Составная конструкция прибора для определения сил взаимодействия и реакций двух опор

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 отвода вертикального стержня левой части, его верхняя часть и горизонтальный стержень правой части выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных стержнях и отводах вправо, на вертикальной верхней части стержня левой части - вниз, а вращательный шарнир правой части выполнен 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.

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. 21), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой и со станиной вращательными шарнирами, левая часть состоит из вертикального стержня с двумя перпендикулярными отводами, верхним, исходящим из конца стержня и направленным влево, и нижним, исходящим из середины стержня и направленным вправо, правая часть состоит из горизонтального стержня, правый конец которого вращательным шарниром связан со станиной.

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 прибора для определения сил взаимодействия и реакций двух опор, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой и со станиной вращательными шарнирами, при этом левая часть составной конструкции состоит из вертикального стержня с двумя перпендикулярными отводами, верхним, исходящим из конца верхней части вертикального стержня и направленным влево, и нижним, исходящим из середины вертикального стержня и направленным вправо, а правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого вращательным шарниром связан со станиной, согласно предлагаемой полезной модели, верхний и нижний отводы, а также верхняя часть вертикального стержня левой части составной конструкции, и горизонтальный стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые на верхнем и нижнем отводах вертикального стержня левой части составной конструкции и горизонтальном стержне правой части составной конструкции направлены вправо, а на верхней части вертикального стержня левой части составной конструкции клемма направлена вниз, причем вращательный шарнир правой части составной конструкции выполнен 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 как теоретически, так и экспериментально.

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 в точке C внутренним вращательным шарниром. Левая часть состоит из вертикального стержня с двумя перпендикулярными отводами, верхним, исходящим из конца стержня и направленным влево. И нижним, исходящим из середины стержня и направленным вправо. Правая часть состоит из горизонтального стержня CB, правый конец которого вращательным шарниром B связан со станиной. Оба отвода вертикального стержня левой части, его верхняя часть и горизонтальный стержень правой части выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах. Клеммы направлены на горизонтальных стержнях и отводах вправо, на вертикальной верхней части стержня левой части - вниз. Вращательный шарнир B правой части выполнен 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 (F_kx=0, =F_ky=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 при одних и тех же размерах стержней (F_kx=0, =F_ky=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 правее и выше точки C, то будет увеличиваться расстояние от точки приложения силы P₂ до шарнира B. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P₂ до точки B. Одновременно будет изменяться размер плеча силы P₂ относительно точки B, 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, 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 прибора для определения сил взаимодействия и реакций двух опор, состоящая из левой и правой частей, связанных между собой и со станиной вращательными шарнирами, при этом левая часть составной конструкции состоит из вертикального стержня с двумя перпендикулярными отводами, верхним, исходящим из конца верхней части вертикального стержня и направленным влево, и нижним, исходящим из середины вертикального стержня и направленным вправо, а правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого вращательным шарниром связан со станиной, отличающаяся тем, что верхний и нижний отводы, а также верхняя часть вертикального стержня левой части составной конструкции и горизонтальный стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые на верхнем и нижнем отводах вертикального стержня левой части составной конструкции и горизонтальном стержне правой части составной конструкции направлены вправо, а на верхней части вертикального стержня левой части составной конструкции клемма направлена вниз, причем вращательный шарнир правой части составной конструкции выполнен с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого соединения с ней.