Лабораторный стенд для определения сил с учетом трения покоя в соединении "тормозная колодка-барабан"
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известный стенд имеет постоянные размеры штока и постоянное положение его опор, что не позволяет проводить научные исследования по выявлению зависимостей сил от размеров звеньев прибора с учетом трения покоя.
Предложенный стенд снабжен водилом, шарнирно связанным со станиной в шарнирном соединении барабанов со станиной, основной стержень водила расположен параллельно штоку и жестко связан с его направляющими, часть стержня, расположенная между направляющими, и нижняя часть стержня водила выполнены телескопическими, наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, направленными вверх вдоль основного стержня водила, верхняя часть основного стержня водила связана клеммой с кареткой с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу станины, средняя линия которого представляет собой дугу окружности, центр которой совпадает с геометрической осью вращательных шарниров барабанов, и жесткого закрепления ее с помощью резьбовых крепежных элементов к станине, горизонтальная площадка, на которой расположен шарнир блока, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней. Это позволяет обучающимся изменять как положение штока, так и его опор, а также изменять угол наклона нити и проводить научные исследования, повышая уровень своей инженерной подготовки по теоретической механике. 1 илл.
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известен стенд для рассмотрения сил с учетом трения покоя с приложенными к нему 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.36, рис.33, вар. 13) начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, R, 1,3R, а, состоящий из двух соосно расположенных барабанов разных радиусов, радиус большего барабана в одну целую три десятых раза больше радиуса меньшего барабана, геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, на барабан меньшего радиуса намотана нить, расположенная справа от него с правым уклоном под углом а к горизонтали, нить перекинута через блок, шарнирно связанный со станиной, к концу нити прикреплен груз Q, шарнир блока расположен на горизонтальной площадке, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная со штоком, ось симметрии которых направлена вдоль вертикальной оси симметрии барабанов, шток расположен в двух направляющих станины.
Основной недостаток известного стенда заключается в том, что он имеет постоянные размеры штока (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры штока и постоянное положение опор, что не позволяет студентам (обучающимся) проводить учебные исследования как теоретические, так и экспериментальные по выявлению зависимости величин реакций связей и сил взаимодействия частей стенда от линейных размеров штока и изменения взаимного расположения опор.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у штока можно было изменять положение опор, а у опор -изменять их взаимное положение, и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований как теоретических, так и экспериментальных, и сравнивать полученные результаты.
Технический результат достигается тем, что лабораторный стенд для определения сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан», состоящий из двух соосно расположенных барабанов разных радиусов, причем геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, на барабан меньшего радиуса намотана нить, расположенная справа от него с правым уклоном под углом к горизонтали, нить перекинута через блок, шарнирно связанный со станиной, к концу нити прикреплен груз, шарнир блока расположен на горизонтальной площадке, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная со штоком, ось симметрии которых направлена вдоль вертикальной оси симметрии барабанов, шток расположен в двух направляющих станины, согласно нашему предложению, снабжен водилом, шарнирно связанным со станиной в шарнирном соединении барабанов со станиной, основной стержень водила расположен параллельно штоку и жестко связан с его направляющими, часть стержня, расположенная между направляющими, и нижняя часть стержня водила выполнены телескопическими, наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, направленными вверх вдоль основного стержня водила, верхняя часть основного стержня водила связана клеммой с кареткой с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу станины, средняя линия которого представляет собой дугу окружности, центр которой совпадает с геометрической осью вращательных шарниров барабанов, и жесткого закрепления ее с помощью резьбовых крепежных элементов к станине, горизонтальная площадка, на которой расположен шарнир блока, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.
Такое исполнение стенда позволило изменять размеры основного стержня водила и взаимное положение опор и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей стенда от размеров основного стержня водила и изменения взаимного положения опор.
На фиг. представлена схема предлагаемого стенда.
Стенд устроен следующим образом.
Лабораторный стенд для определения сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан» с приложенными к нему внешними силами и моментами, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, R,1,3R, a, состоит из двух соосно расположенных барабанов 1 и 2 разных радиусов. Радиус большего барабана 1 в одну целую три десятых раза больше радиуса меньшего барабана 2. Геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров О. На барабан 2 меньшего радиуса намотана нить 3, расположенная справа от него с левым уклоном под углом а к горизонтали. Нить перекинута через блок 4, шарнирно связанный со станиной. К концу нити закреплен груз Q. Шарнир блока расположен на горизонтальной площадке. Сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка 5, жестко связанная с вертикальным штоком 6, ось симметрии которых совпадает с вертикальной осью симметрии барабанов. Шток расположен в двух направляющих А и В станины.
Стенд снабжен водилом 7, шарнирно связанным со станиной в шарнирном соединении О барабанов со станиной. Основной стержень 8 водила расположен параллельно штоку и жестко связан с его направляющими А и В.
Часть стержня, расположенная между направляющими А и В, и нижняя часть стержня 8 водила 7 выполнены телескопическими. Наружные стержни 9 и 10 телескопических соединений выполнены с клеммами 11 и 12 на концах, направленными вверх вдоль основного стержня водила. Верхняя часть основного стержня 8 водила связана клеммой 13 с кареткой 14 с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу 15 станины. Средняя линия паза представляет собой дугу окружности, центр которой совпадает с геометрической осью О вращательных шарниров барабанов, и жесткого закрепления ее с помощью резьбовых крепежных элементов 16 к станине. Радиус средней линии кругового паза станины равен г.Горизонтальная площадка шарнира С блока выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины 17 и жесткого закрепления к ней.
Стенд работает следующим образом.
Теоретически в стенде с размерами прототипа необходимо определять минимальное значение внешней силы Р, приложенной к штоку, силы взаимодействия частей стенда и реакции его опор, находящиеся в покое, с учетом сил сцепления (трения покоя) в соединении «тормозная колодка -барабан». Эта задача решается с помощью уравнений равновесия. Согласно рекомендациям, изложенным в указанном выше источнике, в котором описан прототип, сначала составляются уравнения равновесия сил, приложенных к грузу Q. Из этих уравнений определяется реакция нити и нормальная реакция при взаимодействии нити с блоком. Затем составляются уравнения равновесия сил, приложенных к барабану 2, из которых определяется нормальная сила, действующая на барабан, а также реакции шарниров О барабана. Для определения минимального значения силы Р и реакций опор в
направляющих штока достаточно рассмотреть равновесие сил, приложенных к штоку.
Поскольку в предложенной полезной модели предусмотрено изменение длины основного стержня водила и взаимного положения опор, то перечисленные величины сил можно определять при измененных размерах стержня 8 и соответствующих размеров взаимного положения опор А и В. Если длины нижней и части стержня, расположенной между опорами штока 8, изменять ступенчато последовательно или одновременно, то можно получать и соответствующие значения сил. По полученным данным можно строить графические зависимости значения сил от изменения размеров основного стержня 8. В предложенном стенде предусмотрен поворот штока в пределах угла 
, равном 90°, с симметричным его расположением относительно вертикали.
Определять соответствующие зависимости можно и экспериментально, снабдив звенья стенда соответствующими датчиками и регистрирующей аппаратурой. Появилась возможность у обучающихся проводить как теоретические, так и экспериментальные исследования и сравнивать их результаты.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.
Лабораторный стенд для определения сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан», состоящий из двух соосно-расположенных барабанов разных радиусов, причем геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, на барабан меньшего радиуса намотана нить, расположенная справа от него с правым уклоном под углом к горизонтали, нить перекинута через блок, шарнирно связанный со станиной, к концу нити прикреплен груз, шарнир блока расположен на горизонтальной площадке, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная со штоком, ось симметрии которых направлена вдоль вертикальной оси симметрии барабанов, шток расположен в двух направляющих станины, отличающийся тем, что он снабжен водилом, шарнирно связанным со станиной в шарнирном соединении барабанов со станиной, основной стержень водила расположен параллельно штоку и жестко связан с его направляющими, часть стержня, расположенная между направляющими, и нижняя часть стержня водила выполнены телескопическими, наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, направленными вверх вдоль основного стержня водила, верхняя часть основного стержня водила связана клеммой с кареткой с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу станины, средняя линия которого представляет собой дугу окружности, центр которой совпадает с геометрической осью вращательных шарниров барабанов, и жесткого закрепления ее с помощью резьбовых крепежных элементов к станине, горизонтальная площадка, на которой расположен шарнир блока, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.
