Составная конструкция прибора для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и шарнирно-подвижной опоры

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ.

Известная составная конструкция состоит из стержней с неизменяемой их длиной. Это не позволяет организовать учебно-исследовательскую работу обучающихся.

В предложенной полезной модели вертикальные и горизонтальные части стержней левой и правой частей конструкции выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными против хода часовой стрелки. Это позволяет 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 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.5), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из Г-образного стержня, вертикальная часть которого нижним концом жестко заделана в станину и образует с ней угол 90°, правая часть состоит из Г-образного стержня, повернутого против хода часовой стрелки на 90°, горизонтальная часть этого стержня в точке, делящей ее длину в соотношении 2/3, связана с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены 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 от линейных размеров стержней.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у стержней составной конструкции можно было изменять длину стержней и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований.

Технический результат достигается тем, что в составной конструкции прибора для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и шарнирно-подвижной опоры, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, вертикальная часть которого нижним концом жестко заделана в горизонтальную станину и образует с ней угол 90°, а правая часть состоит из Г-образного стержня, повернутого против хода часовой стрелки на 90°, причем горизонтальная часть этого стержня в точке, делящей ее длину в соотношении 2/3, связана с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, согласно предлагаемой полезной модели, вертикальные и горизонтальные части стержней левой и правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, а наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными против хода часовой стрелки.

Такое исполнение составной конструкции позволило изменять размеры стержней и проводить учебные исследования обучающихся 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 СВ частей, связанных между собой вращательным шарниром С. Левая часть состоит из Г-образного стержня, вертикальная часть которого нижним концом в точке А жестко заделана в горизонтальную станину 1 и образует с ней угол 90°. Правая часть состоит из Г-образного стержня, повернутого против хода часовой стрелки на 90°. Горизонтальная часть этого стержня в точке В, делящей ее длину в соотношении 2/3, связана с шарнирно-подвижной опорой 2, катки которой расположены на горизонтальной плоскости. Вертикальные и горизонтальные части стержней АС левой и правой СВ частей конструкции выполнены телескопическими, а наружные стержни каждого телескопического соединения, например, наружный стержень 3 телескопического соединения, расположенного правее буквы В, выполнены с клеммами на концах, в нашем случае клемма 4, направленными на всех частях стержней против хода часовой стрелки.

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 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 (АС и СВ) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного правее точки В, то будет увеличиваться расстояние точки приложения силы P₁ от опоры В. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P₁ до точки А, относительно которой при решении задачи необходимо составлять уравнение равновесия моментов сил, приложенных ко всей конструкции (). Увеличение 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 прибора для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и шарнирно-подвижной опоры, состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, вертикальная часть которого нижним концом жестко заделана в горизонтальную станину и образует с ней угол 90°, а правая часть состоит из Г-образного стержня, повернутого против хода часовой стрелки на 90°, причем горизонтальная часть этого стержня в точке, делящей ее длину в соотношении 2/3, связана с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, отличающаяся тем, что вертикальные и горизонтальные части стержней левой и правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, а наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными против хода часовой стрелки.