本發(fā)明屬于土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗教學(xué)領(lǐng)域，涉及一種用于結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗的扭矩施加裝置。

背景技術(shù)：

結(jié)構(gòu)力學(xué)是高等院校土木工程專業(yè)的必修學(xué)科，理論教學(xué)一直以來是高等院校結(jié)構(gòu)力學(xué)的主要教學(xué)方法，但隨著高等教育對實驗教學(xué)的重視，開展結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗也成為一種勢在必行的趨勢。

結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗一般涉及到的荷載形式有三種：集中荷載、均布荷載、扭矩荷載。集中荷載是結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗中最常用的荷載形式，其加載裝置制作簡單，且可以滿足多數(shù)實驗需要，市場上有很多集中荷載加載裝置，多數(shù)產(chǎn)品效果良好。均布荷載加載裝置一般較為復(fù)雜，且絕大多數(shù)實驗都不限定使用均布荷載，所以在結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗中很少使用。

扭矩荷載加載裝置的情況與前兩者均不相同，首先，扭矩荷載加載裝置的開發(fā)是很有必要性的，在結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗中幾個重要的實驗(利用位移法求解有角位移的超靜定結(jié)構(gòu)、力矩分配法、反力互等定理)都涉及到扭矩荷載的施加；其次，由于扭矩荷載加載裝置制作難度較大，市場上可靠的加載裝置十分有限。因此，作為結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗研究中不可或缺的一部分，可靠且便捷的扭矩荷載加載裝置成為了亟需考慮的問題。

本發(fā)明提供了一種用于結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗的扭矩施加裝置，通過蝸輪蝸桿升降機、扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器以及相關(guān)配件的連接，可實現(xiàn)支座、桿件施加扭矩，為結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗的順利進行奠定了基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，改變目前結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中缺少扭矩荷載的現(xiàn)狀，發(fā)明一種用于結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗的扭矩施加裝置，實現(xiàn)對支座、桿件施加扭矩。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗的扭矩施加裝置，該扭矩施加裝置能夠?qū)χё蛘邔U件施加扭矩，以下為兩種情況的具體結(jié)構(gòu)描述：

當該扭矩施加裝置對支座施加扭矩時，所述的扭矩施加裝置包括底層墊板1、蝸輪蝸桿升降機2、花鍵連接件3、扭矩傳感器4、扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5、支座轉(zhuǎn)接盤6、支座支撐裝置7a、7b、轉(zhuǎn)角傳感器連接件8、轉(zhuǎn)角傳感器9和剛接桿件10。所述的蝸輪蝸桿升降機2底部加入墊片，并通過螺栓與底層墊板1連接；所述的支座支撐裝置7a、7b底部安裝在底層墊板1上部，底層墊板1底部安裝在實驗平臺上；所述的蝸輪蝸桿升降機2通過花鍵連接件3與扭矩傳感器4連接，扭矩傳感器4內(nèi)管壁貼有四片應(yīng)變片，外部設(shè)有一個接頭通過漆包線與采集設(shè)備相連，組成測量電路，用于扭矩的輸出。

所述的扭矩傳感器4通過6個螺栓與扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5一側(cè)連接；所述的扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5另一側(cè)中心有一個垂直通孔，所述的支座轉(zhuǎn)接盤6一側(cè)有一個與扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5對應(yīng)的垂直方向的通孔，二者通過垂直穿過中心的長螺栓固定連接；所述的支座轉(zhuǎn)接盤6左右兩側(cè)分別通過軸承與兩個支座支撐裝置7a、7b相連，支座轉(zhuǎn)接盤6與支座支撐裝置7a、7b之間能夠通過軸承相對轉(zhuǎn)動；所述的支座轉(zhuǎn)接盤6中部通過6個螺栓與剛接桿件10連接，剛接桿件10上部用來連接各種實驗結(jié)構(gòu)，支座轉(zhuǎn)接盤6中心位置與剛接桿件10底部有匹配的螺絲孔；所述的支座轉(zhuǎn)接盤6的另一側(cè)通過轉(zhuǎn)角傳感器連接件8與轉(zhuǎn)角傳感器9連接。所述的轉(zhuǎn)角傳感器9內(nèi)貼有四片應(yīng)變片，外部設(shè)有一個接頭通過漆包線與采集設(shè)備相連，組成測量電路，用于轉(zhuǎn)角位移的輸出。

本裝置能達到的效果是當通過手搖的方式轉(zhuǎn)動蝸輪蝸桿升降機旋轉(zhuǎn)手輪時，升降機會帶動花鍵連接件、扭矩傳感器、扭矩施加轉(zhuǎn)接盤、支座轉(zhuǎn)接盤、轉(zhuǎn)角傳感器連接件、轉(zhuǎn)角傳感器一起轉(zhuǎn)動，扭矩傳感器的讀數(shù)即為上部結(jié)構(gòu)受到的支座反力(扭矩)，轉(zhuǎn)角傳感器的讀數(shù)即為支座處的支座位移(轉(zhuǎn)動位移)。

當該扭矩施加裝置對桿件施加扭矩時，所述的扭矩施加裝置包括底層墊板1、蝸輪蝸桿升降機2、升降機墊塊14、花鍵連接件3、扭矩傳感器4、扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5、桿件夾具11、鉸支座12、等高墊塊13、轉(zhuǎn)角傳感器連接件8、轉(zhuǎn)角傳感器9和桿件15。所述的蝸輪蝸桿升降機2底部通過螺栓安裝在升降機墊塊14上部，升降機墊塊14底部通過螺栓安裝在底層墊板1上部一側(cè)；所述的等高墊塊13底部通過螺栓安裝在底層墊板1上部另一側(cè)；底層墊板1底部通過螺栓安裝在實驗平臺上；所述的蝸輪蝸桿升降機2通過花鍵連接件3與扭矩傳感器4連接，扭矩傳感器內(nèi)管壁貼有四片應(yīng)變片，外部設(shè)有一個接頭通過漆包線與采集設(shè)備相連，組成測量電路，用于扭矩的輸出。

所述的扭矩傳感器4通過6個螺栓與扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5一側(cè)連接；所述的扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5另一側(cè)中心有一個垂直通孔，所述的桿件夾具11一側(cè)有一個與扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5對應(yīng)的垂直方向的通孔，二者通過垂直穿過中心的長螺栓固定連接；所述的桿件夾具11的另一側(cè)通過轉(zhuǎn)角傳感器連接件8與轉(zhuǎn)角傳感器9連接，桿件夾具11中心位置有匹配的螺絲孔；所述的桿件夾具11中部固定安裝桿件15，所述的桿件夾具11中部有與桿件15尺寸匹配的通孔；所述的鉸支座12上部有與桿件夾具11外徑尺寸相符的通孔，桿件夾具11通過穿過鉸支座12上部的通孔，與鉸支座12連接，桿件夾具11與鉸支座12之間能夠相對轉(zhuǎn)動；所述的鉸支座12通過6個螺栓安裝在等高墊塊13上部，所述的等高墊塊13底部安裝在底層墊板1上；所述的轉(zhuǎn)角傳感器9內(nèi)貼有四片應(yīng)變片，外部設(shè)有一個接頭通過漆包線與采集設(shè)備相連，組成測量電路，用于轉(zhuǎn)角位移的輸出；所述的桿件15兩端用來連接各種實驗桿件，組成結(jié)構(gòu)，進行實驗。

本裝置能達到的效果是當通過手搖的方式轉(zhuǎn)動蝸輪蝸桿升降機旋轉(zhuǎn)手輪時，升降機會帶動花鍵連接件、扭矩傳感器、扭矩施加轉(zhuǎn)接盤、桿件夾具、轉(zhuǎn)角傳感器連接件、轉(zhuǎn)角傳感器一起轉(zhuǎn)動，扭矩傳感器的讀數(shù)即為施加在桿件上的扭矩荷載，轉(zhuǎn)角傳感器的讀數(shù)即為桿件上該點的轉(zhuǎn)動位移。

本發(fā)明的有益效果是：根據(jù)實驗內(nèi)容的需要，通過蝸輪蝸桿升降機、扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器以及相關(guān)配件的連接，可靈活實現(xiàn)對支座、桿件施加扭矩，安裝、拆卸方便，便于使用。

附圖說明

圖1是對支座施加扭矩裝置主視示意圖；

圖2是對支座施加扭矩裝置俯視示意圖；

圖3是對桿件施加扭矩裝置主視示意圖；

圖4是對桿件施加扭矩裝置俯視示意圖；

圖5是支座轉(zhuǎn)接盤主視構(gòu)造圖；

圖6是支座轉(zhuǎn)接盤俯視構(gòu)造圖；

圖7是支座轉(zhuǎn)接盤側(cè)視構(gòu)造圖；

圖8是對超靜定剛架結(jié)構(gòu)施加支座轉(zhuǎn)角位移裝置示意圖；

圖9是對超靜定梁結(jié)構(gòu)施加扭矩荷載裝置示意圖；

圖中：1底層墊板；2蝸輪蝸桿升降機；3花鍵連接件；4扭矩傳感器；5扭矩施加轉(zhuǎn)接盤；6支座轉(zhuǎn)接盤；7a、7b支座支撐裝置；8轉(zhuǎn)角傳感器連接件；9轉(zhuǎn)角傳感器；10剛接桿件；11桿件夾具；12鉸支座；13等高墊塊；14升降機墊塊；15桿件。

具體實施方式

本發(fā)明能通過蝸輪蝸桿升降機、扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器以及相關(guān)配件的連接，靈活組裝成兩套扭矩施加裝置，分別可對支座、對桿件施加扭矩，下面結(jié)合附圖和實施實例對本發(fā)明的實施方式做進一步說明。

一種用于結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗的扭矩施加裝置，該扭矩施加裝置能夠?qū)χё蛘邔U件施加扭矩，以下為兩種情況的具體結(jié)構(gòu)描述：

當該扭矩施加裝置對支座施加扭矩時，所述的扭矩施加裝置如圖1、圖2所示，包括底層墊板1、蝸輪蝸桿升降機2、花鍵連接件3、扭矩傳感器4、扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5、支座轉(zhuǎn)接盤6、支座支撐裝置7a、7b、轉(zhuǎn)角傳感器連接件8、轉(zhuǎn)角傳感器9和剛接桿件10。所述的蝸輪蝸桿升降機2底部加入墊片，并通過螺栓與底層墊板1連接；所述的支座支撐裝置7a、7b底部安裝在底層墊板1上部，底層墊板1底部安裝在實驗平臺上；所述的蝸輪蝸桿升降機2通過花鍵連接件3與扭矩傳感器4連接，扭矩傳感器4內(nèi)管壁貼有四片應(yīng)變片，外部設(shè)有一個接頭通過漆包線與采集設(shè)備相連，組成測量電路，用于扭矩的輸出；所述的扭矩傳感器4通過6個螺栓與扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5一側(cè)連接；

所述的扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5另一側(cè)中心有一個垂直通孔，所述的支座轉(zhuǎn)接盤6一側(cè)有一個與扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5對應(yīng)的垂直方向的通孔，二者通過垂直穿過中心的長螺栓固定連接；所述的支座轉(zhuǎn)接盤6左右兩側(cè)分別通過軸承與兩個支座支撐裝置7a、7b相連，支座轉(zhuǎn)接盤6與支座支撐裝置7a、7b之間能夠通過軸承相對轉(zhuǎn)動；所述的支座轉(zhuǎn)接盤6中部通過6個螺栓與剛接桿件10連接，剛接桿件10上部用來連接各種實驗結(jié)構(gòu)，支座轉(zhuǎn)接盤6中心位置與剛接桿件10底部有匹配的螺絲孔；所述的支座轉(zhuǎn)接盤6的另一側(cè)通過轉(zhuǎn)角傳感器連接件8與轉(zhuǎn)角傳感器9連接。所述的轉(zhuǎn)角傳感器9內(nèi)貼有四片應(yīng)變片，外部設(shè)有一個接頭通過漆包線與采集設(shè)備相連，組成測量電路，用于轉(zhuǎn)角位移的輸出。

當該扭矩施加裝置對桿件施加扭矩時，所述的扭矩施加裝置如圖3、圖4所示，包括底層墊板1、蝸輪蝸桿升降機2、升降機墊塊14、花鍵連接件3、扭矩傳感器4、扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5、桿件夾具11、鉸支座12、等高墊塊13、轉(zhuǎn)角傳感器連接件8、轉(zhuǎn)角傳感器9和桿件15。所述的蝸輪蝸桿升降機2底部通過螺栓安裝在升降機墊塊14上部，升降機墊塊14底部通過螺栓安裝在底層墊板1上部一側(cè)；所述的等高墊塊13底部通過螺栓安裝在底層墊板1上部另一側(cè)；底層墊板1底部通過螺栓安裝在實驗平臺上；所述的蝸輪蝸桿升降機2通過花鍵連接件3與扭矩傳感器4連接，扭矩傳感器內(nèi)管壁貼有四片應(yīng)變片，外部設(shè)有一個接頭通過漆包線與采集設(shè)備相連，組成測量電路，用于扭矩的輸出。

所述的扭矩傳感器4通過6個螺栓與扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5一側(cè)連接；所述的扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5另一側(cè)中心有一個垂直通孔，所述的桿件夾具11一側(cè)有一個與扭矩施加轉(zhuǎn)接盤5對應(yīng)的垂直方向的通孔，二者通過垂直穿過中心的長螺栓固定連接；所述的桿件夾具11的另一側(cè)通過轉(zhuǎn)角傳感器連接件8與轉(zhuǎn)角傳感器9連接，桿件夾具11中部有匹配的螺絲孔；所述的桿件夾具11中間位置固定安裝桿件15，所述的桿件夾具11中部有與桿件15尺寸匹配的通孔；所述的鉸支座12上部有與桿件夾具11外徑尺寸相符的通孔，桿件夾具11通過穿過鉸支座12上部的通孔，與鉸支座12連接，桿件夾具11與鉸支座12之間能夠相對轉(zhuǎn)動；所述的鉸支座12通過6個螺栓安裝在等高墊塊13上部，所述的等高墊塊13底部安裝在底層墊板1上；所述的轉(zhuǎn)角傳感器9內(nèi)貼有四片應(yīng)變片，外部設(shè)有一個接頭通過漆包線與采集設(shè)備相連，組成測量電路，用于轉(zhuǎn)角位移的輸出；所述的桿件15兩端用來連接各種實驗桿件，組成結(jié)構(gòu)，進行實驗。

實施例1對超靜定剛架結(jié)構(gòu)施加支座轉(zhuǎn)角位移

當通過手搖的方式轉(zhuǎn)動蝸輪蝸桿升降機旋轉(zhuǎn)手輪時，升降機會帶動花鍵連接件、扭矩傳感器、扭矩施加轉(zhuǎn)接盤、支座轉(zhuǎn)接盤、轉(zhuǎn)角傳感器連接件、轉(zhuǎn)角傳感器一起轉(zhuǎn)動，此時，圖示結(jié)構(gòu)在底部支座處有一個支座轉(zhuǎn)角位移，轉(zhuǎn)角傳感器的讀數(shù)為轉(zhuǎn)角位移值，扭矩傳感器的讀數(shù)為支座反力值。圖8為對超靜定剛架結(jié)構(gòu)施加支座轉(zhuǎn)角位移裝置示意圖。

實施例2對超靜定梁結(jié)構(gòu)施加扭矩荷載

圖9為對超靜定梁結(jié)構(gòu)施加扭矩荷載裝置示意圖，當通過手搖的方式轉(zhuǎn)動蝸輪蝸桿升降機旋轉(zhuǎn)手輪時，升降機會帶動花鍵連接件、扭矩傳感器、扭矩施加轉(zhuǎn)接盤、支座轉(zhuǎn)接盤、轉(zhuǎn)角傳感器連接件、轉(zhuǎn)角傳感器一起轉(zhuǎn)動，此時，圖示結(jié)構(gòu)在中間支座位置處會受到一個集中扭矩荷載，轉(zhuǎn)角傳感器的讀數(shù)為該點轉(zhuǎn)角位移值，扭矩傳感器的讀數(shù)為集中扭矩荷載值。