Устройство 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. Известное устройство имеет постоянные размеры рычага и постоянное положение опор его частей, что не позволяет проводить научные исследования по выявлению зависимостей сил от размеров звеньев устройства с учетом трения покоя. В предложенном устройстве рычаг тормозной колодки снизу и сверху выполнен телескопическим, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма нижнего стержня направлена вверх по уклону, а верхнего - вниз по уклону, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая закреплена к станине с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной 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.
Известно устройство 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.1), начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, е, R, 2R, 
, состоящее из двух соосно-расположенных барабанов разных радиусов, радиус большего барабана в два раза больше радиуса меньшего барабана, геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, через барабан меньшего радиуса перекинута нить с грузом на конце, расположенного слева от него, снизу к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с рычагом с левым уклоном, угол наклона к горизонту которого равен , тормозная колодка с рычагом прижата с помощью вертикальной силы Р, приложенной к концу рычага, нижний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного левее и ниже вращательных шарниров барабанов.
Основной недостаток известного устройства заключается в том, что он имеет постоянные размеры стержней (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры стержней 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 устройства от линейных размеров стержней и изменения взаимного расположения опор.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у стержней можно было изменять их 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 в устройстве для исследования сил с учетом трения покоя в соединении «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, через барабан меньшего радиуса перекинута нить с грузом на конце, расположенного слева от него, снизу к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с рычагом с левым уклоном, нижний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке левее и ниже вращательных шарниров барабанов, согласно нашему предложению, рычаг тормозной колодки снизу и сверху выполнен телескопическим, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма нижнего стержня направлена вверх по уклону, а верхнего - вниз по уклону, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая закреплена к станине с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления и той и другой к направляющим.
Такое исполнение устройства позволило изменять размеры рычага и 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 как теоретически, так и экспериментально.
На фиг. представлена схема предлагаемого устройства.
Устройство для исследования сил с учетом трения покоя с приложенными к нему внешними силами и моментами, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, e, R, 2R, , состоит из двух соосно-расположенных барабанов соответственно 1 и 2 разных радиусов. Радиус большего барабана в два раза больше радиуса меньшего барабана. Геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью О неподвижных вращательных шарниров. Через барабан меньшего радиуса R перекинута нить с грузом Q на конце, расположенного слева от него. Снизу к барабану большего радиуса 2R прижата тормозная колодка 3, жестко связанная с рычагом 4 с левым уклоном. Угол наклона к горизонту рычага равен . Тормозная колодка с рычагом прижата с помощью вертикальной силы Р, приложенной к концу рычага. Нижний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира А, расположенного на горизонтальной площадке левее и ниже вращательных шарниров О барабанов.
Рычаг тормозной колодки снизу и сверху выполнен телескопическим. Два наружных стержня 5 и 6 телескопических соединений выполнены с клеммами на концах. Клемма 7 нижнего стержня направлена вверх по уклону, а клемма 8 верхнего - вниз по уклону. Горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир А рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 9, которая закреплена к станине с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей 10 станины и жесткого закрепления и той и другой к направляющим.
Устройство работает следующим образом.
Теоретически в устройстве с размерами прототипа необходимо определять минимальное значение внешней силы Р, приложенной к рычагу, силы взаимодействия частей стенда и реакции его опор, находящиеся в 1 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 барабаном. Затем составляются уравнения равновесия сил, приложенных к барабану, 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 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 длины нижней и верхней частей рычага 4 изменять ступенчато последовательно или одновременно, 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 устройства 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.
Устройство для исследования сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан», состоящее из двух соосно-расположенных барабанов разных радиусов, причем геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, через барабан меньшего радиуса перекинута нить с грузом на конце, расположенного слева от него, снизу к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с рычагом с левым уклоном, нижний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке левее и ниже вращательных шарниров барабанов, отличающееся тем, что рычаг тормозной колодки снизу и сверху выполнен телескопическим, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма нижнего стержня направлена вверх по уклону, а верхнего - вниз по уклону, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая закреплена к станине с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления и той и другой к направляющим.
