Составная конструкция устройства с жесткой заделкой, шарнирно-подвижной опорой, невесомым стержнем и скользящим соединением
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 жесткой заделкой, шарнирно-подвижной опорой, невесомым стержнем и скользящим соединением, состоящая из левой, правой верхней и правой нижней частей, связанных между собой скользящим соединением, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем левый конец горизонтального стержня жестко заделан в станину, а правый конец горизонтального стержня - имеет вертикальное скользящее соединение с направляющей скольжения, правая верхняя часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень, причем правый конец горизонтальной части Г-образного стержня связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, а правая нижняя часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 90° против хода часовой стрелки, причем правый конец горизонтальной части указанного Г-образного стержня связан с вертикальным невесомым стержнем, направленным вверх 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.18).
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 жесткой заделкой, шарнирно-подвижной опорой, невесомым стержнем и скользящим соединением, состоящей из левой, правой верхней и правой нижней частей, связанных между собой скользящим соединением, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем левый конец горизонтального стержня жестко заделан в станину, а правый конец горизонтального стержня - имеет вертикальное скользящее соединение с направляющей скольжения, правая верхняя часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень, причем правый конец горизонтальной части Г-образного стержня связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, а правая нижняя часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 90° против хода часовой стрелки, причем правый конец горизонтальной части указанного Г-образного стержня связан с вертикальным невесомым стержнем, направленным вверх и расположенным на соответствующей горизонтальной площадке, согласно заявляемой полезной модели, все стержни левой, правой верхней и правой нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальном стержне левой части составной конструкции, на горизонтальной части Г-образного стержня правой верхней части составной конструкции и на горизонтальной части Г-образного стержня правой нижней части составной конструкции - влево, на вертикальной части Г-образного стержня правой верхней части составной конструкции - вверх, а на вертикальной части Г-образного стержня правой нижней части составной конструкции - вниз, при этом горизонтальная площадка шарнирно-подвижной опоры и горизонтальная площадка невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей вертикальной направляющей, соответственно шарнирно-подвижной опоры и невесомого стержня, и жесткого закрепления, вертикальная направляющая шарнирно-подвижной опоры и вертикальная направляющая невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей горизонтальной направляющей, соответственно шарнирно-подвижной опоры и 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 AD, правой верхней DB и правой нижней DC частей, связанных между собой скользящим соединением D.
Левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня. Левый конец горизонтального стержня в точке А жестко заделан в станину, а правый конец горизонтального стержня - имеет вертикальное скользящее соединение с направляющей скольжения D.
Правая верхняя часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень.
Правый конец горизонтальной части Г-образного стержня в точке В связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке.
Правая нижняя часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 90° против хода часовой стрелки.
Правый конец горизонтальной части указанного Г-образного стержня в точке С связан с вертикальным невесомым стержнем, направленным вверх и расположенным на соответствующей горизонтальной площадке.
Все стержни левой, правой верхней и правой нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения, например, стержень 1 левой части составной конструкции, выполнены с клеммами на концах. Для приведенного примера - клемма 2. Клеммы направлены на горизонтальном стержне левой части составной конструкции, на горизонтальной части Г-образного стержня правой верхней части составной конструкции и на горизонтальной части Г-образного стержня правой нижней части составной конструкции - влево, на вертикальной части Г-образного стержня правой верхней части составной конструкции - вверх, а на вертикальной части Г-образного стержня правой нижней части составной конструкции - вниз.
Горизонтальная площадка 3 шарнирно-подвижной опоры и горизонтальная площадка 4 невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей вертикальной направляющей (соответственно, 5 - шарнирно-подвижной опоры и 6 - невесомого стержня), и жесткого закрепления.
Вертикальная направляющая 5 шарнирно-подвижной опоры и вертикальная направляющая 6 невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей горизонтальной направляющей (соответственно, 7 - шарнирно-подвижной опоры и 8 - 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 (
Fkx=0, Fky=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 жесткой заделкой, шарнирно-подвижной опорой, невесомым стержнем и скользящим соединением, состоящая из левой, правой верхней и правой нижней частей, связанных между собой скользящим соединением, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем левый конец горизонтального стержня жестко заделан в станину, а правый конец горизонтального стержня имеет вертикальное скользящее соединение с направляющей скольжения, правая верхняя часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень, причем правый конец горизонтальной части Г-образного стержня связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, а правая нижняя часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 90° против хода часовой стрелки, причем правый конец горизонтальной части указанного Г-образного стержня связан с вертикальным невесомым стержнем, направленным вверх и расположенным на соответствующей горизонтальной площадке, отличающаяся тем, что все стержни левой, правой верхней и правой нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальном стержне левой части составной конструкции, на горизонтальной части Г-образного стержня правой верхней части составной конструкции и на горизонтальной части Г-образного стержня правой нижней части составной конструкции - влево, на вертикальной части Г-образного стержня правой верхней части составной конструкции - вверх, а на вертикальной части Г-образного стержня правой нижней части составной конструкции - вниз, при этом горизонтальная площадка шарнирно-подвижной опоры и горизонтальная площадка невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей вертикальной направляющей соответственно шарнирно-подвижной опоры и невесомого стержня и жесткого закрепления, вертикальная направляющая шарнирно-подвижной опоры и вертикальная направляющая невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей горизонтальной направляющей соответственно шарнирно-подвижной опоры и невесомого стержня и жесткого закрепления.
