Составная конструкция устройства с двумя шарнирно-подвижными опорами, невесомым стержнем и скользящим соединением
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической 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 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.29, рис.25, вар. 2), состоящая из левой, правой и нижней частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня со скользящим соединением посередине, левый конец которого связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на вертикальной площадке, правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, правый конец горизонтальной части которого связан со второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, а нижняя часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого против хода часовой стрелки на 180°, левый конец горизонтальной части которого связан с вертикальным невесомым стержнем.
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 с двумя шарнирно-подвижными опорами, невесомым стержнем и скользящим соединением, состоящей из левой, правой и нижней частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня со скользящим соединением посередине, левый конец которого связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на вертикальной площадке, правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, правый конец горизонтальной части которого связан со второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, а нижняя часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого против хода часовой стрелки на 180°, левый конец горизонтальной части которого связан с вертикальным невесомым стержнем, согласно заявляемой полезной модели, все стержни левой, правой и нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях стержней вправо, а на вертикальных частях стержней - вниз, причем вертикальная площадка первой шарнирно-подвижной опоры и горизонтальная площадка невесомого стержня, выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей, соответственно, первой шарнирно-подвижной опоры и невесомого стержня, и жесткого закрепления к ней, а горизонтальная площадка второй шарнирно-подвижной опоры, выполнена с возможностью перемещения вдоль ее вертикальной направляющей, которая сама выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей второй шарнирно-подвижной опоры и жесткого закрепления к ней, скользящее соединение выполнено с возможностью перемещения вдоль его вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, а сама вертикальная направляющая скользящего соединения выполнена с возможностью перемещения вдоль его горизонтальной направляющей 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.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена схема предлагаемой составной конструкции.
Составная конструкция с приложенными к ней внешними силами и моментами состоит из левой EAD, правой DB и нижней DC частей, связанных между собой вращательным шарниром D.
Левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня со скользящим соединением A посередине, левый конец которого в точке E связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на вертикальной площадке 3.
Правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, правый конец горизонтальной части которого в точке B связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке 7.
Нижняя часть состоит из Г-образного стержня, повернутого против хода часовой стрелки на 180°, левый конец горизонтальной части которого в точке C связан с вертикальным невесомым стержнем.
Все стержни левой, правой и нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения, например, стержень 1 горизонтальной части Г-образного стержня нижней части составной конструкции, выполнены с клеммами на концах. Для приведенного примера - клемма 2.
Клеммы направлены на горизонтальных частях стержней вправо, а на вертикальных частях стержней - вниз.
Вертикальная площадка 3 первой шарнирно-подвижной опоры выполнена с возможностью перемещения вдоль ее горизонтальной направляющей 5, и жесткого закрепления к ней, а горизонтальная площадка 4 невесомого стержня выполнена с возможностью перемещения вдоль его горизонтальной направляющей 6, и жесткого закрепления к ней.
Горизонтальная площадка 7 второй шарнирно-подвижной опоры выполнена с возможностью перемещения вдоль ее вертикальной направляющей 8, которая сама выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 9 второй шарнирно-подвижной опоры и жесткого закрепления к ней.
Скользящее соединение A выполнено с возможностью перемещения вдоль его вертикальной направляющей 10 и жесткого закрепления к ней, а сама вертикальная направляющая 10 выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 11 скользящего соединения и жесткого закрепления к ней.
Составная конструкция работает следующим образом.
У прототипа стержни неизменяемых размеров. У предлагаемой 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 (
Fkx=0, Fky=0, 
. 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.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.
Составная конструкция устройства с двумя шарнирно-подвижными опорами, невесомым стержнем и скользящим соединением, состоящая из левой, правой и нижней частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня со скользящим соединением посередине, левый конец которого связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на вертикальной площадке, правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, правый конец горизонтальной части которого связан со второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, а нижняя часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого против хода часовой стрелки на 180°, левый конец горизонтальной части которого связан с вертикальным невесомым стержнем, отличающаяся тем, что все стержни левой, правой и нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях стержней вправо, а на вертикальных частях стержней - вниз, причем вертикальная площадка первой шарнирно-подвижной опоры и горизонтальная площадка невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей, соответственно, первой шарнирно-подвижной опоры и невесомого стержня, и жесткого закрепления к ней, а горизонтальная площадка второй шарнирно-подвижной опоры выполнена с возможностью перемещения вдоль ее вертикальной направляющей, которая сама выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей второй шарнирно-подвижной опоры и жесткого закрепления к ней, скользящее соединение выполнено с возможностью перемещения вдоль его вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, а сама вертикальная направляющая скользящего соединения выполнена с возможностью перемещения вдоль его горизонтальной направляющей и жесткого закрепления к ней.
