Составная конструкция устройства с двумя шарнирно-подвижными опорами, двумя невесомыми стержнями и скользящим соединением
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть использована 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 использована в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известна составная конструкция устройства с двумя шарнирно-подвижными опорами, двумя невесомыми стержнями и скользящим соединением, состоящая из левой, правой и верхней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 90° против хода часовой стрелки, причем середина вертикальной части Г-образного стержня связана с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на вертикальной площадке, а верхний конец вертикальной части Г-образного стержня связан с первым горизонтальным невесомым стержнем, направленным влево, пересечение горизонтальной и вертикальной частей Г-образного стержня связано с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, правая часть составной конструкции также состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° против хода часовой стрелки, верхний конец вертикальной части которого связан со скользящим соединением, имеющим горизонтальный шток, направленный вправо, а верхняя часть составной конструкции представляет собой вертикальный стержень, верхняя часть которого связана с вторым горизонтальным невесомым стержнем, направленным вправо (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.8).
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, двумя невесомыми стержнями и скользящим соединением, состоящая из левой, правой и верхней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 90° против хода часовой стрелки, причем середина вертикальной части Г-образного стержня связана с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на вертикальной площадке, а верхний конец вертикальной части Г-образного стержня связан с первым горизонтальным невесомым стержнем, направленным влево, пересечение горизонтальной и вертикальной частей Г-образного стержня связано с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, правая часть составной конструкции также состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° против хода часовой стрелки, верхний конец вертикальной части которого связан со скользящим соединением, имеющим горизонтальный шток, направленный вправо, а верхняя часть составной конструкции представляет собой вертикальный стержень, верхняя часть которого связана с вторым горизонтальным невесомым стержнем, направленным вправо, согласно заявляемой полезной модели, все стержни левой, правой и верхней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях Г-образных стержней вправо, а на вертикальных частях Г-образных стержней и вертикальном стержне верхней части составной конструкции - вниз, при этом каждая площадка, на которой расположена соответственно первая и вторая шарнирно-подвижные опоры, выполнена с возможностью перемещения вдоль соответствующей вертикальной направляющей первой и второй шарнирно-подвижных опор и жесткого закрепления, а вертикальная площадка второго горизонтального невесомого стержня и скользящее соединение выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих горизонтальных направляющих второго горизонтального невесомого стержня и скользящего соединения, 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 CBAD, правой DF, и верхней DE частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром D.
Левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 90° против хода часовой стрелки. Середина вертикальной части Г-образного стержня в точке В связана с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на вертикальной площадке, а его верхний конец связан в точке С с первым горизонтальным невесомым стержнем, направленным влево. Пересечение горизонтальной и вертикальной частей Г-образного стержня связано в точке А с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке.
Правая часть составной конструкции также состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° против хода часовой стрелки. Верхний конец вертикальной части Г-образного стержня в зоне F связан со скользящим соединением, имеющим горизонтальный шток, направленный вправо.
Верхняя часть составной конструкции представляет собой вертикальный стержень, верхняя часть которого в точке Е связана с вторым горизонтальным невесомым стержнем, направленным вправо.
Все стержни левой, правой и верхней частей составной конструкции выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения, например, стержень 1 верхней части составной конструкции, выполнены с клеммами на концах. Для приведенного примера - клемма 2. Клеммы направлены на горизонтальных частях Г-образных стержней вправо, а на вертикальных частях Г-образных стержней и вертикальном стержне верхней части составной конструкции -вниз. Площадки, на которых расположены первая и вторая шарнирно-подвижные опоры левой части составной конструкции, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих соответственно 3, 4 и жесткого закрепления к ним. Вертикальная площадка 5 второго горизонтального невесомого стержня верхней части составной конструкции и скользящее соединение 7 с горизонтальным штоком 6 правой части составной конструкции выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальных направляющих8 и 9, соответственно второго горизонтального невесомого стержня и скользящего соединения 7, 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 двумя шарнирно-подвижными опорами, двумя невесомыми стержнями и скользящим соединением, состоящая из левой, правой и верхней частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 90° против хода часовой стрелки, причем середина вертикальной части Г-образного стержня связана с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на вертикальной площадке, а верхний конец вертикальной части Г-образного стержня связан с первым горизонтальным невесомым стержнем, направленным влево, пересечение горизонтальной и вертикальной частей Г-образного стержня связано с второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, правая часть составной конструкции также состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° против хода часовой стрелки, верхний конец вертикальной части которого связан со скользящим соединением, имеющим горизонтальный шток, направленный вправо, а верхняя часть составной конструкции представляет собой вертикальный стержень, верхняя часть которого связана с вторым горизонтальным невесомым стержнем, направленным вправо, отличающаяся тем, что все стержни левой, правой и верхней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях Г-образных стержней вправо, а на вертикальных частях Г-образных стержней и вертикальном стержне верхней части составной конструкции - вниз, при этом каждая площадка, на которой расположена соответственно первая и вторая шарнирно-подвижные опоры, выполнена с возможностью перемещения вдоль соответствующей вертикальной направляющей первой и второй шарнирно-подвижных опор и жесткого закрепления, а вертикальная площадка второго горизонтального невесомого стержня и скользящее соединение выполнены с возможностью перемещения вдоль соответствующих горизонтальных направляющих второго горизонтального невесомого стержня и скользящего соединения и жесткого закрепления.
