Составная конструкция лабораторной установки 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 горизонтальная и вертикальная части стержня левой части и такие же части стержня правой части выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях стержней вправо, на вертикальных - вниз, а жесткая заделка стержня левой части выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной плоскости и жесткого соединения с 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.24), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг его вертикальной части, левый конец горизонтальной части стержня жестко заделан в станину, правая часть состоит из Т-образного стержня с асимметричной горизонтальной частью, повернутого на 90° по ходу часовой стрелки, правая большая ее часть связана 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 длину и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований.

Технический результат достигается тем, что в составной конструкции лабораторной установки для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделай и шарнирно-подвижной опоры, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг его вертикальной части, причем левый конец горизонтальной части повернутого на 180° Г-образного стержня жестко заделан в станину, а правая часть составной конструкции состоит из повернутого на 90° по ходу часовой стрелки Т-образного стержня с асимметричной горизонтальной частью, причем правая большая ее часть связана с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, согласно предлагаемой полезной модели, горизонтальная и вертикальная части Г-образного стержня левой части составной конструкции, а также горизонтальная и вертикальная части Т-образного стержня правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые на горизонтальных частях Г-образного и Т-образного стержней направлены вправо, на вертикальных частях Г-образного и Т-образного стержней направлены вниз, причем жесткая заделка Г-образного стержня левой части составной конструкции выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной плоскости и жесткого соединения с 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 вращательным шарниром. Левая часть состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг его вертикальной части. Левый конец горизонтальной части стержня в точке А жестко заделан в станину. Правая часть состоит из повернутого на 90° по ходу часовой стрелки Т-образного стержня с асимметричной горизонтальной частью. Правая большая ее часть в точке В связана с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости. Горизонтальная и вертикальная части стержня левой части и такие же части стержня правой части выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, например, внешний стержень 1 и клемма 2. Клеммы направлены на горизонтальных частях стержней вправо, на вертикальных - вниз. Жесткая заделка стержня левой части в точке А выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной плоскости и жесткого соединения с 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 правее точки А, то будет увеличиваться расстояние от точки приложения силы P₁ до заделки А. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P₁ до точки А. Одновременно будет изменяться размер плеча силы P₁ относительно 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 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 лабораторной установки 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 Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг его вертикальной части, причем левый конец горизонтальной части повернутого на 180° Г-образного стержня жестко заделан в станину, а правая часть составной конструкции состоит из повернутого на 90° по ходу часовой стрелки Т-образного стержня с асимметричной горизонтальной частью, причем правая большая ее часть связана с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, отличающаяся тем, что горизонтальная и вертикальная части Г-образного стержня левой части составной конструкции, а также горизонтальная и вертикальная части Т-образного стержня правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, которые на горизонтальных частях Г-образного и Т-образного стержней направлены вправо, на вертикальных частях Г-образного и Т-образного стержней направлены вниз, причем жесткая заделка Г-образного стержня левой части составной конструкции выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной плоскости и жесткого соединения с ней.