Составная конструкция лабораторного стенда для определения сил взаимодействия и реакций трех опор
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и предназначена для применения в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известная составная конструкция состоит из стержней с постоянными размерами. Это не позволяет организовать учебно-исследовательскую работу обучающихся.
В предложенной полезной модели все части стержней левой и правой частей конструкции выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных стержнях влево, на вертикальных - вниз, а наклонная плоскость левой части выполнена с возможностью 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.11), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, расположенными на плоскости, наклоненной к горизонту под углом 30°, правая часть конструкции состоит из П-образного стержня с горизонтальной частью, выступающей за пределы вертикальных частей на одинаковые расстояния, правая вертикальная часть стержня шарнирно связана со станиной, левая часть - в полтора раза выше правой внизу связана с шарнирно-подвижной опорой, катки которой находятся на горизонтальной плоскости.
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 лабораторного стенда для определения сил взаимодействия и реакций трех опор, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, расположенными на плоскости, наклоненной к горизонту под углом 30°, а правая часть составной конструкции состоит из П-образного стержня с горизонтальной частью, выступающей за пределы вертикальных частей на одинаковые расстояния, правая вертикальная часть П-образного стержня внизу шарнирно связана со станиной, левая часть П-образного стержня, которая в полтора раза выше правой, внизу связана с шарнирно-подвижной опорой, катки которой находятся на горизонтальной плоскости, согласно предлагаемой полезной модели, горизонтальный стержень левой части составной конструкции и все части стержня правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые на вертикальных частях П-образного стержня направлены вниз, на горизонтальной части П-образного стержня и горизонтальном стержне левой части составной конструкции направлены влево, а наклонная плоскость левой части составной конструкции выполнена с возможностью 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.
На фиг. представлена схема составной конструкции.
Составная конструкция с приложенными к ней внешними силами и моментами состоит из левой АС и правой CBD частей, связанных между собой вращательным шарниром С. Левая часть состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой 1 с катками, расположенными на плоскости, наклоненной к горизонту под углом 30°. Правая часть конструкции состоит из П-образного стержня CBD с горизонтальной частью, выступающей за пределы вертикальных частей на одинаковые расстояния. Правая вертикальная часть стержня внизу шарнирно связана со станиной в точке D. Левая часть, которая в полтора раза выше правой, внизу связана с шарнирно-подвижной опорой 2, катки которой находятся на горизонтальной плоскости. Горизонтальный стержень левой части и все части стержня правой части конструкции выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, например, внешний стержень 3 с клеммой 4. Клеммы на вертикальных частях стержней направлены вниз, на горизонтальных - влево. А наклонная плоскость 5 левой части выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости 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 (
Fkx=0, =Fky=0, 
).
Если вычислять реакции опор и силы взаимодействия двух частей составной конструкции при постоянных размерах стержней прототипа, то можно получить 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 CBD) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного правее точки C, то будет увеличиваться расстояние точки приложения силы P1 до опоры D. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P1 до точки D, 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 лабораторного стенда для определения сил взаимодействия и реакций трех опор, состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, расположенными на плоскости, наклоненной к горизонту под углом 30°, а правая часть составной конструкции состоит из П-образного стержня с горизонтальной частью, выступающей за пределы вертикальных частей на одинаковые расстояния, правая вертикальная часть П-образного стержня внизу шарнирно связана со станиной, левая часть П-образного стержня, которая в полтора раза выше правой, внизу связана с шарнирно-подвижной опорой, катки которой находятся на горизонтальной плоскости, отличающаяся тем, что горизонтальный стержень левой части составной конструкции и все части стержня правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые на вертикальных частях П-образного стержня направлены вниз, на горизонтальной части П-образного стержня и горизонтальном стержне левой части составной конструкции направлены влево, а наклонная плоскость левой части составной конструкции выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого закрепления к ней.
