Составная конструкция учебного прибора для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и шарнирно-подвижной опоры
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известная составная конструкция состоит из двух стержней с постоянными размерами.
Это не позволяет организовать учебно-исследовательскую работу обучающихся.
В предложенной составной конструкции оба стержня конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни обоих телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые направлены против хода часовой стрелки, а наклонная плоскость правой части конструкции выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого соединения с ней в нужном положении. Это позволило изменять размеры стержней и организовывать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов и значительно улучшить их инженерную подготовку.
Составная конструкция учебного прибора для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и шарнирно-подвижной опоры
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известна составная конструкция с приложенными к ней внешними силами и моментами (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр.23, рис.17, вар.14), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, левая часть состоит из вертикального стержня с жестко заделанной в горизонтальную станину нижней частью, правая часть состоит из наклонного стержня с уклоном вверх, верхний конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на наклонной плоскости с уклоном вверх.
Основной недостаток известной составной конструкции заключается в том, что она имеет постоянные размеры стержней (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры стержней, что не позволяет студентам (обучающимся) проводить учебные исследования как теоретические, так и экспериментальные по выявлению зависимости величин реакций связей и сил взаимодействия частей конструкции от линейных размеров стержней.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у стержней составной конструкции можно было изменять их длину и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований.
Технический результат достигается тем, что в составной конструкции учебного прибора для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и шарнирно-подвижной опоры, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из вертикального стержня с жестко заделанной в горизонтальную станину нижней частью, а правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с уклоном вверх, верхний конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на наклонной плоскости с уклоном вверх, согласно предлагаемой полезной модели, вертикальный стержень левой части составной конструкции и наклонный стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые направлены против хода часовой стрелки, а наклонная плоскость правой части составной конструкции выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого соединения с ней.
Такое исполнение составной конструкции позволило изменять размеры стержней и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей конструкции от размеров стержней и их частей.
На фиг. представлена схема составной конструкции. Составная конструкция с приложенными к ней внешними силами и моментами состоит из левой AC и правой CB частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром C. Левая часть AC состоит из вертикального стержня с жестко заделанной в горизонтальную станину нижней частью. Правая часть состоит из наклонного стержня CB с уклоном вверх. Верхний конец этого стержня в точке B связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на наклонной плоскости с уклоном вверх. Оба стержня конструкции выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, например, внешний стержень 1 с клеммой 2. Клеммы обоих стержней направлены против хода часовой стрелки. Наклонная плоскость 3 правой части конструкции выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого соединения с ней в нужном положении.
Составная конструкция работает следующим образом.
Силы, приложенные к составной конструкции, образуют плоскую произвольную систему сил, находящуюся в равновесии. Для определения реакций опор (связей) и сил взаимодействия левой и правой частей конструкции используют, например, первую форму условий равновесия такой системы сил. Она заключается в следующем: для равновесия плоской произвольной системы сил необходимо и достаточно, чтобы алгебраическая сумма проекций действующих сил на каждую из координатных осей и алгебраическая сумма моментов относительно любого центра, лежащего в той же плоскости, должны быть равны нулю (
Fkx=0, =Fky=0, 
).
Если вычислять реакции опор и силы взаимодействия двух частей составной конструкции при постоянных размерах стержней прототипа, то получают и значения сил постоянными. В предложенной составной конструкции все части стержней выполнены телескопическими с клеммами на концах, но при сохранении действующих сил и моментов первые два условия равновесия (Fkx=0, =Fky=0) будут давать в обоих случаях один и тот же результат. И только третье условие равновесия 
при изменении длины стержней ступенчато и закреплении их с помощью клемм позволяет находить зависимости реакций опор и сил взаимодействия двух частей (AC и CB) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного выше точки C, то будет увеличиваться расстояние точки приложения силы P1 до опоры A. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P1 до точки C. Одновременно будет изменяться размер плеча силы P1 относительно точки A, относительно которой при решении задачи следует составлять уравнение равновесия моментов сил, приложенных ко всей конструкции 
. Увеличение размеров плеч сил будет наблюдаться и при изменении длин остальных телескопических соединений. Следовательно, перед студентами (обучающимися) можно ставить несколько учебно-исследовательских задач. Конструкция позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально и сравнивать результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена. Предложенная составная конструкция позволяет организовать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов (1-го и 2-го) и значительно улучшить их инженерную подготовку.
Составная конструкция учебного прибора для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и шарнирно-подвижной опоры, состоящая из левой и правой частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из вертикального стержня с жестко заделанной в горизонтальную станину нижней частью, а правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с уклоном вверх, верхний конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на наклонной плоскости с уклоном вверх, отличающаяся тем, что вертикальный стержень левой части составной конструкции и наклонный стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые направлены против хода часовой стрелки, а наклонная плоскость правой части составной конструкции выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого соединения с ней.
