Составная конструкция устройства с тремя невесомыми стержнями и скользящим соединением

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть использована в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.

Известная составная конструкция состоит из стержней неизменяемых размеров. Это мешает организовать учебно-исследовательскую работу студентам по выявлению зависимостей величин реакций связей и сил взаимодействия частей конструкции от размеров стержней.

У предложенной составной конструкции стержни выполнены телескопическими с соответствующими перемещениями опор. Это позволило организовать учебно-исследовательскую работу студентам по выявлению зависимостей величин реакций связей и сил взаимодействия частей конструкции от размеров стержней. 1 ил.

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть использована в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.

Известна составная конструкция устройства с тремя невесомыми стержнями и скользящим соединением, состоящая из левой, правой и верхней частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого шарнирно связан с первым невесомым стержнем, направленным вверх, правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого шарнирно связан с вторым невесомым стержнем, направленным вверх, а верхняя часть составной конструкции состоит из вертикального стержня, со скользящим соединением вверху, который шарнирно связан с третьим невесомым стержнем, направленным под углом 60° к вертикали (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр.29, рис.25, вар.3).

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 конструкции устройства с тремя невесомыми стержнями и скользящим соединением, состоящей из левой, правой и верхней частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого шарнирно связан с первым невесомым стержнем, направленным вверх, правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого шарнирно связан с вторым невесомым стержнем, направленным вверх, а верхняя часть составной конструкции состоит из вертикального стержня, со скользящим соединением вверху, который шарнирно связан с третьим невесомым стержнем, направленным под углом 60° к вертикали, согласно заявляемой полезной модели, все стержни левой, правой и верхней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных стержнях влево, а на вертикальном стержне - вверх, при этом верхний шарнир, соответственно первого, второго и третьего невесомых стержней, выполнен с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, соответственно первого, второго и третьего невесомых стержней, и жесткого закрепления, причем вертикальная направляющая, соответственно первого и второго невесомых стержней, сама выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей, соответственно первого и второго невесомых стержней, и жесткого закрепления.

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.

На фиг. представлена схема составной конструкции.

Составная конструкция, с приложенными к ней внешними силами и моментами, состоит из левой CD, правой DB и верхней DE частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром D.

Левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого в точке C шарнирно связан с первым невесомым стержнем, направленным вверх.

Правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого в точке B шарнирно связан с вторым невесомым стержнем, направленным вверх.

Верхняя часть составной конструкции состоит из вертикального стержня со скользящим соединением A вверху. Вертикальный стержень в точке Е шарнирно связан с третьим невесомым стержнем, направленным под углом 60° к вертикали

Все стержни левой, правой и верхней частей составной конструкции выполнены телескопическими.

Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах (например, наружный стержень 1 телескопического соединения правой части составной конструкции; для приведенного примера - клемма 2), направленными на горизонтальных стержнях влево, а на вертикальном стержне - вверх.

Верхние шарниры 5, 4 и 3, соответственно первого, второго и третьего невесомых стержней, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих 8, 7 и 6, соответственно первого, второго и третьего невесомых стержней, и жесткого закрепления к ним.

Вертикальные направляющие 8 и 7, соответственно первого и второго невесомых стержней, сами выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальных направляющих 10 и 9, соответственно первого и второго невесомых стержней, и жесткого закрепления к ним.

Составная конструкция работает следующим образом.

У прототипа стержни неизменяемых размеров. У предложенной составной конструкции стержни выполнены телескопическими с клеммами на концах. Это позволяет изменять длины стержней и закреплять их размеры с помощью клемм. Можно изменять длину любого стержня или всех сразу, или в любом другом сочетании и определять реакции опор и силы взаимодействия частей составной конструкции. Изменяя длины стержней ступенчато и определяя каждый раз реакции опор и силы взаимодействия частей составной конструкции, можно получать зависимости реакций опор и сил взаимодействия от размеров стержней. К составной конструкции приложена плоская произвольная система сил. При решении задачи 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 .

Общая методика решения подобных задач приведена в пособии, представленном выше (стр.1, абзац 2).

Предлагаемая составная конструкция позволяет, при наличии соответствующих датчиков, экспериментально определять реакции опор и сравнивать результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Решение задач с изменяемыми размерами стержней внедрено в учебный процесс студентов первого курса ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет». Студенты уже с первого курса начинают выполнять учебно-исследовательскую работу. Это, несомненно, повышает качество обучения студентов.

Составная конструкция устройства с тремя невесомыми стержнями и скользящим соединением, состоящая из левой, правой и верхней частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого шарнирно связан с первым невесомым стержнем, направленным вверх, правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого шарнирно связан с вторым невесомым стержнем, направленным вверх, а верхняя часть составной конструкции состоит из вертикального стержня, со скользящим соединением вверху, который шарнирно связан с третьим невесомым стержнем, направленным под углом 60° к вертикали, отличающаяся тем, что все стержни левой, правой и верхней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных стержнях влево, а на вертикальном стержне - вверх, при этом верхний шарнир, соответственно первого, второго и третьего невесомых стержней, выполнен с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, соответственно первого, второго и третьего невесомых стержней, и жесткого закрепления, причем вертикальная направляющая, соответственно первого и второго невесомых стержней, сама выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей, соответственно первого и второго невесомых стержней, и жесткого закрепления.