Кинематика струбцины.

Всем привет.

Опять я о том же.

О струбцинах.


Немного теории.

Что есть струбцина с точки зрения механики - балка, свернутая в не замкнутое кольцо. 

Рис. 1  Разгибающее действие винта на корпус.

И на нее действует сила, пытающаяся разогнуть балку.

Рис. 2 Деформация корпуса.

Наибольшее изгибающее усилие прилагается по средине балки, поэтому средняя часть должна иметь большее сечение

Рис. 3  "развернутая струбцина".

Края балки (выделенные красным цветом, Рис. 4) не задействованы, поэтому нет смысла использовать прямоугольную балку, достаточно треугольной или трапециевидной.

Рис. 4  Не задействованные участки балки.

Конечно трапециевидная балка хуже сопротивляется нагрузке,

но в некоторых случаях в целях уменьшения веса этим можно пренебречь.

Рис. 5  Балка в виде трапеции.

Именно поэтому струбцина, имеющая прямоугольную форму Рис. 6, не лучшим образом сопротивляется нагрузке. 

Рис. 6  Простейшая струбцина из профиля постоянного сечения.

Кроме того углы корпуса служат точками концентрации напряжения, что приводит к еще большей деформации и трещинам Рис.7.

Рис. 7  Деформация и разрушение корпуса.

Конечно можно увеличить жесткость струбцины, увеличив сечение корпуса,
но такой путь не рационален, так как он ведет к увеличению веса и большей материалоемкости.

Наиболее рациональная форма корпуса струбцины, хорошо сопротивляющаяся нагрузке,

показана на Рис. 8.

Для уменьшения концентрации напряжений места сопряжение полок должны иметь радиусный переход.

Рис. 8  Сопряжение сторон.

Для уменьшения веса и экономии материала на  корпусе струбцины часто делают занижения профиля уменьшая толщину средней части Рис. 9.

В этом случае поперечное сечение представляет собой Двутавровую балку.

Рис. 9 Облегчение корпуса (двутавровая балка)

Струбцина, изготовленная из обрезка швеллера Рис.10 
ведет себя еще хуже, чем простейшая струбцина Рис. 6

так как наиболее нагруженная сторона тоньше в несколько раз боковых полок.

Рис. 10 Струбцина из швеллера.

Приложение даже небольшой нагрузки неизбежно приводит к деформации корпуса Рис. 11

Рис. 11 Деформация тонкой части.

Поэтому такая струбцина требует усиления корпуса, например путем приваривания дополнительного ребра жесткости.

Рис. 12  Усиление корпуса струбцины.

Усиливающее ребро воспринимает основную нагрузку, поэтому его длина должна соответствовать длине средней полки. (Рис. 13). 

Укорачивание ребра (1) ведет к увеличению усилий и соответственно деформации корпуса.

Рис. 13.  Правильная форма усилителя.

В целях экономии материала можно срезать ребро под углом (3, рис 13)
- это актуально при изготовлении серии струбцин.

Рис. 14  Не задействованные участки (облегчение струбцины).

Для уменьшения веса можно удалить часть материала корпуса струбцины (Рис. 14).


Изготавливая струбцину самостоятельно при помощи сварки, рациональней не использовать швеллер в качестве основы, так как "доведение до ума" такой струбцины достаточно трудоемко.

Проще согнуть П-образную часть из полосы толщиной 3 - 5 мм и шириной 20 - 30 мм.

В качестве ребра жесткости также можно использовать пластину, сварив усилитель из 3-х частей.

Рис. 15  Струбцина, сваренная из П-образной рамки и трех пластин.

Но подобная конструкция также достаточно трудоемка в изготовлении, 
поэтому для серии струбцин лучше выбрать другую схему - струбцину из прямоугольной трубы.


О этой струбцине я расказывал в предыдущей статье:
Самодельные струбцины


Струбцина из трубы достаточно технологична.

Из преимуществ:
- малый вес
- довольно большая жесткость
- простота конструкции
- доступность материалов
- быстрота изготовления (2 - 3 сварных шва + прихватка гайки и пластины)

Явных недостатков в этой конструкции я не вижу, но думаю о них мне напишут мои критики :)

Рис. 16  Струбцина из прямоугольной трубы.

Рис. 17  Вариант соединения углов. 

Чтобы сделать струбцину более жесткой, трубы лучше разрезать и сварить под углом 45°

Рис. 18  Соединение под углом 45°

Не обязательно делать круглую деревянную рукоятку. Она может быть проще - в виде прутка, вставленного в отверстие шпильки и прихваченного сваркой.

В этом случае можно в торце винта сделать крестообразный пропил, и вращать винт при помощи шуруповерта.

Ну вот собственно и все на сегодня.

Задавайте вопросы (если они еще остались)

Пишите комментарии и подписывайтесь на мой блог :)