Стенд для определения 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 стенд имеет постоянные размеры рычага и постоянное положение опор его частей, что не позволяет проводить научные исследования по выявлению зависимостей сил от размеров звеньев стенда с учетом трения покоя.
В предложенном стенде нижняя и верхняя части рычага, расположенные по обе стороны тормозной колодки, выполнены телескопическими, наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, направленными вверх по уклону, а горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей, которая закреплена с возможностью перемещения ее вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления и той и другой к направляющим.
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 стенд 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. 10) начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, е, R, 1,2R, 
, состоящий из двух соосно-расположенных барабанов разных радиусов, радиус большего барабана в одну целую две десятых раза больше радиуса меньшего барабана, геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью их неподвижных вращательных шарниров, на барабан меньшего радиуса намотана нить, которая расположена горизонтально справа от барабанов и перекинута через блок, к концу нити прикреплен груз Q, снизу к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с рычагом с правым уклоном, ось симметрии колодки, перпендикулярная рычагу, проходит через геометрическую ось вращения барабанов и составляет угол с горизонталью, нижний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного правее и ниже вращательных шарниров барабанов.
Основной недостаток известного стенда заключается в том, что он имеет постоянные размеры рычага (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры рычага 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 стенда от линейных размеров рычага и изменения взаимного расположения опор.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у рычага можно было изменять его размеры, а у опор - изменять их взаимное положение, и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований.
Технический результат достигается тем, что в стенде для определения сил с учетом трения покоя «тормозная колодка-барабан», состоящем 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, которая расположена горизонтально справа от барабанов и перекинута через блок, к концу нити прикреплен груз, снизу к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с рычагом с правым уклоном, ось симметрии колодки, перпендикулярная рычагу, проходит через геометрическую ось вращения барабанов и составляет угол с горизонталью, нижний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного правее и ниже вращательных шарниров барабанов, согласно нашему предложению, нижняя и верхняя части рычага, расположенные по обе стороны тормозной колодки, выполнены телескопическими, наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, направленными вверх по уклону, а горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей, которая закреплена с возможностью перемещения ее вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления и той и другой к направляющим.
Такое исполнение стенда позволило изменять размеры рычага, взаимное положение опор и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей стенда от размеров рычага и изменения взаимного положения опор.
На фиг. представлена схема предлагаемого стенда.
Стенд устроен следующим образом.
Стенд для определения 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, e, R, 1,2R, , состоит из двух соосно расположенных барабанов 1 и 2 разных радиусов. Геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью их неподвижных вращательных шарниров О. На барабан 2 меньшего радиуса намотана нить 3, которая расположена горизонтально справа от барабанов и перекинута через блок 4. К концу нити прикреплен груз Q. Снизу к барабану 1 большего радиуса прижата тормозная колодка 5, жестко связанная с рычагом 6 с правым уклоном. Ось симметрии колодки, перпендикулярная рычагу, проходит через геометрическую ось О вращения барабанов и составляет угол с горизонталью. Нижний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира А, расположенного правее и ниже вращательных шарниров О барабанов.
Верхняя 7 и нижняя 8 части рычага, расположенные по обе стороны тормозной колодки 5, выполнены телескопическими. Наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами соответственно 9 и 10 на концах, направленными вверх по уклону.
Горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир А рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 11, которая закреплена с возможностью перемещения ее вдоль вертикальной направляющей 12 станины и жесткого закрепления и той и другой к направляющим.
Стенд работает следующим образом.
Теоретически в стенде с размерами прототипа необходимо определять минимальное значение внешней силы P, приложенной к рычагу 6, силы взаимодействия частей стенда и реакции его опор, находящиеся в покое, с учетом сил сцепления (трения покоя) в соединении «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, из которых определяется нормальная сила, действующая на барабан, а также реакции шарниров О барабанов. Для определения минимального значения силы Р и реакций опор в неподвижном шарнире А рычага достаточно рассмотреть равновесие сил, приложенных к рычагу.
Поскольку в предложенной полезной модели предусмотрено изменение длины рычага и взаимного положения опор, то перечисленные величины сил можно определять при измененных размерах рычага АВ и соответствующих размеров взаимного положения опор О и А. Если длину рычага изменять ступенчато, то можно получать и соответствующие значения сил. По полученным данным можно строить графические зависимости значения сил от изменения размеров рычага и угла его наклона.
Определять соответствующие зависимости можно и экспериментально, снабдив звенья стенда 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.
Стенд для определения сил с учетом трения покоя «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, которая расположена горизонтально справа от барабанов и перекинута через блок, к концу нити прикреплен груз, снизу к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с рычагом с правым уклоном, ось симметрии колодки, перпендикулярная рычагу, проходит через геометрическую ось вращения барабанов и составляет угол с горизонталью, нижний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного правее и ниже вращательных шарниров барабанов, отличающийся тем, что нижняя и верхняя части рычага, расположенные по обе стороны тормозной колодки, выполнены телескопическими, наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, направленными вверх по уклону, а горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей, которая закреплена с возможностью перемещения ее вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления и той и другой к направляющим.
