Лабораторная установка 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 предложенной установке рычаг тормозной колодки выше и ниже от колодки выполнен телескопическим, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма стержня верхней части рычага направлена вниз, а нижней части - вверх, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней. Это позволяет проводить научные исследования по выявлению зависимостей сил от размеров звеньев стенда с учетом трения покоя. 1 илл.

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

Известна установка 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.36, рис.33, вар. 14) начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, e, R, 1,4R, состоящая из двух соосно расположенных барабанов разных радиусов, радиус большего барабана в одну целую четыре десятых больше радиуса меньшего барабана, геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, на барабан меньшего радиуса намотана нить, которая расположена вертикально слева от барабана и к концу которой прикреплен груз, слева к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с вертикальным рычагом, нижний конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке левее и ниже вращательных шарниров барабанов.

Основной недостаток известной установки заключается в том, что она имеет постоянные размеры рычага (застывшую форму), т.e. 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 установки 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 как теоретических, так и экспериментальных.

Технический результат достигается тем, что в лабораторной установке для определения сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан», состоящей 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 вертикально слева от барабана и к концу которой прикреплен груз, слева к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с вертикальным рычагом, нижний конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке левее и ниже вращательных шарниров барабанов, согласно нашему предложению, рычаг тормозной колодки выше и ниже от колодки выполнен телескопическим, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма стержня верхней части рычага направлена вниз, а нижней части - вверх, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.

Такое исполнение лабораторной установки позволило изменять размеры рычага и взаимное положение опор и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимостей величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей установки от размеров рычага и изменения взаимного положения опор как теоретически, так и экспериментально.

На фиг. представлена схема предлагаемой лабораторной установки.

Лабораторная установка устроена следующим образом.

Лабораторная установка для определения сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан» с приложенными к ней внешними силами и моментами, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, е, R, 1,4R состоит из двух соосно расположенных барабанов 1 и 2 разных радиусов. Радиус большего барабана 1 в одну целую четыре десятых больше радиуса R 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, которая расположена вертикально слева от барабана 2. К концу нити прикреплен груз Q. Слева к барабану 1 большего радиуса прижата тормозная колодка 4, жестко связанная с вертикальным рычагом 5. Нижний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира А, расположенного на горизонтальной площадке левее и ниже вращательных шарниров барабанов О.

Рычаг тормозной колодки выше и ниже от колодки выполнен телескопическим. Два наружных стержня 6 и 7 телескопических соединений выполнены с клеммами на концах. Клемма 8 стержня верхней части рычага направлена вниз, а клемма 9 нижней части - вверх. Горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир А рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 10 станины и жесткого закрепления к ней.

Лабораторная установка работает следующим образом.

Теоретически в установке с размерами прототипа необходимо определять минимальное значение внешней силы Р, приложенной к рычагу под углом , 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 3 с барабаном 2. Затем составляются уравнения равновесия сил, приложенных к барабану 2, из которых определяется сила сцепления и нормальная сила, действующая на барабан, а также реакции шарниров 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 длины левой и правой 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.

Определять соответствующие зависимости можно и экспериментально, снабдив звенья установки 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.

Лабораторная установка для определения сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан», состоящая 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 вертикально слева от барабана и к концу которой прикреплен груз, слева к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с вертикальным рычагом, нижний конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке левее и ниже вращательных шарниров барабанов, отличающаяся тем, что рычаг тормозной колодки выше и ниже от колодки выполнен телескопическим, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма стержня верхней части рычага направлена вниз, а нижней части - вверх, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.