Составная конструкция устройства с двумя шарнирно-подвижными опорами, тремя невесомыми стержнями 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 двумя шарнирно-подвижными опорами, тремя невесомыми стержнями и скользящим соединением, состоящая из верхней, левой нижней и правой нижней частей, связанных между собой скользящим соединением, при этом верхняя часть составной конструкции состоит из Т-образного стержня, причем левый конец левой горизонтальной части Т-образного связан с первым невесомым стержнем, размещенным на соответствующей вертикальной площадке, и с вторым невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке, правый конец правой горизонтальной части Т-образного стержня связан с третьим невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке, а нижний конец вертикальной части Т-образного стержня имеет горизонтальное скользящее соединение с направляющей скольжения, левая нижняя часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем левый конец горизонтального стержня связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей вертикальной площадке, а правая нижняя часть составной конструкции также состоит из горизонтального стержня, причем правый конец указанного горизонтального стержня связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей вертикальной площадке, правый и левый концы горизонтальных стержней, соответственно левой нижней и правой нижней частей составной конструкции, введены в направляющую скольжения скользящего соединения (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.17).
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 двумя шарнирно-подвижными опорами, тремя невесомыми стержнями и скользящим соединением, состоящей из верхней, левой нижней и правой нижней частей, связанных между собой скользящим соединением, при этом верхняя часть составной конструкции состоит из Т-образного стержня, причем левый конец левой горизонтальной части Т-образного стержня связан с первым невесомым стержнем, выполненным горизонтальным, направленным влево и размещенным на соответствующей вертикальной площадке, и с вторым невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке, правый конец правой горизонтальной части Т-образного стержня связан с третьим невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке, а нижний конец вертикальной части Т-образного стержня имеет горизонтальное скользящее соединение с направляющей скольжения, левая нижняя часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем левый конец горизонтального стержня связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей вертикальной площадке, а правая нижняя часть составной конструкции также состоит из горизонтального стержня, причем правый конец указанного горизонтального стержня связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей вертикальной площадке, правый и левый концы горизонтальных стержней, соответственно левой нижней и правой нижней частей составной конструкции, введены в направляющую скольжения скользящего соединения, согласно заявляемой полезной модели, все стержни верхней, левой нижней и правой нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на левой и правой горизонтальных частях Т-образного стержня и на горизонтальном стержне правой нижней части составной конструкции - вправо, на горизонтальном стержне левой нижней части составной конструкции - влево, а на вертикальной части Т-образного стержня - вверх, при этом вертикальная площадка первого невесомого стержня, горизонтальная площадка второго невесомого стержня и горизонтальная площадка третьего невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей горизонтальной направляющей, и жесткого закрепления, вертикальная площадка первой шарнирно-подвижной опоры и вертикальная площадка второй шарнирно-подвижной опоры выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей вертикально направляющей, и жесткого закрепления, а вертикальная направляющая первой шарнирно-подвижной опоры и вертикальная направляющая второй шарнирно-подвижной опоры выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей 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 ABD, левой нижней CD и правой нижней DE частей, связанных между собой скользящим соединением D.
Верхняя часть составной конструкции состоит из Т-образного стержня. Левый конец левой горизонтальной части Т-образного стержня в точке А связан с первым (горизонтальным) невесомым стержнем, направленным влево и размещенным на соответствующей вертикальной площадке, и со вторым (вертикальным) невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке. Правый конец правой горизонтальной части Т-образного стержня в точке В связан с третьим невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке. Нижний конец вертикальной части Т-образного стержня имеет горизонтальное скользящее соединение D с направляющей скольжения.
Левая нижняя часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан в точке С с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей вертикальной площадке.
Правая нижняя часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого в точке Е связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей вертикальной площадке.
Правый и левый концы горизонтальных стержней, соответственно левой нижней и правой нижней частей составной конструкции, введены в направляющую скольжения скользящего соединения D.
Все стержни верхней, левой нижней и правой нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими.
Наружные стержни каждого телескопического соединения, например, стержень 1 правой горизонтальной части Т-образного стержня, выполнены с клеммами на концах. Для приведенного примера - клемма 2.
Клеммы направлены на левой и правой горизонтальных частях Т-образного стержня и на горизонтальном стержне правой нижней части составной конструкции - вправо, на горизонтальном стержне левой нижней части составной конструкции - влево, а на вертикальной части Т-образного стержня - вверх.
Вертикальная площадка 3 первого невесомого стержня, горизонтальная площадка 4 второго невесомого стержня и горизонтальная площадка 5 третьего невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей горизонтальной направляющей (соответственно, 6 - первого и второго невесомых стержней, и 7 - третьего невесомого стержня), и жесткого закрепления.
Вертикальная площадка 8 первой шарнирно-подвижной опоры и вертикальная площадка 9 второй шарнирно-подвижной опоры выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей вертикальной направляющей (соответственно, 10 - первой шарнирно-подвижной опоры, и 11 - второй шарнирно-подвижной опоры), и жесткого закрепления.
Вертикальная направляющая 10 первой шарнирно-подвижной опоры и вертикальная направляющая 11 второй шарнирно-подвижной опоры выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей горизонтальной направляющей (соответственно, 12 - первой шарнирно-подвижной опоры, и 13 - второй шарнирно-подвижной опоры), 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.
Составная конструкция устройства с двумя шарнирно-подвижными опорами, тремя невесомыми стержнями и скользящим соединением, состоящая из верхней, левой нижней и правой нижней частей, связанных между собой скользящим соединением, при этом верхняя часть составной конструкции состоит из Т-образного стержня, причем левый конец левой горизонтальной части Т-образного стержня связан с первым невесомым стержнем, выполненным горизонтальным, направленным влево и размещенным на соответствующей вертикальной площадке, и с вторым невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке, правый конец правой горизонтальной части Т-образного стержня связан с третьим невесомым стержнем, направленным вниз и размещенным на соответствующей горизонтальной площадке, а нижний конец вертикальной части Т-образного стержня имеет горизонтальное скользящее соединение с направляющей скольжения, левая нижняя часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, причем левый конец горизонтального стержня связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей вертикальной площадке, а правая нижняя часть составной конструкции также состоит из горизонтального стержня, причем правый конец горизонтального стержня связан с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на соответствующей вертикальной площадке, правый и левый концы горизонтальных стержней соответственно левой нижней и правой нижней частей составной конструкции введены в направляющую скольжения скользящего соединения, отличающаяся тем, что все стержни верхней, левой нижней и правой нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на левой и правой горизонтальных частях Т-образного стержня и на горизонтальном стержне правой нижней части составной конструкции - вправо, на горизонтальном стержне левой нижней части составной конструкции - влево, а на вертикальной части Т-образного стержня - вверх, при этом вертикальная площадка первого невесомого стержня, горизонтальная площадка второго невесомого стержня и горизонтальная площадка третьего невесомого стержня выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей горизонтальной направляющей и жесткого закрепления, вертикальная площадка первой шарнирно-подвижной опоры и вертикальная площадка второй шарнирно-подвижной опоры выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей вертикальной направляющей и жесткого закрепления, а вертикальная направляющая первой шарнирно-подвижной опоры и вертикальная направляющая второй шарнирно-подвижной опоры выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующей горизонтальной направляющей и жесткого закрепления.
