Составная конструкция устройства для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и невесомого стержня

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 обе части повернутого Г-образного стержня левой части составной конструкции и стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленных на вертикальной части стержня левой части конструкции вверх, на горизонтальной части этого стержня - вправо, на наклонном стержне правой части составной конструкции - вверх, а верхнее жесткое соединение стержня со станиной и нижний конец невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения соответственно вдоль вертикальной и наклонной плоскостей и жесткого их закрепления к ним в нужных положениях, сама наклонная плоскость нижнего конца невесомого стержня выполнена с возможностью ее перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого закрепления к ней в нужном положении. Это позволило изменять размеры стержней и организовывать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов и значительно улучшить их инженерную подготовку.

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.29), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг горизонтальной части, верхний конец его вертикальной части жестко заделан в станину, правая часть состоит из наклонного стержня, верхний конец которого связан с невесомым стержнем, перпендикулярным ему.

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 устройства для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и невесомого стержня, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг горизонтальной части этого стержня, причем верхний конец вертикальной части Г-образного стержня жестко заделан в станину, а правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня, верхний конец которого связан с невесомым стержнем, перпендикулярным ему, согласно предлагаемой полезной модели, вертикальная и горизонтальная части повернутого Г-образного стержня левой части составной конструкции и наклонный стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленных на вертикальной части Г-образного стержня левой части составной конструкции вверх, на горизонтальной части этого стержня - вправо, на наклонном стержне правой части составной конструкции - вверх, а верхнее жесткое соединение Г-образного стержня со станиной и нижний конец невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения соответственно вдоль вертикальной и наклонной плоскостей и жесткого их закрепления к ним, а сама наклонная плоскость нижнего конца невесомого стержня выполнена с возможностью ее перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого закрепления к 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 как теоретически, так и экспериментально.

На фиг. представлена схема составной конструкции.

Составная конструкция с приложенными к ней внешними силами и моментами состоит из левой АС и правой СВ частей, связанных между собой в точке С внутренним вращательным шарниром. Левая часть состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг горизонтальной части, верхний конец его вертикальной части жестко заделан в станину. Правая часть состоит из наклонного стержня, верхний конец которого в точке В связан с невесомым стержнем 1, перпендикулярным ему. Обе части повернутого Г-образного стержня левой части и стержень правой части выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, например, внешний стержень 2 и клемма 3. Клеммы направлены на вертикальной части стержня левой части конструкции вверх. На горизонтальной части этого стержня - вправо. На наклонном стержне правой части - вверх. Верхнее жесткое соединение стержня в точке А со станиной и нижний конец D невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения соответственно вдоль вертикальной 4 и наклонной 5 плоскостей и жесткого их закрепления к ним в нужных положениях. Сама наклонная плоскость нижнего конца D невесомого стержня выполнена с возможностью ее перемещения вдоль горизонтальной плоскости 6 и жесткого закрепления к 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 .

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 при одних и тех же размерах стержней 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 (АС и СВ) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного ниже точки А, то будет увеличиваться расстояние от точки приложения силы P₁ до точки А. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P₁ до точки А. Одновременно будет изменяться размер плеча силы Р₁ относительно точки А, относительно которой при решении задачи следует составлять уравнение равновесия моментов сил, приложенных ко всей конструкции . Увеличение размеров плеч сил будет наблюдаться и при изменении размеров остальных телескопических соединений. Следовательно, перед студентами (обучающимися) можно ставить несколько учебно-исследовательских задач. Конструкция позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально, сравнивая результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена. Предложенная составная конструкция позволяет изменять размеры стержней и организовывать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов (1-го и 2-го), значительно улучшая их инженерную подготовку.

Составная конструкция устройства для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и невесомого стержня, состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг горизонтальной части этого стержня, причем верхний конец вертикальной части Г-образного стержня жестко заделан в станину, а правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня, верхний конец которого связан с невесомым стержнем, перпендикулярным ему, отличающаяся тем, что вертикальная и горизонтальная части повернутого Г-образного стержня левой части составной конструкции и наклонный стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленных на вертикальной части Г-образного стержня левой части составной конструкции вверх, на горизонтальной части этого стержня - вправо, на наклонном стержне правой части составной конструкции - вверх, а верхнее жесткое соединение Г-образного стержня со станиной и нижний конец невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения соответственно вдоль вертикальной и наклонной плоскостей и жесткого их закрепления к ним, а сама наклонная плоскость нижнего конца невесомого стержня выполнена с возможностью ее перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого закрепления к ней.