Составная конструкция 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 вертикальном - вниз, а горизонтальный участок станины под верхней шарнирно-подвижной опорой выполнен с возможностью перемещения вдоль вертикальных неподвижных направляющих и жесткого закрепления к ним 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. 7), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой и левой части со станиной вращательными шарнирами, при этом левая часть состоит из стульчикообразного стержня, наибольшая часть которого расположена горизонтально и связана своей правой стороной с шарнирно-подвижной опорой с катками, расположенными на горизонтальной плоскости, из середины этой части исходит вертикальная его часть до внутреннего шарнира, к которой на 2/3 ее высоты закреплена еще одна горизонтальная стульчикообразующая часть, идущая влево, правая часть конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого связан с другой такой же шарнирно-подвижной опорой.

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 стенда для определения сил взаимодействия и реакций трех опор, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой и левой части со станиной вращательными шарнирами, при этом левая часть состоит из стульчикообразного стержня, наибольшая часть которого расположена горизонтально и связана своей правой стороной с шарнирно-подвижной опорой с катками, расположенными на горизонтальной плоскости, из середины этой части исходит вертикальная его часть до внутреннего шарнира, к которой на 2/3 ее высоты закреплена горизонтальная стульчикообразующая часть, идущая влево, а правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого связан с другой шарнирно-подвижной опорой, согласно предлагаемой полезной модели, все части стержней левой и правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных стержнях влево, на вертикальном - вниз, а горизонтальный участок станины под верхней шарнирно-подвижной опорой выполнен с возможностью перемещения вдоль вертикальных неподвижных направляющих и жесткого его закрепления к ним.

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 АВС и правой CD частей, связанных между собой вращательным шарниром С. Левая часть состоит из стульчикообразного стержня, наибольшая часть АВ которого расположена горизонтально и связана своей правой стороной с шарнирно-подвижной опорой 1 с катками, расположенными на горизонтальной плоскости. Из середины этой части исходит вертикальная его часть 2 до внутреннего шарнира, к которой на 2/3 ее высоты закреплена еще одна горизонтальная стульчикообразующая часть 3, идущая влево. Правая часть конструкции состоит из горизонтального стержня CD, правый конец которого в точке D связан с другой такой же шарнирно-подвижной опорой. Все части стержней левой и правой частей конструкции выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений, например, стержень 4, снабжены клеммами на концах, для нашего примера клемма 5, направленными на горизонтальных стержнях влево, на вертикальном - вниз. Горизонтальный участок станины под верхней шарнирно-подвижной опорой 6 выполнен с возможностью перемещения вдоль вертикальных неподвижных направляющих 7 и жесткого закрепления к ним 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 .

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 (АВС и CD) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного левее точки В, то будет увеличиваться расстояние точки приложения силы P₂ от опоры А. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы Р₂ до точки А, 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 стенда для определения сил взаимодействия и реакций трех опор, состоящая из левой и правой частей, связанных между собой и левой части со станиной вращательными шарнирами, при этом левая часть состоит из стульчикообразного стержня, наибольшая часть которого расположена горизонтально и связана своей правой стороной с шарнирно-подвижной опорой с катками, расположенными на горизонтальной плоскости, из середины этой части исходит вертикальная его часть до внутреннего шарнира, к которой на 2/3 ее высоты закреплена горизонтальная стульчикообразующая часть, идущая влево, а правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого связан с другой шарнирно-подвижной опорой, отличающаяся тем, что все части стержней левой и правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных стержнях влево, на вертикальном - вниз, а горизонтальный участок станины под верхней шарнирно-подвижной опорой выполнен с возможностью перемещения вдоль вертикальных неподвижных направляющих и жесткого его закрепления к ним.