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

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. Внешние стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными, на вертикальных частях стержней вниз, у левой горизонтальной части Т-образного стержня левой части составной конструкции и горизонтального стержня правой части составной конструкции направлены вправо, а у правой горизонтальной части Т-образного стержня левой части составной конструкции клемма направлена влево. 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.6), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из Т-образного стержня, вертикальная часть которого жестко заделана в горизонтальную станину, а правая горизонтальная его часть имеет вертикальную отводку, правая часть конструкции состоит из горизонтального стержня, исходящего из внутреннего шарнира и опирающегося правым своим концом на шарнирно-подвижную опору, катки которой находятся на наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол 45°.

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 их длину и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований.

Технический результат достигается тем, что в составной конструкции стенда 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, вертикальная часть которого жестко заделана в горизонтальную станину, а его правая горизонтальная часть имеет вертикальную отводку, правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, исходящего из внутреннего шарнира и опирающегося своим правым концом на шарнирно-подвижную опору, катки которой находятся на наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол 45°, согласно предлагаемой полезной модели, все части Т-образного стержня левой части составной конструкции и горизонтальный стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, которые у вертикальной части и вертикальной отводки Т-образного стержня левой части составной конструкции направлены вниз, у левой горизонтальной части Т-образного стержня левой части составной конструкции и горизонтального стержня правой части составной конструкции направлены вправо, а у правой горизонтальной части Т-образного стержня левой части составной конструкции клемма направлена влево, причем наклонная плоскость правой части составной конструкции выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной 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.

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 Т-образного стержня, вертикальная часть которого жестко заделана в горизонтальную станину. Правая горизонтальная его часть имеет вертикальную отводку. Правая часть конструкции состоит из горизонтального стержня СВ, исходящего из внутреннего шарнира С и опирающегося правым своим концом на шарнирно-подвижную опору 1, катки которой находятся на наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол 45. Все части стержня АС левой части конструкции и горизонтальный стержень правой части выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, например, внешний стержень 2 и клемма 3, которые направлены у вертикальных стержней вниз, у левой горизонтальной части Т-образного стержня левой части составной конструкции и горизонтального стержня правой части составной конструкции направлены вправо, а у правой горизонтальной части Т-образного стержня левой части составной конструкции клемма направлена влево, причем наклонная плоскость 4 правой части выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости 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 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 левее точки В, то будет увеличиваться расстояние точки приложения силы Р₂ 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 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, вертикальная часть которого жестко заделана в горизонтальную станину, а его правая горизонтальная часть имеет вертикальную отводку, правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, исходящего из внутреннего шарнира и опирающегося своим правым концом на шарнирно-подвижную опору, катки которой находятся на наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол 45°, отличающаяся тем, что все части Т-образного стержня левой части составной конструкции и горизонтальный стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, которые у вертикальной части и вертикальной отводки Т-образного стержня левой части составной конструкции направлены вниз, у левой горизонтальной части Т-образного стержня левой части составной конструкции и горизонтального стержня правой части составной конструкции направлены вправо, а у правой горизонтальной части Т-образного стержня левой части составной конструкции клемма направлена влево, причем наклонная плоскость правой части составной конструкции выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого закрепления к ней.