Составная конструкция устройства с неподвижным вращательным шарниром, шарнирно-подвижной опорой, невесомым стержнем и двумя скользящими соединениями

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 применена в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ.

Известна составная конструкция устройства с неподвижным вращательным шарниром, шарнирно-подвижной опорой, невесомым стержнем и двумя скользящими соединениями, состоящая из верхней, левой и правой частей, связанных между собой первым скользящим соединением, при этом верхняя часть составной конструкции состоит из вертикального стержня с горизонтальным боковым ответвлением, направленным в левую сторону, причем нижний конец нижней части вертикального стержня жестко связан с горизонтально расположенным первым скользящим соединением, верхний конец верхней части вертикального стержня связан с вертикально расположенным вторым скользящим соединением, имеющим направляющую горизонтального штока, а стержень горизонтального бокового ответвления левым концом связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей наклонной площадке с правым уклоном, направленной под углом 30° к горизонту, левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем левый конец горизонтального стержня связан с неподвижным вращательным шарниром, правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° по ходу часовой стрелки, причем верхний конец вертикальной части Г-образного стержня связан с горизонтальным невесомым стержнем, направленным вправо и расположенным на соответствующей вертикальной 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.20).

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 неподвижным вращательным шарниром, шарнирно-подвижной опорой, невесомым стержнем и двумя скользящими соединениями, состоящей из верхней, левой и правой частей, связанных между собой первым скользящим соединением, при этом верхняя часть составной конструкции состоит из вертикального стержня с горизонтальным боковым ответвлением, направленным в левую сторону, причем нижний конец нижней части вертикального стержня жестко связан с горизонтально расположенным первым скользящим соединением, верхний конец верхней части вертикального стержня связан с вертикально расположенным вторым скользящим соединением, имеющим направляющую горизонтального штока, а стержень горизонтального бокового ответвления левым концом связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей наклонной площадке с правым уклоном, направленной под углом 30° к горизонту, левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем левый конец горизонтального стержня связан с неподвижным вращательным шарниром, правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° по ходу часовой стрелки, причем верхний конец вертикальной части Г-образного стержня связан с горизонтальным невесомым стержнем, направленным вправо и расположенным на соответствующей вертикальной площадке, согласно заявляемой полезной модели, все стержни верхней, левой, правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на стержне горизонтального бокового ответвления верхней части составной конструкции и горизонтальном стержне левой части составной конструкции - влево, на горизонтальной части Г-образного стержня правой части составной конструкции - вправо, а на вертикальной части Г-образного стержня правой части составной конструкции, и нижней и верхней частях вертикального стержня верхней части составной конструкции - вниз, при этом наклонная площадка шарнирно-подвижной опоры, направляющая горизонтального штока второго скользящего соединения и вертикальная площадка горизонтального невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей вертикальной направляющей, соответственно, шарнирно-подвижной опоры, второго скользящего соединения и горизонтального невесомого стержня, а вертикальная направляющая шарнирно-подвижной опоры, вертикальная направляющая второго скользящего соединения и вертикальная направляющая горизонтального невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей горизонтальной направляющей, соответственно шарнирно-подвижной опоры, второго скользящего соединения и горизонтального 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 с приложенными к ней внешними силами и моментами состоит из верхней ABD, левой CD и правой DE частей, связанных между собой первым скользящим соединением D.

Верхняя часть составной конструкции состоит из вертикального стержня с горизонтальным боковым ответвлением, направленным в левую сторону. Нижний конец нижней части вертикального стержня жестко связан с горизонтально расположенным первым скользящим соединением D. Верхний конец верхней части вертикального стержня связан с вертикально расположенным вторым скользящим соединением В, имеющим направляющую 1 горизонтального штока 2. Стержень горизонтального бокового ответвления левым концом в точке А связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей наклонной площадке с правым уклоном, направленной под углом 30° к горизонту.

Левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня. Левый конец горизонтального стержня в точке С связан с неподвижным вращательным шарниром.

Правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° по ходу часовой стрелки. Верхний конец вертикальной части Г-образного стержня в точке Е связан с горизонтальным невесомым стержнем, направленным вправо и расположенным на соответствующей вертикальной площадке.

Все стержни верхней, левой, правой частей составной конструкции выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения, например, стержень 3 верхней части вертикального стержня верхней части составной конструкции, выполнены с клеммами на концах. Для приведенного примера - клемма 4.

Клеммы направлены на стержне горизонтального бокового ответвления верхней части составной конструкции и горизонтальном стержне левой части составной конструкции - влево, на горизонтальной части Г-образного стержня правой части составной конструкции - вправо, а на вертикальной части Г-образного стержня правой части составной конструкции, и нижней и верхней частях вертикального стержня верхней части составной конструкции - вниз.

Наклонная площадка 5 шарнирно-подвижной опоры, направляющая 1 горизонтального штока 2 второго скользящего соединения В и вертикальная площадка 6 горизонтального невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей вертикальной направляющей (соответственно, 7 - шарнирно-подвижной опоры, 8 - второго скользящего соединения и 9 - горизонтального невесомого стержня).

Вертикальная направляющая 7 шарнирно-подвижной опоры, вертикальная направляющая 8 второго скользящего соединения и вертикальная направляющая 9 горизонтального невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей горизонтальной направляющей (соответственно, 10 - шарнирно-подвижной опоры, 11 - второго скользящего соединения и 12 - горизонтального 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 (F_kx=0, F_ky=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, шарнирно-подвижной опорой, невесомым стержнем и двумя скользящими соединениями, состоящая из верхней, левой и правой частей, связанных между собой первым скользящим соединением, при этом верхняя часть составной конструкции состоит из вертикального стержня с горизонтальным боковым ответвлением, направленным в левую сторону, причем нижний конец нижней части вертикального стержня жестко связан с горизонтально расположенным первым скользящим соединением, верхний конец верхней части вертикального стержня связан с вертикально расположенным вторым скользящим соединением, имеющим направляющую горизонтального штока, а стержень горизонтального бокового ответвления левым концом связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей наклонной площадке с правым уклоном, направленной под углом 30° к горизонту, левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем левый конец горизонтального стержня связан с неподвижным вращательным шарниром, правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° по ходу часовой стрелки, причем верхний конец вертикальной части Г-образного стержня связан с горизонтальным невесомым стержнем, направленным вправо и расположенным на соответствующей вертикальной площадке, отличающаяся тем, что все стержни верхней, левой, правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на стержне горизонтального бокового ответвления верхней части составной конструкции и горизонтальном стержне левой части составной конструкции - влево, на горизонтальной части Г-образного стержня правой части составной конструкции - вправо, а на вертикальной части Г-образного стержня правой части составной конструкции и нижней и верхней частях вертикального стержня верхней части составной конструкции - вниз, при этом наклонная площадка шарнирно-подвижной опоры, направляющая горизонтального штока второго скользящего соединения и вертикальная площадка горизонтального невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей вертикальной направляющей соответственно шарнирно-подвижной опоры, второго скользящего соединения и горизонтального невесомого стержня, а вертикальная направляющая шарнирно-подвижной опоры, вертикальная направляющая второго скользящего соединения и вертикальная направляющая горизонтального невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей горизонтальной направляющей, соответственно, шарнирно-подвижной опоры, второго скользящего соединения и горизонтального невесомого стержня, и жесткого закрепления.