Прибор для исследования сил с учетом трения покоя в соединении "тормозная колодка-барабан"

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ. Известный прибор имеет постоянные размеры штока и постоянное положение его опор, что не позволяет проводить научные исследования по выявлению зависимостей сил от размеров звеньев стенда с учетом трения покоя. В предложенном приборе опоры штока тормозной колодки жестко связаны со стержнем водила, нижняя часть и часть между опорами выполнены телескопическими, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах. Клемма нижней части стержня и части между опорами направлены вверх по уклону. Верхняя часть основного стержня водила связана клеммой с кареткой с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу станины, средняя линия которого представляет собой дугу окружности, центр которой совпадает с геометрической осью вращательных шарниров барабанов, и жесткого закрепления ее с помощью резьбовых крепежных элементов к станине. Это позволило студентам первых курсов проводить научные исследования и повышать свой уровень инженерного образования. 1 ил.

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.

Известен прибор для рассмотрения сил с учетом трения покоя с приложенными к нему внешними силами и моментами (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр.35, рис.32, вар.2) начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, R, 1,5R, , состоящий из двух соосно расположенных барабанов разных радиусов, радиус большего барабана в полтора раза больше радиуса меньшего барабана, геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, на барабан меньшего радиуса намотана нить, расположенная слева, которая охватывает ни с чем не связанный блок снизу и своим концом жестко прикреплена к станине, ветви нити параллельны и расположены вертикально, блок таких же размеров, как и меньший барабан, а его вес в два раза меньше веса двух барабанов, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная со штоком с левым уклоном, направленным под углом к вертикали, шток расположен в двух направляющих станины.

Основной недостаток известного прибора заключается в том, что он имеет постоянные размеры штока (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры штока и постоянное положение опор, что не позволяет студентам (обучающимся) проводить учебные исследования как теоретические, так и экспериментальные по выявлению зависимости величин реакций связей и сил взаимодействия частей прибора от линейных размеров штока и изменения взаимного расположения опор.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у штока можно было изменять его размеры, а у опор - изменять их взаимное положение, и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований как теоретических, так и экспериментальных, и сравнивать полученные результаты.

Технический результат достигается тем, что прибор для исследования сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан», состоящий из двух соосно-расположенных барабанов разных радиусов, причем геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, на барабан меньшего радиуса намотана нить, расположенная слева, которая снизу охватывает блок и своим концом жестко прикреплена к станине, ветви нити параллельны и расположены вертикально, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная со штоком с левым уклоном, направленным под углом к вертикали, шток расположен в двух направляющих станины, согласно нашему предложению, снабжен водилом, шарнирно связанным со станиной в шарнирном соединении барабанов со станиной, основной стержень водила расположен параллельно штоку и жестко связан с его направляющими, нижняя часть стержня водила и часть стержня, расположенная между направляющими, выполнены телескопическими, наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, направленными вверх по уклону основного стержня водила, верхняя часть основного стержня водила связана клеммой с кареткой с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу станины, средняя линия которого представляет собой дугу окружности, центр которой совпадает с геометрической осью вращательных шарниров барабанов, и жесткого закрепления ее с помощью резьбовых крепежных элементов к станине.

Такое исполнение прибора позволило изменять размеры основного стержня водила и взаимное положение опор и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей прибора от размеров основного стержня водила и изменения взаимного положения опор.

На фиг. представлена схема предлагаемого прибора.

Прибор устроен следующим образом.

Прибор для исследования сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан» с приложенными к нему внешними силами и моментами, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, R, 1,5R, , состоит из двух соосно расположенных барабанов 1 и 2 разных радиусов. Радиус большего барабана 1 в полтора раза больше радиуса меньшего барабана 2. Геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров О. На барабан 2 меньшего радиуса намотана нить 3, расположенная слева, которая охватывает ни с чем не связанный блок 4 снизу и своим концом жестко прикреплена к станине. Ветви нити 3 параллельны и расположены вертикально, блок 4 таких же размеров, как и барабан 2 меньшего радиуса, а его вес в два раза меньше веса двух барабанов. Сверху к барабану 1 большего радиуса прижата тормозная колодка 5, жестко связанная со штоком 6 с левым уклоном, направленным под углом а к вертикали. Шток расположен в двух направляющих А и В станины.

Прибор снабжен водилом 7, шарнирно связанным со станиной в шарнирном соединении О барабанов со станиной. Основной стержень 8 водила расположен параллельно штоку 6 и жестко связан с его направляющими А и В. Нижняя часть стержня 8 водила и часть стержня, расположенная между направляющими А и В, выполнены телескопическими. Наружные стержни 9 и 10 телескопических соединений выполнены соответственно с клеммами 11 и 12 на концах, направленными вверх по уклону основного стержня 8 водила. Верхняя часть основного стержня водила связана клеммой 13 с кареткой 14 с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу 15 станины. Средняя линия паза представляет собой дугу окружности, центр которой совпадает с геометрической осью вращательных шарниров барабанов, и жесткого закрепления каретки с помощью резьбовых крепежных элементов 16 к станине. Радиус средней линии кругового паза станины равен r.

Прибор работает следующим образом.

Теоретически в приборе с размерами прототипа необходимо определять минимальное значение внешней силы Р, приложенной к штоку, силы взаимодействия частей прибора и реакции его опор, находящиеся в покое, с учетом сил сцепления (трения покоя) в соединении «тормозная колодка - барабан». Эта задача решается с помощью уравнений равновесия. Согласно рекомендациям, изложенным в указанном выше источнике, в котором описан прототип, сначала составляются уравнения равновесия сил, приложенных к грузу Q. Из этих уравнений определяется реакция нити и нормальная реакция при взаимодействии нити с блоком. Затем составляются уравнения равновесия сил, приложенных к барабану 2, из которых определяется сила сцепления и нормальная сила, действующая на барабан, а также реакции шарниров барабана. Для определения минимального значения силы Р и реакций опор в неподвижном шарнире А рычага достаточно рассмотреть равновесие сил, приложенных к штоку.

Поскольку в предложенной полезной модели предусмотрено изменение длины основного стержня водила и взаимного положения опор, то перечисленные величины сил можно определять при измененных размерах стержня 8 и соответствующих размеров взаимного положения опор А и В. Если длины нижней и части стержня, расположенной между опорами штока 8, изменять ступенчато последовательно или одновременно, то можно получать и соответствующие значения сил.

По полученным данным можно строить графические зависимости значения сил от изменения размеров основного стержня 8.

Определять соответствующие зависимости можно и экспериментально, снабдив звенья прибора соответствующими датчиками и регистрирующей аппаратурой. Появилась возможность у обучающихся проводить как теоретические, так и экспериментальные исследования и сравнивать их результаты.

Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.

Прибор для исследования сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан», состоящий из двух соосно-расположенных барабанов разных радиусов, причем геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, на барабан меньшего радиуса намотана нить, расположенная слева, которая снизу охватывает блок и своим концом жестко прикреплена к станине, ветви нити параллельны и расположены вертикально, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная со штоком с левым уклоном, направленным под углом к вертикали, шток расположен в двух направляющих станины, отличающийся тем, что прибор снабжен водилом, шарнирно связанным со станиной в шарнирном соединении барабанов со станиной, основной стержень водила расположен параллельно штоку и жестко связан с его направляющими, нижняя часть стержня водила и часть стержня, расположенная между направляющими, выполнены телескопическими, наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, направленными вверх по уклону основного стержня водила, верхняя часть основного стержня водила связана клеммой с кареткой с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу станины, средняя линия которого представляет собой дугу окружности, центр которой совпадает с геометрической осью вращательных шарниров барабанов, и жесткого закрепления ее с помощью резьбовых крепежных элементов к станине.