(13)安装在底层垫板(1)上方两侧；底层垫板(1)底部安装在实验平台上；所述的蜗轮蜗杆升降机(2)通过花键连接件(3)与扭矩传感器(4)连接，扭矩传感器内管壁贴有应变片，外部与采集设备相连，用于输出扭矩；
所述的扭矩传感器(4)通过与扭矩施加转接盘(5)一侧连接，扭矩施加转接盘(5)另一侧中心有一个垂直通孔，杆件夹具(11)一侧有一个与扭矩施加转接盘(5)对应的垂直方向的通孔，二者通过垂直穿过中心的长螺栓固定连接；所述的杆件夹具(11)的另一侧通过转角传感器连接件(8)与转角传感器(9)连接，杆件夹具(11)中部有匹配的螺丝孔；所述的杆件夹具(11)中间位置固定安装杆件(15)，所述的杆件夹具(11)中部有与杆件(15)尺寸匹配的通孔；所述的铰支座(12)上部有与杆件夹具(11)外径尺寸相符的通孔，杆件夹具(11)通过穿过铰支座(12)上部的通孔，与铰支座(12)连接，杆件夹具(11)与铰支座(12)之间能够相对转动；所述的铰支座(12)安装在等高垫块(13)上部；所述的转角传感器(9)内贴有应变片，外部与采集设备相连，用于转角位移的输出；所述的杆件(15)两端用来连接各种实验杆件，进行实验。
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