Стенд 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 стенд 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 стенде рычаг тормозной колодки выполнен телескопическим, наружный стержень телескопического соединения выполнен с клеммой на конце, направленной вверх по уклону, а горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая закреплена к станине с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления и той и другой 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.
Известен стенд 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.3) 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, через барабан меньшего радиуса перекинута нить с грузом на конце, расположенного слева от него, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с рычагом с левым уклоном, угол наклона к горизонту которого равен а, нижний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного левее и ниже вращательных шарниров барабанов.
Основной недостаток известного стенда 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 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.
Технический результат достигается тем, что в стенде для исследования сил с учетом трения покоя «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, через барабан меньшего радиуса перекинута нить с грузом на конце, расположенного слева от него, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с рычагом с левым уклоном, нижний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке, расположенного левее вращательных шарниров барабанов, согласно нашему предложению, рычаг тормозной колодки выполнен телескопическим, наружный стержень телескопического соединения выполнен с клеммой на конце, направленной вверх по уклону, а горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая закреплена к станине с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления и той и другой к направляющим.
Такое исполнение стенда позволило изменять размеры рычага и взаимное положение опор и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей стенда от размеров рычага и изменения взаимного положения опор.
На фиг. представлена схема предлагаемого стенда.
Стенд устроен следующим образом.
Стенд 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, e, R, 2R, , состоит из двух соосно-расположенных барабанов соответственно 1 и 2 разных радиусов. Радиус большего барабана 2 в два раза больше радиуса меньшего барабана 1. Геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью О неподвижных вращательных шарниров. Через барабан 1 меньшего радиуса R перекинута нить с грузом Q на конце, расположенного слева от него. Сверху к барабану 2 большего радиуса 2R прижата тормозная колодка 3, жестко связанная с рычагом 4 с левым уклоном, угол наклона к горизонту которого равен . Нижний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира А, расположенного левее и ниже вращательных шарниров О барабанов. Рычаг тормозной колодки выполнен телескопическим. Наружный стержень 5 телескопического соединения выполнен с клеммой 6 на конце, направленной вверх по уклону. Горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир А рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 7, которая закреплена к станине с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей 8 станины и жесткого закрепления и той и другой к направляющим.
Стенд работает следующим образом.
Теоретически в стенде с размерами прототипа необходимо определять минимальное значение внешней силы Р, приложенной к рычагу, силы взаимодействия частей стенда и реакции его опор, находящиеся в покое, с учетом сил сцепления (трения покоя) в соединении «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 барабаном. 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 длину рычага изменять ступенчато, то можно получать и соответствующие значения сил. По полученным данным можно строить графические зависимости значения сил от изменения размеров рычага и угла его наклона.
Определять соответствующие зависимости можно и экспериментально, снабдив звенья стенда 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.
Стенд 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, через барабан меньшего радиуса перекинута нить с грузом на конце, расположенного слева от него, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с рычагом с левым уклоном, нижний конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке левее вращательных шарниров барабанов, отличающийся тем, что рычаг тормозной колодки выполнен телескопическим, наружный стержень телескопического соединения выполнен с клеммой на конце, направленной вверх по уклону, а горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая закреплена к станине с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления и той и другой к направляющим.
