Составная конструкция устройства с шарнирно-подвижной опорой, двумя невесомыми стержнями 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 шарнирно-подвижной опорой, двумя невесомыми стержнями и двумя скользящими соединениями, состоящая из верхней, нижней левой и нижней правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом верхняя часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня с вращательным шарниром посередине, причем левый конец левой части горизонтального стержня связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, а правый конец правой части горизонтального стержня связан с первым невесомым стержнем, размещенным на соответствующей вертикальной площадке, и с вторым невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке, нижняя левая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с левым уклоном, нижний конец которого связан с первым скользящим соединением, имеющим перпендикулярный, направленный вниз, направляющий шток с пазом, а нижняя правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с правым уклоном, нижний конец которого связан со вторым скользящим соединением, имеющим перпендикулярный, направленный вниз, направляющий шток с пазом (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. 14).

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 шарнирно-подвижной опорой, двумя невесомыми стержнями и двумя скользящими соединениями, состоящей из верхней, нижней левой и нижней правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом верхняя часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня с вращательным шарниром посередине, причем левый конец левой части горизонтального стержня связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, а правый конец правой части горизонтального стержня связан с первым невесомым стержнем, размещенным на соответствующей вертикальной площадке, и с вторым невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке, нижняя левая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с левым уклоном, нижний конец которого связан с первым скользящим соединением, имеющим перпендикулярный, направленный вниз, направляющий шток с пазом, а нижняя правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с правым уклоном, нижний конец которого связан со вторым скользящим соединением, имеющим перпендикулярный, направленный вниз, направляющий шток с пазом, согласно заявляемой полезной модели, все стержни верхней, нижней левой и нижней правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на левой и правой частях горизонтального стержня вправо, а на наклонных стержнях - вверх по уклону к внутреннему шарниру, пазы направляющих штоков первого и второго скользящих соединений выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих вертикальных направляющих первого и второго скользящих соединений и жесткого закрепления, а сами указанные вертикальные направляющие выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих горизонтальных направляющих первого и второго скользящих соединений и жесткого закрепления, при этом вертикальная площадка первого невесомого стержня и горизонтальная площадка второго невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 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 ADB, нижней левой DC, и нижней правой DE частей, связанных между собой вращательным шарниром D.

Верхняя часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня с вращательным шарниром D посередине. Левый конец левой части горизонтального стержня в точке А связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке. Правый конец правой части горизонтального стержня в точке В связан с первым (горизонтальным) невесомым стержнем, размещенным на соответствующей вертикальной площадке, и с вторым (вертикальным) невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке.

Нижняя левая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с левым уклоном. Нижний конец этого стержня связан с первым скользящим соединением, имеющим симметрично расположенный, перпендикулярный, направленный вниз, направляющий шток 1 с пазом 2.

Нижняя правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с правым уклоном. Нижний конец этого стержня связан со вторым скользящим соединением, имеющим симметрично расположенный, перпендикулярный, направленный вниз, направляющий шток с пазом.

Все стержни верхней, нижней левой и нижней правой частей составной конструкции выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения, например, стержень 3 верхней горизонтальной части конструкции выполнены с клеммами на концах. Для приведенного примера - клемма 4. Клеммы направлены на левой и правой частях горизонтального стержня вправо, а на наклонных стержнях - вверх по уклону к общему внутреннему шарниру D.

Пазы направляющих штоков первого и второго скользящих соединений, соответственно нижней левой и нижней правой частей составной конструкции, выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих вертикальных направляющих 5 и 6 (соответственно первого и второго скользящих соединений) и жесткого закрепления к ним, а сами указанные вертикальные направляющие выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих горизонтальных направляющих 7 и 8 (соответственно первого и второго скользящих соединений) и жесткого закрепления к ним. Вертикальная площадка 9 первого невесомого стержня и горизонтальная площадка 10 второго невесомого стержня верхней правой части составной конструкции выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 11 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 шарнирно-подвижной опорой, двумя невесомыми стержнями и двумя скользящими соединениями, состоящая из верхней, нижней левой и нижней правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом верхняя часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня с вращательным шарниром посередине, причем левый конец левой части горизонтального стержня связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, а правый конец правой части горизонтального стержня связан с первым невесомым стержнем, размещенным на соответствующей вертикальной площадке, и с вторым невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке, нижняя левая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с левым уклоном, нижний конец которого связан с первым скользящим соединением, имеющим перпендикулярный направленный вниз направляющий шток с пазом, а нижняя правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с правым уклоном, нижний конец которого связан со вторым скользящим соединением, имеющим перпендикулярный направленный вниз направляющий шток с пазом, отличающаяся тем, что все стержни верхней, нижней левой и нижней правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на левой и правой частях горизонтального стержня вправо, а на наклонных стержнях - вверх по уклону к внутреннему шарниру, пазы направляющих штоков первого и второго скользящих соединений выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих вертикальных направляющих первого и второго скользящих соединений и жесткого закрепления, а сами указанные вертикальные направляющие выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих горизонтальных направляющих первого и второго скользящих соединений и жесткого закрепления, при этом вертикальная площадка первого невесомого стержня и горизонтальная площадка второго невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей и жесткого закрепления.