Лабораторная установка для экспериментальных исследований 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.
Известная установка имеет постоянные размеры рычага и постоянное положение опор его частей, что не позволяет проводить научные исследования по выявлению зависимостей сил от размеров звеньев установки с учетом трения покоя.
В предложенной установке рычаг тормозной колодки выше и ниже от колодки, а также стержни кронштейна выполнены телескопическими, все наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма стержня верхней части рычага направлена вниз, а нижней части - вверх, клемма горизонтального наружного стержня кронштейна направлена влево, а наклонного - вниз по уклону, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
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.19) начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, e, R, 1,5R, состоящая 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, расположенных в вершине двухстержневого кронштейна, верхний стержень которого направлен горизонтально и шарнирно связан со станиной, второй стержень с левым уклоном направлен под углом 
к вертикали и также шарнирно связан со станиной, на барабан меньшего радиуса намотана нить, которая расположена вертикально справа от барабана и к концу которой прикреплен груз, справа 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 правее и ниже вращательных шарниров барабанов.
Основной недостаток известной установки заключается в том, что она 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 установки от линейных размеров рычага и изменения взаимного расположения опор.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у рычага установки 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 экспериментальных исследований 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, расположенных в вершине двухстержневого кронштейна, верхний стержень которого направлен горизонтально и шарнирно связан со станиной, второй стержень с левым уклоном направлен под углом к вертикали и также шарнирно связан со станиной, на барабан меньшего радиуса намотана нить, которая расположена вертикально справа от барабана и к концу которой прикреплен груз, справа 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 правее и ниже вращательных шарниров барабанов, согласно нашему предложению, рычаг тормозной колодки выше и ниже от колодки, а также стержни кронштейна выполнены телескопическими, все наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма стержня верхней части рычага направлена вниз, а нижней части - вверх, клемма горизонтального наружного стержня кронштейна направлена влево, а наклонного - вниз по уклону, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
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 экспериментальных исследований 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 а, b, е, R, 1,5R состоит из двух соосно расположенных барабанов 1 и 2 разных радиусов. Радиус большего барабана 1 в одну целую пять десятых больше радиуса меньшего барабана 2. Геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров О, расположенных в вершине двухстержневого кронштейна OCD, верхний стержень 3 (ОС) которого направлен горизонтально и шарнирно связан со станиной. Второй стержень 4 (OD) с левым уклоном направлен под углом к вертикали и также шарнирно связан со станиной. На барабан 2 меньшего радиуса намотана нить, которая расположена вертикально справа от барабана и к концу которой прикреплен груз Q.
Справа к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка 6, жестко связанная с вертикальным рычагом 7. Нижний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира А, расположенного на горизонтальной площадке правее и ниже вращательных шарниров О барабанов.
Рычаг тормозной колодки выше и ниже от колодки, а также стержни кронштейна OCD выполнены телескопическими. Все наружные стержни 8, 9, 12, 13 телескопических соединений выполнены с клеммами на концах. Клемма 10 стержня верхней части рычага направлена вниз, а клемма 11 нижней части - вверх. Клемма 14 горизонтального наружного стержня кронштейна направлена влево, а клемма 15 наклонного стержня - вниз по уклону. Горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир А рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной 16 направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 17 и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
Лабораторная установка работает следующим образом.
Теоретически в установке с размерами прототипа необходимо определять минимальное значение внешней силы Р, приложенной к рычагу под углом а, силы взаимодействия частей установки и реакции ее 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 5 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 верхней и нижней частей рычага 7 изменять ступенчато последовательно или одновременно, а также изменять угол наклона стержня 4, 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 экспериментальных исследований 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, расположенных в вершине двухстержневого кронштейна, верхний стержень которого направлен горизонтально и шарнирно связан со станиной, второй стержень направлен под углом к вертикали и также шарнирно связан со станиной, на барабан меньшего радиуса намотана нить, которая расположена вертикально справа от барабана и к концу которой прикреплен груз, справа 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 правее и ниже вращательных шарниров барабанов, отличающаяся тем, что рычаг тормозной колодки выше и ниже от колодки, а также стержни кронштейна выполнены телескопическими, все наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма стержня верхней части рычага направлена вниз, а нижней части - вверх, клемма горизонтального наружного стержня кронштейна направлена влево, а наклонного - вниз по уклону, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
