Составная конструкция устройства с жесткой заделкой 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 жесткой заделкой и двумя невесомыми стержнями, состоящая из левой, правой и средней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с правым уклоном, направленным под углом 60° к горизонту, верхний конец которого связан с первым горизонтальным невесомым стержнем, направленным вправо и расположенным на вертикальной площадке, правая часть составной конструкции состоит из ломаного стержня, горизонтальная часть которого исходит из внутреннего вращательного шарнира, причем верхний конец наклонной части ломаного стержня с левым уклоном жестко заделан в станину, а средняя часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с левым уклоном, направленным под углом 60° к горизонту, верхний конец которого связан с вторым горизонтальным невесомым стержнем, направленным влево и расположенным на 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.10).

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 составная конструкция устройства с жесткой заделкой и двумя невесомыми стержнями, состоящая из левой, правой и средней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с правым уклоном, направленным под углом 60° к горизонту, верхний конец которого связан с первым горизонтальным невесомым стержнем, направленным вправо и расположенным на вертикальной площадке, правая часть составной конструкции состоит из ломаного стержня, горизонтальная часть которого исходит из внутреннего вращательного шарнира, причем верхний конец наклонной части ломаного стержня с левым уклоном жестко заделан в станину, а средняя часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с левым уклоном, направленным под углом 60° к горизонту, верхний конец которого связан с вторым горизонтальным невесомым стержнем, направленным влево и расположенным на вертикальной площадке, согласно заявляемой полезной модели, все стержни левой, правой и средней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на наклонных стержнях и на наклонной части ломаного стержня вверх по уклонам, а на горизонтальной части ломаного стержня - вправо, каждая вертикальная площадка, соответственно первого и второго горизонтальных невесомых стержней, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей, соответственно первого и второго горизонтальных невесомых стержней, и жесткого закрепления, площадка с жесткой заделкой конца наклонной части ломаного стержня выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления, а сама вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины 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 DA, правой DC, и средней DB частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром D.

Левая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня DA с правым уклоном, направленным под углом 60° к горизонту. Верхний конец этого стержня в точке A связан с первым горизонтальным невесомым стержнем, направленным вправо и расположенным на вертикальной площадке.

Правая часть составной конструкции состоит из ломаного стержня DC, горизонтальная часть которого исходит из общего внутреннего вращательного шарнира D. Верхний конец наклонной части ломаного стержня с левым уклоном жестко заделан в точке C в станину.

Средняя часть составной конструкции состоит из наклонногостержня DB с левым уклоном, направленным под углом 60° к горизонту. Верхний конец этого стержня в точке B связан с вторым горизонтальным невесомым стержнем, направленным влево и расположенным на вертикальной площадке.

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

Наружные стержни каждого телескопического соединения, например, стержень 1 наклонной части ломаного стержня DC выполнены с клеммами на концах. Для приведенного примера - клемма 2.

Клеммы направлены на наклонных стержнях и на наклонной части ломаного стержня вверх по уклонам, а на горизонтальной части ломаного стержня - вправо.

Вертикальные площадки 3 и 4, соответственно первого и второго горизонтальных невесомых стержней, выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальных направляющих 5 и 6, соответственно первого и второго горизонтальных невесомых стержней, и жесткого закрепления к ним.

Площадка с жесткой заделкой конца наклонной части ломаного стержня в точке C выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 7 и жесткого закрепления к ней, а сама вертикальная направляющая 7 выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 8 станины и жесткого закрепления к ней.

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 жесткой заделкой и двумя невесомыми стержнями, состоящая из левой, правой и средней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с правым уклоном, направленным под углом 60° к горизонту, верхний конец которого связан с первым горизонтальным невесомым стержнем, направленным вправо и расположенным на вертикальной площадке, правая часть составной конструкции состоит из ломаного стержня, горизонтальная часть которого исходит из внутреннего вращательного шарнира, причем верхний конец наклонной части ломаного стержня с левым уклоном жестко заделан в станину, а средняя часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с левым уклоном, направленным под углом 60° к горизонту, верхний конец которого связан с вторым горизонтальным невесомым стержнем, направленным влево и расположенным на вертикальной площадке, отличающаяся тем, что все стержни левой, правой и средней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на наклонных стержнях и на наклонной части ломаного стержня вверх по уклонам, а на горизонтальной части ломаного стержня - вправо, каждая вертикальная площадка соответственно первого и второго горизонтальных невесомых стержней выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей соответственно первого и второго горизонтальных невесомых стержней и жесткого закрепления, площадка с жесткой заделкой конца наклонной части ломаного стержня выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления, а сама вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления.