Установка для лабораторных 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 штока и постоянное положение ее опор, что не позволяет проводить научные исследования по выявлению зависимостей сил от размеров звеньев стенда с учетом трения покоя.

Предложенная установка снабжена водилом, шарнирно связанным со станиной в шарнирном соединении барабанов со станиной, основной стержень водила расположен параллельно штоку и жестко связан с его направляющими, левая часть стержня водила и часть стержня, расположенная между направляющими, выполнены телескопическими, наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, направленными вправо, правый конец основного стержня водила связан клеммой с кареткой с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу станины, средняя линия которого представляет собой дугу окружности, центр которой совпадает с геометрической осью вращательных шарниров барабанов, и жесткого закрепления каретки с помощью резьбовых крепежных элементов к станине, горизонтальная площадка, на которой расположен шарнир блока, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.

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.

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.9) начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, 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, на барабан большего радиуса намотана нить, расположенная слева, которая перекинута под углом к вертикали через шарнирно связанный со станиной блок справа, шарнир блока расположен на горизонтальной площадке и находится на одной вертикали с шарнирами барабанов, к концу нити прикреплен груз, справа к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная со штоком, ось симметрии которых совпадает с горизонтальной осью симметрии барабанов, шток расположен в двух направляющих станины.

Основной недостаток известной установки заключается в том, что она имеет постоянные размеры штока (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры штока 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 штока и изменения взаимного расположения опор.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у водила штока можно было изменять его размеры, а у опор - изменять их взаимное положение, и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований как теоретических, так и экспериментальных, и сравнивать полученные результаты.

Технический результат достигается тем, что установка для лабораторных 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, на барабан большего радиуса намотана нить, расположенная слева, которая перекинута под углом к вертикали через шарнирно связанный со станиной блок справа, шарнир блока расположен на горизонтальной площадке и находится на одной вертикали с шарнирами барабанов, к концу нити прикреплен груз, справа к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная со штоком, ось симметрии которых совпадает с горизонтальной осью симметрии барабанов, шток расположен в двух направляющих станины, согласно нашему предложению, снабжена водилом, шарнирно связанным со станиной в шарнирном соединении барабанов со станиной, основной стержень водила расположен параллельно штоку и жестко связан с его направляющими, левая часть стержня водила и часть стержня, расположенная между направляющими, выполнены телескопическими, наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, направленными вправо, правый конец основного стержня водила связан клеммой с кареткой с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу станины, средняя линия которого представляет собой дугу окружности, центр которой совпадает с геометрической осью вращательных шарниров барабанов, и жесткого закрепления каретки с помощью резьбовых крепежных элементов к станине, горизонтальная площадка, на которой расположен шарнир блока, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.

Такое исполнение установки позволило изменять размеры основного стержня водила и взаимное положение опор и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей установки от размеров основного стержня водила и изменения взаимного положения опор, а также угла наклона нити к вертикали.

На фиг. представлена схема предлагаемой установки.

Установка для лабораторных 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 которой определяются соответствующими размерами a, b, R, 1,5R, , состоит из двух соосно расположенных барабанов 1 и 2 разных радиусов. Радиус большего барабана 1 в полтора раза больше радиуса меньшего барабана 2. Геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров О. На барабан 1 большего радиуса намотана нить 3, расположенная слева, которая перекинута под углом к вертикали через шарнирно связанный со станиной блок 4 справа. Шарнир С блока расположен на горизонтальной площадке и находится на одной вертикали с шарнирами О барабанов. К концу нити прикреплен груз Q. Справа к барабану 1 большего радиуса прижата тормозная колодка 5, жестко связанная со штоком 6, ось симметрии которых совпадает с горизонтальной осью симметрии барабанов О. Шток расположен в двух направляющих станины А и В.

Установка снабжена водилом 7, шарнирно связанным со станиной в шарнирном соединении О барабанов со станиной. Основной стержень 8 водила расположен параллельно штоку 6 и жестко связан с его направляющими А и В. Левая часть стержня 8 водила и часть стержня, расположенная между направляющими А и В, выполнены телескопическими. Наружные стержни 9 и 10 телескопических соединений выполнены с клеммами 11 и 12 на концах, направленными вправо. Правый конец основного стержня 8 водила 7 связан клеммой 13 с кареткой 14 с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу 15 станины. Средняя линия паза представляет собой дугу окружности радиуса r, центр которой совпадает с геометрической осью О вращательных шарниров барабанов. Каретка 14 жестко закреплена с помощью резьбовых крепежных элементов 16 к станине. Горизонтальная площадка, на которой расположен шарнир С блока 4, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 17 станины и жесткого закрепления к ней.

Установка работает следующим образом.

Теоретически в установке с размерами прототипа необходимо определять минимальное значение внешней силы Р, приложенной к штоку, 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 1, 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 штоку.

Поскольку в предложенной полезной модели предусмотрено изменение длины основного стержня водила и взаимного положения опор, то перечисленные величины сил можно определять при измененных размерах стержня 8 и соответствующих размеров взаимного положения опор А и В. Если длины нижней и части стержня, расположенной между опорами штока 8, изменять ступенчато последовательно или одновременно, то можно получать и соответствующие значения сил. По полученным данным можно строить графические зависимости значения сил от изменения размеров основного стержня 8 и его опор. Шток 6 можно перемещать в пределах угла , который равен 90° и симметрично расположен относительно горизонтали. Перемещением горизонтальной площадки шарнира С вдоль вертикальной направляющей 17 можно изменять и угол . Изменение угла дает дополнительную возможность проведения научных исследований.

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.

Установка для лабораторных 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, на барабан большего радиуса намотана нить, расположенная слева, которая перекинута под углом к вертикали через шарнирно связанный со станиной блок справа, шарнир блока расположен на горизонтальной площадке и находится на одной вертикали с шарнирами барабанов, к концу нити прикреплен груз, справа к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная со штоком, ось симметрии которых совпадает с горизонтальной осью симметрии барабанов, шток расположен в двух направляющих станины, отличающаяся тем, что она снабжена водилом, шарнирно связанным со станиной в шарнирном соединении барабанов со станиной, основной стержень водила расположен параллельно штоку и жестко связан с его направляющими, левая часть стержня водила и часть стержня, расположенная между направляющими, выполнены телескопическими, наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, направленными вправо, правый конец основного стержня водила связан клеммой с кареткой с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу станины, средняя линия которого представляет собой дугу окружности, центр которой совпадает с геометрической осью вращательных шарниров барабанов, и жесткого закрепления каретки с помощью резьбовых крепежных элементов к станине, горизонтальная площадка, на которой расположен шарнир блока, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.