Составная конструкция лабораторного стенда 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 оба стержня конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни обоих телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые направлены против хода часовой стрелки, а неподвижная часть станины правой части выполнена в виде стержня с возможностью перемещения его вдоль самого себя в направляющих промежуточной прямоугольной рамки и жесткого закрепления к ней в нужном положении, прямоугольная рамка сама выполнена с возможностью перемещения вдоль направляющих станины, параллельных наклонному стержню, 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.16), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, левая часть состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на горизонтальной плоскости, правая часть состоит из ломаного стержня, вертикальная часть которого идет вверх от внутреннего шарнира, а конец наклонной части с уклоном вверх жестко заделан в станину, поверхность которой перпендикулярна заделанному 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 лабораторного стенда для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и шарнирно-подвижной опоры, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на горизонтальной плоскости, а правая часть составной конструкции состоит из ломаного стержня, вертикальная часть которого идет вверх от внутреннего шарнира, причем конец наклонной части ломаного стержня с уклоном вверх жестко заделан в станину, поверхность которой перпендикулярна заделанному стержню, согласно предлагаемой полезной модели, горизонтальный стержень левой части составной конструкции, а также вертикальная и наклонная части ломаного стержня правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые на горизонтальном стержне и наклонной части ломаного стержня направлены по ходу часовой стрелки, а на вертикальной части ломаного стержня направлены вниз, причем неподвижная часть станины правой части составной конструкции выполнена в виде стержня с возможностью его перемещения вдоль самого себя в направляющих промежуточной прямоугольной рамки и жесткого закрепления к ней, а сама промежуточная прямоугольная рамка выполнена с возможностью перемещения вдоль направляющих станины, параллельных наклонной части ломаного стержня, и жесткого 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 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 внутренним вращательным шарниром С. Левая часть АС состоит из горизонтального стержня. Левый конец этого стержня связан с шарнирно-подвижной опорой 1 с катками, находящимися на горизонтальной плоскости. Правая часть состоит из ломаного стержня, вертикальная часть которого идет вверх от внутреннего шарнира, а конец наклонной части с уклоном вверх жестко заделан в станину. Поверхность станины перпендикулярна заделанному стержню. Все стержни и их части выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, например, внешний стержень 2 с клеммой 3, направленными против хода часовой стрелки. Неподвижная часть станины правой части выполнена в виде стержня 4 с возможностью перемещения его вдоль самого себя в направляющих промежуточной прямоугольной рамки 5 и жесткого закрепления к ней в нужном положении. Прямоугольная рамка сама выполнена с возможностью перемещения вдоль направляющих 6 станины, параллельных наклонному стержню, 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 (F_kx=0, =F_ky=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 (F_kx=0, =F_ky=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 (AC и CB) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного левее точки C, то будет увеличиваться расстояние точки приложения силы P₁ до шарнира C. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P₁ до точки C. Одновременно будет изменяться размер плеча силы P₁ относительно точки B, 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 лабораторного стенда для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и шарнирно-подвижной опоры, состоящая из левой и правой частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на горизонтальной плоскости, а правая часть составной конструкции состоит из ломаного стержня, вертикальная часть которого идет вверх от внутреннего шарнира, причем конец наклонной части ломаного стержня с уклоном вверх жестко заделан в станину, поверхность которой перпендикулярна заделанному стержню, отличающаяся тем, что горизонтальный стержень левой части составной конструкции, а также вертикальная и наклонная части ломаного стержня правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые на горизонтальном стержне и наклонной части ломаного стержня направлены по ходу часовой стрелки, а на вертикальной части ломаного стержня направлены вниз, причем неподвижная часть станины правой части составной конструкции выполнена в виде стержня с возможностью его перемещения вдоль самого себя в направляющих промежуточной прямоугольной рамки и жесткого закрепления к ней, а сама промежуточная прямоугольная рамка выполнена с возможностью перемещения вдоль направляющих станины, параллельных наклонной части ломаного стержня, и жесткого закрепления к ним.