Лабораторный 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 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 приборе рычаг тормозной колодки слева и справа от колодки выполнен телескопическим, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма левой части стержня направлена вправо, а правой - влево, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней. 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 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. 4) начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, e, R, 2R, состоящий 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, на барабан меньшего радиуса намотана нить, которая расположена горизонтально и перекинута через блок, расположенный правее двух барабанов, к концу нити прикреплен груз, находящийся справа от блока, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с горизонтальным рычагом, правый конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке правее и выше вращательных шарниров барабанов.
Основной недостаток известного устройства заключается в том, что он имеет постоянные размеры стержней (застывшую форму), т.e. 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.
Технический результат достигается тем, что в лабораторном приборе 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, на барабан меньшего радиуса намотана нить, которая расположена горизонтально и перекинута через блок, расположенный правее двух барабанов, к концу нити прикреплен груз, находящийся справа от блока, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с горизонтальным рычагом, правый конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке правее и выше вращательных шарниров барабанов, согласно нашему предложению, рычаг тормозной колодки слева и справа от колодки выполнен телескопическим, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма левой части стержня направлена вправо, а правой - влево, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.
Такое исполнение лабораторного прибора позволило изменять размеры рычага и взаимное положение опор и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей прибора от размеров рычага и изменения взаимного положения опор как теоретически, так и экспериментально.
На фиг. представлена схема предлагаемого лабораторного прибора.
Лабораторный прибор устроен следующим образом.
Лабораторный 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, е, R, 2R состоит из двух соосно расположенных барабанов 1 и 2 разных радиусов. Радиус 2R большего барабана 2 в два раза больше радиуса R меньшего барабана 1. Геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров О. На барабан 1 меньшего радиуса намотана нить 3, которая расположена горизонтально, и перекинута через блок 4. Блок 4 расположен правее двух барабанов. К концу нити прикреплен груз Q, находящийся справа от блока 4. Сверху к барабану 2 большего радиуса прижата тормозная колодка 5, жестко связанная с горизонтальным рычагом 6. Правый конец рычага 6 связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира А, расположенного на горизонтальной площадке правее и выше вращательных шарниров О барабанов.
Рычаг 6 тормозной колодки слева и справа от колодки выполнен телескопическим. Два наружных стержня 7 и 8 телескопических соединений выполнены с клеммами на концах. Клемма 9 левой части стержня направлена вправо, а клемма 10 правой части стержня - влево. Горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир А рычага 6, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 11 станины и жесткого закрепления к ней.
Лабораторный прибор работает следующим образом.
Теоретически в приборе с размерами прототипа необходимо определять минимальное значение внешней силы Р, приложенной к рычагу, 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, 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 левой и правой частей рычага 6 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 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.
Лабораторный 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, которая расположена горизонтально и перекинута через блок, расположенный правее двух барабанов, к концу нити прикреплен груз, находящийся справа от блока, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с горизонтальным рычагом, правый конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке правее и выше вращательных шарниров барабанов, отличающийся тем, что рычаг тормозной колодки слева и справа от колодки выполнен телескопическим, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма левой части стержня направлена вправо, а правой - влево, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.
