Составная конструкция учебной модели 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 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 стержни и их части выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленных на вертикальных участках вниз, на горизонтальных - вправо, а верхняя жесткая заделка стержня правой части выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной 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.30), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из Т-образного стержня, у которого правый участок горизонтальной части в два раза длиннее левого, из конца левого участка исходит вверх вертикальный отвод, нижняя вертикальная часть стержня связана с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, правая часть состоит из вертикального стержня, верхний конец которого жестко заделан в станину.

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 учебной модели 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 Т-образного стержня, у которого правый участок горизонтальной части в два раза длиннее левого участка, причем из конца левого участка горизонтальной части Т-образного стержня исходит вверх вертикальный отвод, а нижняя вертикальная часть Т-образного стержня связана с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, правая часть составной конструкции состоит из вертикального стержня, верхний конец которого жестко заделан в станину, согласно предлагаемой полезной модели, левый и правый участки горизонтальной части Т-образного стержня, верхний вертикальный отвод и нижняя вертикальная часть Т-образного стержня левой части составной конструкции, а также вертикальный стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые на верхнем вертикальном отводе и нижней вертикальной части Т-образного стержня левой части составной конструкции, а также на вертикальном стержне правой части составной конструкции направлены вниз, а на горизонтальных участках Т-образного стержня направлены вправо, причем верхняя жесткая заделка вертикального стержня правой части составной конструкции выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной 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 АС и правой СВ частей, связанных между собой в точке С внутренним вращательным шарниром. Левая часть состоит из Т-образного стержня, у которого правый участок горизонтальной части в два раза длиннее левого. Из конца левого участка исходит вверх вертикальный отвод, нижняя вертикальная часть стержня в точке А связана с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости. Правая часть состоит из вертикального стержня СВ, верхний конец которого в точке В жестко заделан в станину. Стержни АС и СВ и их части выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, например, внешний стержень 1 и клемма 2. Клеммы направлены на вертикальных участках стержней вниз, на горизонтальных - вправо. Верхняя жесткая заделка стержня СВ правой части выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной плоскости 3 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 .

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 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 левее точки С, то будет увеличиваться расстояние от точки приложения силы Р₂ до жесткой заделки В. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы Р₂ до точки В. 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 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 учебной модели 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 Т-образного стержня, у которого правый участок горизонтальной части в два раза длиннее левого участка, причем из конца левого участка горизонтальной части Т-образного стержня исходит вверх вертикальный отвод, а нижняя вертикальная часть Т-образного стержня связана с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, правая часть составной конструкции состоит из вертикального стержня, верхний конец которого жестко заделан в станину, отличающаяся тем, что левый и правый участки горизонтальной части Т-образного стержня, верхний вертикальный отвод и нижняя вертикальная часть Т-образного стержня левой части составной конструкции, а также вертикальный стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые на верхнем вертикальном отводе и нижней вертикальной части Т-образного стержня левой части составной конструкции, а также на вертикальном стержне правой части составной конструкции направлены вниз, а на горизонтальных участках Т-образного стержня направлены вправо, причем верхняя жесткая заделка вертикального стержня правой части составной конструкции выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной плоскости и жесткого закрепления к ней.