Составная конструкция устройства с неподвижным вращательным шарниром, двумя шарнирно-подвижными опорами и невесомым стержнем
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть использована 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 устройства с неподвижным вращательным шарниром, двумя шарнирно-подвижными опорами и невесомым стержнем с приложенными 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.4), состоящая из левой, правой и верхней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого шарнирно связан с невесомым стержнем, нижний шарнир которого расположен на горизонтальной площадке, а верхняя часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, вертикальная часть которого верхним концом связана с неподвижным вращательным шарниром, причем правый конец горизонтальной его части связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке.
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 неподвижным вращательным шарниром, двумя шарнирно-подвижными опорами и невесомым стержнем, состоящей из левой, правой и верхней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого шарнирно связан с невесомым стержнем, нижний шарнир которого расположен на горизонтальной площадке, а верхняя часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, вертикальная часть которого верхним концом связана с неподвижным вращательным шарниром, причем правый конец горизонтальной его части связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, согласно заявляемой полезной модели, все стержни левой, правой и верхней частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных стержнях и горизонтальной части Г-образного стержня вправо, а на вертикальной части Г-образного стержня - вниз, причем горизонтальная площадка первой шарнирно-подвижной опоры и горизонтальная площадка невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль, соответственно, вертикальной направляющей первой шарнирно-подвижной опоры и вертикальной направляющей невесомого стержня, и жесткого закрепления, а вертикальная направляющая первой шарнирно-подвижной опоры и вертикальная направляющая невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль, соответственно, горизонтальной направляющей первой шарнирно-подвижной опоры и горизонтальной направляющей невесомого стержня, 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 устройства с неподвижным вращательным шарниром, двумя шарнирно-подвижными опорами и невесомым стержнем с приложенными внешними силами и моментами состоит из левой BD, правой DC и верхней DAE частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром D.
Левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого в точке B связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке 1.
Правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого в точке C шарнирно связан с невесомым стержнем, нижний шарнир которого расположен на горизонтальной площадке 2.
Верхняя часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, вертикальная часть которого верхним концом связана с неподвижным вращательным шарниром. Правый конец горизонтальной части Г-образного стержня связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке.
Все стержни левой, правой и верхней частей составной конструкции выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах (например, наружный стержень 3 телескопического соединения правой части составной конструкции; для приведенного примера - клемма 4), направленными на горизонтальных стержнях и горизонтальной части Г-образного стержня вправо, а на вертикальной части Г-образного стержня - вниз. Горизонтальные площадки 1 и 2, соответственно, первой шарнирно-подвижной опоры и невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих 5 и 6, соответственно, первой шарнирно-подвижной опоры и невесомого стержня, и жесткого закрепления. Вертикальные направляющие 5 и 6 сами выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальных направляющих 7 и 8, соответственно, первой шарнирно-подвижной опоры и невесомого стержня, и жесткого закрепления.
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 (
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 неподвижным вращательным шарниром, двумя шарнирно-подвижными опорами и невесомым стержнем, состоящая из левой, правой и верхней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого шарнирно связан с невесомым стержнем, нижний шарнир которого расположен на горизонтальной площадке, а верхняя часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, вертикальная часть которого верхним концом связана с неподвижным вращательным шарниром, причем правый конец горизонтальной его части связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, отличающаяся тем, что все стержни левой, правой и верхней частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных стержнях и горизонтальной части Г-образного стержня вправо, а на вертикальной части Г-образного стержня - вниз, причем горизонтальная площадка первой шарнирно-подвижной опоры и горизонтальная площадка невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль, соответственно, вертикальной направляющей первой шарнирно-подвижной опоры и вертикальной направляющей невесомого стержня и жесткого закрепления, а вертикальная направляющая первой шарнирно-подвижной опоры и вертикальная направляющая невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответственно горизонтальной направляющей первой шарнирно-подвижной опоры и горизонтальной направляющей невесомого стержня и жесткого закрепления.
