Составная конструкция устройства с тремя шарнирно-подвижными опорами и двумя невесомыми стержнями
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 тремя шарнирно-подвижными опорами и двумя невесомыми стержнями, состоящая из левой, правой и нижней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из стержня с вертикальной частью и горизонтальной частью, начинающейся сверху на одной трети его высоты и направленной в правую сторону, причем верхний конец вертикальной части стержня связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на вертикальной площадке, а нижний конец вертикальной части стержня связан с первым и вторым невесомыми стержнями, правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг вертикальной его части, нижний конец которой связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, а нижняя часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 90° против хода часовой стрелки, горизонтальная часть которого связана с третьей шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке (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.6).
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 шарнирно-подвижными опорами и двумя невесомыми стержнями, состоящей из левой, правой и нижней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из стержня с вертикальной частью и горизонтальной частью, начинающейся сверху на одной трети его высоты и направленной в правую сторону, причем верхний конец вертикальной части стержня связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на вертикальной площадке, а нижний конец вертикальной части стержня связан с первым и вторым невесомыми стержнями, правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг вертикальной его части, нижний конец которой связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, а нижняя часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 90° против хода часовой стрелки, горизонтальная часть которого связана с третьей шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, согласно заявляемой полезной модели, все стержни левой, правой и нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях всех стержней влево, а на вертикальных частях всех стержней - вниз, при этом площадка, на которой расположены катки, соответственно первой, второй и третьей шарнирно-подвижных опор, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, соответственно первой, второй и третьей шарнирно-подвижных опор, и жесткого закрепления, причем вертикальная направляющая, соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей, соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор, 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 AED, правой DB, и нижней DC частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром D.
Левая часть составной конструкции состоит из стержня с вертикальной частью и горизонтальной частью, начинающейся сверху на одной трети его высоты и направленной в правую сторону. Верхний конец вертикальной части стержня связан с первой шарнирно-подвижной опорой 1, катки которой расположены на вертикальной площадке. Нижний конец вертикальной части стержня связан с первым 2 и вторым 3 невесомыми стержнями.
Правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг вертикальной его части, нижний конец которой связан с второй шарнирно-подвижной опорой 4, катки которой расположены на горизонтальной площадке.
Нижняя часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 90° против хода часовой стрелки, горизонтальная часть которого связана с третьей шарнирно-подвижной опорой 5, катки которой расположены на горизонтальной площадке.
Все стержни левой, правой и нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими.
Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах (например, наружный стержень 6 правой части составной конструкции; для приведенного примера - клемма 7), направленными на горизонтальных частях всех стержней влево, а на вертикальных частях всех стержней - вниз.
Площадки, на которых расположены катки шарнирно-подвижных опор 1, 4 и 5 выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих 8, 9 и 10, соответственно первой, второй и третьей шарнирно-подвижных опор, и жесткого закрепления к ним. Вертикальные направляющие 9 и 10 горизонтальных площадок второй 4 и третьей 5 шарнирно-подвижных опор выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальных направляющих 11 и 12, соответственно второй 4 и третьей 5 шарнирно-подвижных опор, 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.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.
Составная конструкция устройства с тремя шарнирно-подвижными опорами и двумя невесомыми стержнями, состоящая из левой, правой и нижней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из стержня с вертикальной частью и горизонтальной частью, начинающейся сверху на одной трети его высоты и направленной в правую сторону, причем верхний конец вертикальной части стержня связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на вертикальной площадке, а нижний конец вертикальной части стержня связан с первым и вторым невесомыми стержнями, правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг вертикальной его части, нижний конец которой связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, а нижняя часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 90° против хода часовой стрелки, горизонтальная часть которого связана с третьей шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, отличающаяся тем, что все стержни левой, правой и нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях всех стержней влево, а на вертикальных частях всех стержней - вниз, при этом площадка, на которой расположены катки, соответственно первой, второй и третьей шарнирно-подвижных опор, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, соответственно первой, второй и третьей шарнирно-подвижных опор, и жесткого закрепления, причем вертикальная направляющая, соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей, соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор, и жесткого закрепления.
