Устройство для определения 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 стенда с учетом трения покоя.
В предложенном устройстве 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. 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.
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.11) начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, e, R, 1,5R, состоящее 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 меньшего радиуса намотана нить, которая расположена горизонтально и перекинута через блок, расположенный левее двух барабанов, к концу нити прикреплен груз, находящийся слева от блока, снизу к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с горизонтальным рычагом, правый конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке правее и ниже вращательных шарниров барабанов.
Основной недостаток известного устройства заключается в том, что оно имеет постоянные размеры рычага (стержня - застывшую форму), т.e. постоянные линейные параметры рычага (стержня) 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 стержней и изменения взаимного расположения опор.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у рычага (стержня) 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 определения сил с учетом трения покоя в соединении «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, на барабан меньшего радиуса намотана нить, которая расположена горизонтально и перекинута через блок, расположенный левее двух барабанов, к концу нити прикреплен груз, находящийся слева от блока, снизу к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с горизонтальным рычагом, правый 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 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.
Такое исполнение устройства 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 устроено следующим образом.
Устройство для определения 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, 1,5R состоит из двух соосно расположенных барабанов 1 и 2 разных радиусов. Радиус большего барабана 1 в полтора раза больше радиуса R меньшего барабана 2. Геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров О. На барабан меньшего радиуса намотана нить 3, которая расположена горизонтально, и перекинута через блок 4. Блок расположен левее двух барабанов. К концу нити прикреплен груз Q, находящийся слева от блока. Снизу к барабану 1 большего радиуса прижата тормозная колодка 5, жестко связанная с горизонтальным рычагом 6. Правый 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 слева и справа от колодки 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 - влево.
Горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир А рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 11 станины и жесткого закрепления к ней.
Устройство работает следующим образом.
Теоретически в устройстве с размерами прототипа необходимо определять минимальное значение внешней силы P, 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 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 P 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 AB 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 устройства соответствующими датчиками и регистрирующей аппаратурой.
Появилась возможность у обучающихся проводить как теоретические, так и экспериментальные исследования и сравнивать их результаты. Поставленная задача полностью выполнена.
Устройство для определения сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан», состоящее из двух 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 горизонтально и перекинута через блок, расположенный левее двух барабанов, к концу нити прикреплен груз, находящийся слева от блока, снизу к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с горизонтальным рычагом, правый конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке правее и ниже вращательных шарниров барабанов, отличающееся 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 - влево, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.
