Составная конструкция устройства с неподвижным вращательным шарниром и тремя шарнирно-подвижными опорами
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 и тремя шарнирно-подвижными опорами, состоящая из левой, правой и нижней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем его левый конец связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с левым уклоном, причем его правый конец связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей вертикальной площадке, а нижняя часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с правым уклоном, причем его правый конец связан с третьей шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены также на соответствующей вертикальной плоскости, а сам наклонный стержень нижней части составной конструкции снабжен ответвлением, направленным горизонтально в левую сторону, левый конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром (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.12).
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 и тремя шарнирно-подвижными опорами, состоящей из левой, правой и нижней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем его левый конец связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с левым уклоном, причем его правый конец связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей вертикальной площадке, а нижняя часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с правым уклоном, причем его правый конец связан с третьей шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены также на соответствующей вертикальной плоскости, а сам наклонный стержень нижней части составной конструкции снабжен ответвлением, направленным горизонтально в левую сторону, левый конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром 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 горизонтальном стержне вправо, а на наклонных стержнях - вправо по уклонам, при этом вертикальная площадка, соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор, выполнена с возможностью перемещения вдоль соответствующей вертикальной направляющей, соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор, и жесткого закрепления, а вертикальная направляющая, соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор, выполнена с возможностью перемещения вдоль соответствующей горизонтальной направляющей, соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор, 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 DE, и нижней DCB частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром D.
Левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня. Левый конец горизонтального стержня связан в точке А с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке.
Правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с левым уклоном. Правый конец наклонного стержня с левым уклоном в точке Е связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей вертикальной площадке.
Нижняя часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с правым уклоном. Правый конец наклонного стержня с правым уклоном в точке С связан с третьей шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены также на соответствующей вертикальной площадке. Наклонный стержень нижней части составной конструкции снабжен ответвлением, направленным горизонтально в левую сторону, левый конец которого связан в точке В с неподвижным вращательным шарниром. Неподвижный вращательный шарнир расположен на половине расстояния по горизонтали между точками В и С.
Все стержни левой, правой и нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения, например, стержень 1 в левой части составной конструкции, выполнены с клеммами на концах. Для приведенного примера - клемма 2. Клеммы направлены на горизонтальном стержне вправо, на наклонных стержнях - вправо по уклонам.
Вертикальные площадки 3 и 4, соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор, выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих вертикальных направляющих 5 и 6 (соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор), и жесткого закрепления к ним.
Вертикальные направляющие 5 и 6, соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор, выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих горизонтальных направляющих 7 и 8 (соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор), 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 (
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 неподвижным вращательным шарниром и тремя шарнирно-подвижными опорами, состоящая из левой, правой и нижней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем его левый конец связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей горизонтальной площадке, правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с левым уклоном, причем его правый конец связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей вертикальной площадке, а нижняя часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с правым уклоном, причем его правый конец связан с третьей шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены также на соответствующей вертикальной плоскости, а сам наклонный стержень нижней части составной конструкции снабжен ответвлением, направленным горизонтально в левую сторону, левый конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, 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 горизонтальном стержне вправо, а на наклонных стержнях - вправо по уклонам, при этом вертикальная площадка соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор выполнена с возможностью перемещения вдоль соответствующей вертикальной направляющей соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор и жесткого закрепления, а вертикальная направляющая соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор выполнена с возможностью перемещения вдоль соответствующей горизонтальной направляющей соответственно второй и третьей шарнирно-подвижных опор и жесткого закрепления.
