Лабораторная установка 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 установка 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 лабораторной установке 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. Горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир блока, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей и жесткого закрепления и тех и других 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.
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.35, рис.32, вар.5) начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, e, R, 1,2R, состоящая из двух соосно-расположенных барабанов разных радиусов, радиус большего барабана в одну целую две десятых раза больше радиуса меньшего барабана, геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, на барабан большего радиуса намотана нить, которая расположена с правой стороны барабанов с правым уклоном 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, левый конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке левее и выше вращательных шарниров барабанов, вращательный шарнир блока, через который перекинута нить, расположен на горизонтальной площадке, находящейся ниже вращательных шарниров барабанов.
Основной недостаток известной установки заключается в том, что она 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 стенда 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 лабораторной установке для исследования 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 большего радиуса намотана нить, которая расположена с правой стороны барабанов с правым уклоном 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, левый конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке левее и выше вращательных шарниров барабанов, вращательный шарнир блока, через который перекинута нить, расположен на горизонтальной площадке, находящейся ниже 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 части - влево, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней, а горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир блока, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 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 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 предлагаемой лабораторной установки.
Лабораторная установка устроена следующим образом.
Лабораторная установка для исследования сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан» с приложенными к ней внешними силами и моментами, начальное положение опор и длины звеньев которой определяются соответствующими размерами a, b, e, R, 1,2R, состоит из двух соосно расположенных барабанов 1 и 2 разных радиусов. Радиус большего барабана 1 в одну целую две десятых раза больше радиуса R меньшего барабана. Геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров О. На барабан 1 большего радиуса намотана нить 3, которая расположена справа от барабанов с правым уклоном, и перекинута через блок 4 под углом 
к горизонтали. Блок 4 расположен правее двух барабанов. К концу нити 3 прикреплен груз Q, находящийся справа от блока 4. Сверху к барабану 1 большего радиуса прижата тормозная колодка 5, жестко связанная с горизонтальным рычагом 6. Левый конец рычага 6 связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира А, расположенного на горизонтальной площадке левее и выше вращательных шарниров О барабанов. Рычаг 6 тормозной колодки слева и справа от колодки 5 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 направлена влево. Горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир А рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 11 станины и жесткого закрепления к ней. Горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир С блока 4, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 12, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 13 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, 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 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 исследования 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 большего радиуса намотана нить, которая расположена с правой стороны барабанов с правым уклоном 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, левый конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке левее и выше вращательных шарниров барабанов, вращательный шарнир блока, через который перекинута нить, расположен на горизонтальной площадке, находящейся ниже вращательных шарниров барабанов, отличающаяся 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 части - влево, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней, а горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир блока, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
