Составная конструкция установки для определения сил взаимодействия и реакций вращательного шарнира, шарнирно-подвижной опоры 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 наклонная и горизонтальные части стержня левой части и горизонтальный стержень - правой выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях стержней вправо, на наклонной части - вниз, а нижний шарнир невесомого стержня выполнен с возможность перемещения вдоль наклонной плоскости и жесткого закрепления к ней в нужном положении, сама наклонная плоскость 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.25), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, левая часть состоит из ломаного стержня, левый конец его горизонтальной части связан с шарнирно-подвижной опорой, у которой катки расположены на горизонтальной плоскости, нижний конец наклонной части стержня с правым уклоном связан вращательным шарниром со станиной, эта часть стержня в середине имеет горизонтальный отвод, связанный с внутренним шарниром, правая часть состоит из горизонтального стержня, правая часть которого связана с невесомым стержнем, направленным вниз под углом 60° к горизонту, а плоскость, с которой шарнирно связан нижний конец невесомого стержня, направлена перпендикулярно этому стержню.
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 установки для определения сил взаимодействия и реакций вращательного шарнира, шарнирно-подвижной опоры и невесомого стержня, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из ломаного стержня, левый конец его горизонтальной части связан с шарнирно-подвижной опорой, у которой катки расположены на горизонтальной плоскости, нижний конец наклонной части стержня с правым уклоном связан вращательным шарниром со станиной, эта наклонная часть стержня в середине имеет горизонтальный отвод, связанный с внутренним шарниром, а правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правая часть которого связана с невесомым стержнем, направленным вниз под углом 60° к горизонту, причем плоскость, с которой шарнирно связан нижний конец невесомого стержня, направлена перпендикулярно этому стержню, согласно предлагаемой полезной модели, наклонная и горизонтальные части 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, направленными на горизонтальных частях стержней вправо, на наклонной части стержня с правым уклоном - вниз, причем нижний шарнир невесомого стержня выполнен с возможность перемещения вдоль наклонной плоскости и жесткого закрепления к ней, а сама наклонная плоскость 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 как теоретически, так и экспериментально.
На фиг. представлена схема составной конструкции.
Составная конструкция с приложенными к ней внешними силами и моментами состоит из левой АСВ и правой CD частей, связанных между собой в точке C внутренним вращательным шарниром. Левая часть состоит из ломаного стержня, левый конец его горизонтальной части связан с шарнирно-подвижной опорой A, у которой катки расположены на горизонтальной плоскости. Нижний конец наклонной части стержня с правым уклоном связан вращательным шарниром B со станиной. Эта часть стержня в середине имеет горизонтальный отвод, связанный с внутренним шарниром C. Правая часть конструкции состоит из горизонтального стержня CD, правая часть которого связана с невесомым стержнем 1, направленным вниз под углом 60° к горизонту. Плоскость, с которой шарнирно связан нижний конец невесомого стержня, направлена перпендикулярно этому стержню. Наклонная и горизонтальные части стержня левой части и горизонтальный стержень - правой выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, например, внешний стержень 2 и клемма 3, направленными на горизонтальных частях стержней вправо, на наклонной части - вниз. Нижний шарнир невесомого стержня выполнен с возможность перемещения вдоль наклонной плоскости 4 и жесткого закрепления к ней в нужном положении. Сама наклонная плоскость выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости 5 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 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 (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 (АСВ и CD) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного выше точки B, то будет увеличиваться расстояние от точки приложения силы P1 до шарнира B. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P1 до точки В. Одновременно будет изменяться размер плеча силы P1 относительно точки В, 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 установки для определения сил взаимодействия и реакций вращательного шарнира, шарнирно-подвижной опоры и невесомого стержня, состоящая из левой и правой частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из ломаного стержня, левый конец его горизонтальной части связан с шарнирно-подвижной опорой, у которой катки расположены на горизонтальной плоскости, нижний конец наклонной части стержня с правым уклоном связан вращательным шарниром со станиной, эта наклонная часть стержня в середине имеет горизонтальный отвод, связанный с внутренним шарниром, а правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правая часть которого связана с невесомым стержнем, направленным вниз под углом 60° к горизонту, причем плоскость, с которой шарнирно связан нижний конец невесомого стержня, направлена перпендикулярно этому стержню, отличающаяся тем, что наклонная и горизонтальные части 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, направленными на горизонтальных частях стержней вправо, на наклонной части стержня с правым уклоном - вниз, причем нижний шарнир невесомого стержня выполнен с возможность перемещения вдоль наклонной плоскости и жесткого закрепления к ней, а сама наклонная плоскость выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого закрепления к ней.
