Устройство 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.
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 выше и ниже ее выполнен телескопическим, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма верхней части рычага направлена вниз по уклону, а клемма нижней части рычага - вверх по уклону, горизонтальные площадки, на которых находятся вращательные шарниры рычага и блока, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, которые выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальных направляющих и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
Это позволило студентам первых курсов проводить научные исследования и повышать свой уровень инженерного образования. 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.
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.36, рис.33, вар.16) начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, e, R, 2R, 3R, состоящее из трех соосно расположенных барабанов разных радиусов, радиус большего барабана в три раза, а среднего 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 с левой стороны барабана, к концу нити прикреплен груз Q, на средний барабан намотана другая нить, которая с правым уклоном перекинута через блок, расположенный левее и выше трех барабанов, к концу нити прикреплен другой такой же груз Q, находящийся слева от блока, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с наклонным рычагом, верхний конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке правее и выше вращательных шарниров барабанов, вращательный шарнир блока, через который перекинута другая нить, расположен на горизонтальной площадке, находящейся выше и левее вращательных шарниров барабанов.
Основной недостаток известного устройства заключается в том, что оно 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 устройства 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 устройстве для экспериментальных исследований сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан», состоящем из трех 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 с левой стороны барабана, к концу нити прикреплен груз, на средний барабан намотана другая нить, которая с правым уклоном перекинута через блок, расположенный левее и выше трех барабанов, к концу нити прикреплен второй такой же груз, находящийся слева от блока, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с наклонным рычагом, верхний конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке правее и выше вращательных шарниров барабанов, вращательный шарнир блока, через который перекинута другая нить, расположен на горизонтальной площадке, находящейся выше и левее вращательных шарниров барабанов, согласно нашему предложению, рычаг тормозной колодки выше и ниже ее выполнен телескопическим, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма верхней части рычага направлена вниз по уклону, а клемма нижней части рычага - вверх по уклону, горизонтальные площадки, на которых находятся вращательные шарниры рычага и блока, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, которые выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальных направляющих и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
Такое исполнение устройства для экспериментальных исследований позволило изменять размеры рычага и взаимное положение опор и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей устройства от размеров рычага и изменения взаимного положения опор как теоретически, так и экспериментально.
На фиг. представлена схема предлагаемого устройства.
Устройство для экспериментальных исследований устроено следующим образом.
Устройство для экспериментальных исследований 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, 2R, 3R состоит из трех соосно расположенных барабанов 1, 2 и 3 разных радиусов. Радиус большего барабана 1 в три раза больше, а среднего 2 в два раза больше радиуса меньшего барабана 3. Геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров О.
На барабан 3меньшего радиуса намотана нить 4, которая расположена с левой стороны барабана, к концу нити прикреплен груз Q.
На средний барабан 2 намотана другая нить 5, которая с правым уклоном перекинута через блок 6, расположенный левее и выше трех барабанов. К концу нити прикреплен второй такой же груз Q, находящийся слева от блока.
Сверху к барабану 1 большего радиуса прижата тормозная колодка 7, жестко связанная с наклонным рычагом 8 (АВ). Верхний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира А, расположенного на горизонтальной площадке правее и выше вращательных шарниров О барабанов. Вращательный шарнир С блока 6, через который перекинута другая нить 5, расположен на горизонтальной площадке, находящейся выше и левее вращательных шарниров О барабанов.
Рычаг тормозной колодки выше и ниже колодки выполнен телескопическим. Два наружных стержня 9 и 10 телескопических соединений выполнены с клеммами на концах. Клемма 11 верхней части рычага направлена вниз по уклону, а клемма 12 нижней части рычага - вверх по уклону. Горизонтальные площадки, на которых находятся вращательные шарниры А и С рычага и блока, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих 13 и 15, которые выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальных направляющих 14 и 16 и жесткого закрепления и тех и других 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 устройства 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 грузам Q.
Из этих уравнений определяются реакции нитей и нормальные реакции при взаимодействии нитей соответственно с меньшим барабаном и с блоком. Затем составляются уравнения равновесия сил, приложенных к барабанам, из которых определяются нормальные силы, действующие 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, А и С. 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 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 экспериментальных исследований сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан», состоящее из трех 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 с левой стороны барабана, к концу нити прикреплен груз, на средний барабан намотана другая нить, которая с правым уклоном перекинута через блок, расположенный левее и выше трех барабанов, к концу нити прикреплен второй такой же груз, находящийся слева от блока, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с наклонным рычагом, верхний конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке правее и выше вращательных шарниров барабанов, вращательный шарнир блока, через который перекинута другая нить, расположен на горизонтальной площадке, находящейся выше и левее вращательных шарниров барабанов, отличающееся тем, что рычаг тормозной колодки выше и ниже ее выполнен телескопическим, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма верхней части рычага направлена вниз по уклону, а клемма нижней части рычага - вверх по уклону, горизонтальные площадки, на которых находятся вращательные шарниры рычага и блока, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, которые выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальных направляющих и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
