Составная конструкция установки с тремя шарнирно-подвижными опорами и двумя невесомыми стержнями
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 установки с тремя шарнирно-подвижными опорами и двумя невесомыми стержнями, состоящая из левой, правой и нижней частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем левый конец горизонтального стержня связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, правая часть составной конструкции также состоит из горизонтального стержня, причем его правый конец связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, а нижняя часть составной конструкции представляет собой Т-образный стержень, повернутый на 180° в вертикальном направлении, причем середина горизонтальной части Т-образного стержня опирается на третью шарнирно-подвижную опору, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, левый конец горизонтальной левой части Т-образного стержня связан с первым невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке, а правый конец горизонтальной правой части Т-образного стержня связан с вторым невесомым стержнем, размещенным 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. 15).
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 установки с тремя шарнирно-подвижными опорами и двумя невесомыми стержнями, состоящей из левой, правой и нижней частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем левый конец горизонтального стержня связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, правая часть составной конструкции также состоит из горизонтального стержня, причем его правый конец связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, а нижняя часть составной конструкции представляет собой Т-образный стержень, повернутый на 180° в вертикальном направлении, причем середина горизонтальной части Т-образного стержня опирается на третью шарнирно-подвижную опору, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, левый конец горизонтальной левой части Т-образного стержня связан с первым невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке, а правый конец горизонтальной правой части Т-образного стержня связан с вторым невесомым стержнем, размещенным на соответствующей вертикальной 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 стержнях левой и правой частей составной конструкции, горизонтальной левой части и горизонтальной правой части Т-образного стержня, вправо, а на вертикальной части Т-образного стержня - вниз, при этом горизонтальная площадка первого невесомого стержня, горизонтальная площадка третьей шарнирно-подвижной опоры и вертикальная площадка второго невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих вертикальных направляющих первого невесомого стержня, третьей шарнирно-подвижной опоры и второго невесомого стержня, и жесткого закрепления, а сами указанные вертикальные направляющие выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих горизонтальных направляющих первого невесомого стержня, третьей шарнирно-подвижной опоры и второго 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 левой ED, правой DF и нижней DABC частей, связанных между собой вращательным шарниром D.
Левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня. Левый конец горизонтального стержня в точке Е связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке.
Правая часть составной конструкции также состоит из горизонтального стержня. Правый конец горизонтального стержня в точке F связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке.
Нижняя часть составной конструкции представляет собой Т-образный стержень, повернутый на 180° в вертикальном направлении. Левый конец горизонтальной левой части Т-образного стержня в точке А связан с первым (вертикальным) невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке. Середина горизонтальной части Т-образного стержня в точке В опирается на третью шарнирно-подвижную опору, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке. Правый конец горизонтальной правой части Т-образного стержня в точке С связан с вторым (горизонтальным) невесомым стержнем, размещенным на соответствующей вертикальной площадке.
Все стержни левой, правой и нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения, например, стержень 1 горизонтальной правой части Т-образного стержня, выполнены с клеммами на концах. Для приведенного примера клемма 2. Клеммы направлены на горизонтальных стержнях вправо, на вертикальном - вниз.
Горизонтальная площадка 3 первого (вертикального) невесомого стержня, горизонтальная площадка 4 третьей шарнирно-подвижной опоры и вертикальная площадка 5 второго (горизонтального) невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих вертикальных направляющих 6, 7 и 8 (соответственно первого невесомого стержня, третьей шарнирно-подвижной опоры и второго невесомого стержня), и жесткого закрепления к ним, а сами указанные вертикальные направляющие 6, 7 и 8 выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих горизонтальных направляющих 9, 10 и 11 (соответственно первого невесомого стержня, третьей шарнирно-подвижной опоры и второго невесомого стержня), 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.
Составная конструкция установки с тремя шарнирно-подвижными опорами и двумя невесомыми стержнями, состоящая из левой, правой и нижней частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем левый конец горизонтального стержня связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, правая часть составной конструкции также состоит из горизонтального стержня, причем его правый конец связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, а нижняя часть составной конструкции представляет собой Т-образный стержень, повернутый на 180° в вертикальном направлении, причем середина горизонтальной части Т-образного стержня опирается на третью шарнирно-подвижную опору, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, левый конец горизонтальной левой части Т-образного стержня связан с первым невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке, а правый конец горизонтальной правой части Т-образного стержня связан с вторым невесомым стержнем, размещенным на соответствующей вертикальной 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 стержнях левой и правой частей составной конструкции, горизонтальной левой части и горизонтальной правой части Т-образного стержня вправо, а на вертикальной части Т-образного стержня - вниз, при этом горизонтальная площадка первого невесомого стержня, горизонтальная площадка третьей шарнирно-подвижной опоры и вертикальная площадка второго невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих вертикальных направляющих первого невесомого стержня, третьей шарнирно-подвижной опоры и второго невесомого стержня и жесткого закрепления, а сами указанные вертикальные направляющие выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих горизонтальных направляющих первого невесомого стержня, третьей шарнирно-подвижной опоры и второго невесомого стержня и жесткого закрепления.
