Составная конструкция с неподвижным вращательным шарниром, одной направляющей станины и двумя овальными упорами

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ. Известная составная конструкция состоит из стержней неизменяемых размеров. Это мешает организовать учебно-исследовательскую работу студентам по выявлению зависимостей величин реакций связей и сил взаимодействия частей конструкции от размеров стержней. У предложенной составной конструкции стержни выполнены телескопическими с соответствующими перемещениями опор. Это позволило организовать учебно-исследовательскую работу студентам по выявлению зависимостей величин реакций связей и сил взаимодействия частей конструкции от размеров стержней.

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ.

Известна составная конструкция с приложенными к ней внешними силами, моментами и соответствующими размерами l ₁, 1,5l₁ 2l₁ (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр. 56, рис. 54, вар. 9), состоящая из левой, средней и правой частей, связанных между собой вращательными шарнирами, левая часть состоит из L-образного стержня, верхний конец вертикальной части которого связан шарнирно с горизонтальной частью Г-образного стержня, повернутого вокруг вертикали на 180° и принадлежащего правой части конструкции, правый конец горизонтальной части левой части конструкции шарнирно связан с вертикальным стержнем средней части конструкции, который разделен на три части, размеры которых относятся между собой сверху вниз как один, один, полтора, верхний конец нижней части этого стержня связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным на вертикальной площадке, верхний конец стержня средней части конструкции жестко связан с горизонтальным ответвлением с овальным упором на конце, направленным вправо и упирающимся в вертикальный стержень правой части конструкции, нижний конец верхней части вертикального стержня средней части конструкции жестко связан с таким же ответвлением с овальным упором на конце, упирающимся в вертикальный стержень левой части конструкции, а нижний конец вертикальной части стержня правой части конструкции расположен в вертикальной направляющей станины, расположенной на уровне горизонтальной части L-образного стержня левой части составной конструкции.

Основной недостаток известной составной конструкции заключается в том, что она имеет постоянные размеры стержней (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры стержней, что не позволяет студентам (обучающимся) проводить учебные исследования как теоретические, так и экспериментальные по выявлению зависимости величин реакций связей и сил взаимодействия частей конструкции от линейных размеров стержней.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у стержней составной конструкции можно было изменять их размеры и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований по выявлению зависимости величин реакций связей и сил взаимодействия частей конструкции от линейных размеров стержней.

Технический результат достигается тем, что в составной конструкции с неподвижным вращательным шарниром, одной направляющей станины и двумя овальными, состоящей из левой, средней и правой частей, связанных между собой вращательными шарнирами, при этом левая часть составной конструкции состоит из L-образного стержня, верхний конец вертикальной части которого связан шарнирно с горизонтальной частью Г-образного стержня, повернутого вокруг вертикали на 180° и принадлежащего правой части составной конструкции, правый конец горизонтальной части левой части составной конструкции шарнирно связан с вертикальным стержнем средней части составной конструкции, который разделен на три части, размеры которых относятся между собой сверху вниз как один, один, полтора, верхний конец нижней части этого стержня связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным на вертикальной площадке, верхний конец стержня средней части составной конструкции жестко связан с горизонтальным ответвлением с овальным упором на конце, направленным вправо и упирающимся в вертикальный стержень правой части составной конструкции, нижний конец верхней части вертикального стержня средней части составной конструкции жестко связан с горизонтальным ответвлением с овальным упором на конце, упирающимся в вертикальный стержень левой части составной конструкции, а нижний конец вертикальной части стержня правой части составной конструкции расположен в вертикальной направляющей станины, расположенной на уровне горизонтальной части L-образного стержня левой части составной конструкции, согласно нашему предложению, все стержни левой, средней и правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях стержней влево, на вертикальных - вниз, а площадка, которая является основанием неподвижного вращательного шарнира средней части составной конструкции и направляющая станины правой части составной конструкции выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.

Такое исполнение составной конструкции позволило изменять размеры стержней и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей конструкции от размеров стержней и их частей.

На фиг. представлена схема составной конструкции.

Составная конструкция с неподвижным вращательным шарниром, одной направляющей станины и двумя овальными упорами с приложенными к ней внешними силами, моментами и соответствующими размерами l₁, 1,5l₁, 2l₁ состоит из левой, средней и правой частей, связанных между собой вращательными шарнирами. Левая часть состоит из L-образного стержня DZEC, верхний конец С вертикальной части которого связан шарнирно с горизонтальной частью Г-образного стержня CSFA, повернутого вокруг вертикали на 180° и принадлежащего правой части конструкции. Правый конец горизонтальной части ZD левой части конструкции шарнирно связан в точке D с вертикальным стержнем DBKL средней части конструкции. Стержень разделен на три части: LK, KB, DB, размеры которых относятся между собой сверху вниз, как один, один, полтора. Верхний конец нижней части DB этого стержня связан с неподвижным вращательным шарниром B, расположенным на вертикальной площадке. Верхний конец L стержня средней части конструкции жестко связан с горизонтальным ответвлением LF с овальным упором F на конце, направленным вправо и упирающимся в вертикальный стержень SFA правой части конструкции. Нижний конец K верхней части LK вертикального стержня средней части конструкции жестко связан с таким же ответвлением KE с овальным упором E на конце, упирающимся в вертикальный стержень CEZ левой части конструкции. Нижний конец вертикальной части SFA стержня правой части конструкции расположен в вертикальной направляющей A станины, расположенной на уровне горизонтальной части L-образного стержня левой части составной конструкции. Все стержни левой, средней и правой частей выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях стержней влево, на вертикальных - вниз. Например, горизонтальная часть CS правой части конструкции имеет наружный стержень 1 и клемму 2, расположенную на левом конце стержня. Площадка, которая являются основанием неподвижного вращательного шарнира B средней части и направляющая A станины правой части конструкции выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих соответственно 3, 4, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих соответственно 5, 6 и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.

Составная конструкция работает следующим образом.

У прототипа стержни неизменяемых размеров. У предложенной составной конструкции стержни выполнены телескопическими с клеммами на концах. Это позволяет изменять длины стержней и закреплять их размеры с помощью клемм. Можно изменять длину любого стержня или всех сразу, или в любом другом сочетании и определять реакции опор и силы взаимодействия частей конструкции. Изменяя длины стержней ступенчато и определяя каждый раз реакции опор и силы взаимодействия частей конструкции, можно получать зависимости реакций опор и сил взаимодействия от размеров стержней. К конструкции приложена плоская произвольная система сил. При решении задачи используют, например, первую форму условий равновесия такой системы сил. Она заключается в следующем: для равновесия плоской произвольной системы сил необходимо и достаточно, чтобы алгебраическая сумма проекций действующих сил на каждую из координатных осей и алгебраическая сумма моментов относительно любого центра, лежащего в той же плоскости, должны быть равны нулю .

Общая методика решения подобных задач приведена в пособии, представленном выше (стр. 54-63). Конструкция позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально и сравнивать результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Решение задач с изменяемыми размерами стержней внедрено в учебный процесс студентов первого курса Казанского государственного энергетического университета. Студенты уже с первого курса начинают выполнять учебно-исследовательскую работу. Это, несомненно, повышает качество обучения студентов. Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.

Составная конструкция с неподвижным вращательным шарниром, одной направляющей станины и двумя овальными, состоящая из левой, средней и правой частей, связанных между собой вращательными шарнирами, при этом левая часть составной конструкции состоит из L-образного стержня, верхний конец вертикальной части которого связан шарнирно с горизонтальной частью Г-образного стержня, повернутого вокруг вертикали на 180° и принадлежащего правой части составной конструкции, правый конец горизонтальной части левой части составной конструкции шарнирно связан с вертикальным стержнем средней части составной конструкции, который разделен на три части, размеры которых относятся между собой сверху вниз как один, один, полтора, верхний конец нижней части этого стержня связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным на вертикальной площадке, верхний конец стержня средней части составной конструкции жестко связан с горизонтальным ответвлением с овальным упором на конце, направленным вправо и упирающимся в вертикальный стержень правой части составной конструкции, нижний конец верхней части вертикального стержня средней части составной конструкции жестко связан с горизонтальным ответвлением с овальным упором на конце, упирающимся в вертикальный стержень левой части составной конструкции, а нижний конец вертикальной части стержня правой части составной конструкции расположен в вертикальной направляющей станины, расположенной на уровне горизонтальной части L-образного стержня левой части составной конструкции, отличающаяся тем, что все стержни левой, средней и правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях стержней влево, на вертикальных - вниз, а площадка, которая является основанием неподвижного вращательного шарнира средней части составной конструкции и направляющая станины правой части составной конструкции выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.