Составная конструкция модели 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 вертикальные части Ч-образного стержня левой части составной конструкции, горизонтальная часть Ч-образного стержня и наклонный стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые у внешних стержней телескопических соединений вертикальных частей Ч-образного стержня левой части составной конструкции и наклонного стержня правой части составной конструкции направлены вниз, а у горизонтальной части Ч-образного стержня 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 предназначена для применения 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 технич. вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр.23, рис.17, вар. 10), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из Ч-образного стержня, повернутого вокруг вертикали на 180°, правая - из наклонного стержня с уклоном вниз, его нижний конец связан 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 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 размеры и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований.

Технический результат достигается тем, что в составной конструкция модели для определения сил взаимодействия и реакции 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 Ч-образного стержня, повернутого вокруг вертикали на 180°, а правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с уклоном вниз, причем его нижний конец связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, согласно предлагаемой полезной модели, вертикальные части Ч-образного стержня левой части составной конструкции, горизонтальная часть Ч-образного стержня и наклонный стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые у внешних стержней телескопических соединений вертикальных частей Ч-образного стержня левой части составной конструкции и наклонного стержня правой части составной конструкции направлены вниз, а у горизонтальной части Ч-образного стержня клемма направлена влево.

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. Левая часть состоит из Ч-образного стержня, повернутого вокруг вертикали на 180°. Правая - из наклонного стержня с уклоном вниз, его нижний конец связан с шарнирно-подвижной опорой 1, катки которой расположены на горизонтальной плоскости. Все части стержней левой и правой частей конструкции выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах (например, у телескопического соединения наклонного стержня внешний стержень 2 с клеммой 3 у телескопического соединения наклонного стержня правой части составной конструкции), которые у внешних стержней телескопических соединений вертикальных частей Ч-образного стержня левой части составной конструкции и наклонного стержня правой части составной конструкции направлены вниз, а у горизонтальной части Ч-образного стержня клемма направлена влево.

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 (F_kx=0, =F_ky=0, ).

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 (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 (АС и СВ) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного левее точки B, то будет сохраняться расстояние точки приложения силы P₁ от опоры B, но будет изменяться плечо этой силы относительно точки A. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения плеча силы P₁ относительно точки A, 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, экспериментально определять реакции опор 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 модели для определения сил взаимодействия и реакции 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 Ч-образного стержня, повернутого вокруг вертикали на 180°, а правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с уклоном вниз, причем его нижний конец связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, отличающаяся тем, что вертикальные части Ч-образного стержня левой части составной конструкции, горизонтальная часть Ч-образного стержня и наклонный стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые у внешних стержней телескопических соединений вертикальных частей Ч-образного стержня левой части составной конструкции и наклонного стержня правой части составной конструкции направлены вниз, а у горизонтальной части Ч-образного стержня клемма направлена влево.