Составная конструкция лабораторной установки для определения сил взаимодействия и реакций трех 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 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 горизонтальной части стержня влево, на вертикальных - вниз, а у наклонной части - вниз по уклону. 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.12), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из П-образного стержня, левая вертикальная его часть связана с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на горизонтальной плоскости, правая вертикальная его часть связана вращательным шарниром со станиной, правая часть конструкции представляет собой ломаный стержень, верхняя часть которого шарнирно связана с правой вертикальной частью П-образного стержня на ¼ его размера от верхней части, вертикальная часть ломаного стержня внизу связана с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися 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 лабораторной установки 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 П-образного стержня, левая вертикальная часть которого связана с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на горизонтальной плоскости, а правая вертикальная часть П-образного стержня связана вращательным шарниром со станиной, причем правая часть составной конструкции представляет собой ломаный стержень, верхняя наклонная часть которого шарнирно связана с правой вертикальной частью П-образного стержня на ¼ его размера от верхней части, а вертикальная часть ломаного стержня внизу связана с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на горизонтальной плоскости, согласно предлагаемой полезной модели, все части П-образного стержня левой части составной конструкции и все части ломаного стержня правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые на вертикальных частях П-образного и ломаного стержней направлены вниз, на горизонтальной части П-образного стержня - влево, а на верхней наклонной части ломаного стержня - вниз по уклону.

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 АСВ и правой CD частей, связанных между собой вращательным шарниром С. Левая часть состоит из П-образного стержня. Левая вертикальная его часть в точке А связана с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на горизонтальной плоскости. Правая вертикальная его часть в точке В связана вращательным шарниром со станиной. Правая часть конструкции представляет собой ломаный стержень CD, верхняя часть которого шарнирно связана с правой вертикальной частью П-образного стержня на ¼ его размера от верхней части в точке С. Вертикальная часть ломаного стержня внизу в точке D связана с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на горизонтальной плоскости. Все части стержней левой и правой частей конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, например, внешний стержень 1 с клеммой 2, которые на вертикальных частях стержней направлены вниз, на горизонтальной части - влево, на наклонной части - вниз по уклону.

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 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 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 D, то будет увеличиваться расстояние точки приложения силы Р2 до опоры D. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы Р2 до точки D. Одновременно будет изменяться размер плеча силы Р2 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 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 лабораторной установки 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 П-образного стержня, левая вертикальная часть которого связана с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на горизонтальной плоскости, а правая вертикальная часть П-образного стержня связана вращательным шарниром со станиной, причем правая часть составной конструкции представляет собой ломаный стержень, верхняя наклонная часть которого шарнирно связана с правой вертикальной частью П-образного стержня на 1/4 его размера от верхней части, а вертикальная часть ломаного стержня внизу связана с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на горизонтальной плоскости, отличающаяся тем, что все части П-образного стержня левой части составной конструкции и все части ломаного стержня правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые на вертикальных частях П-образного и ломаного стержней направлены вниз, на горизонтальной части П-образного стержня - влево, а на верхней наклонной части ломаного стержня - вниз по уклону.



 

Наверх