Составная конструкция с двумя неподвижными вращательными шарнирами 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 и моментами и соответствующими размерами l ₁, 2l₁, 3l₁, 5l₁ (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. 3), состоящая из левой, средней и правой частей, связанных между собой шарнирами и овальными упорами, левая часть состоит из вертикального стержня, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, правая часть конструкции состоит из 11-образного стержня, повернутого на 90° по ходу часовой стрелки, нижняя горизонтальная часть этого стержня в два раза короче верхней горизонтальной части, левый конец верхней горизонтальной части П-образного стержня правой части конструкции шарнирно связан с верхним концом вертикального стержня левой части конструкции, а нижней части - шарнирно с вертикальным стержнем средней части конструкции, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, лежащим на горизонтали, проходящей через неподвижный вращательный шарнир левой части конструкции, основанием неподвижного вращательного шарнира является горизонтальная площадка, вертикальный стержень средней части конструкции разделен на три части: верхнюю, среднюю и нижнюю, относящихся по размерам соответственно как два, три, два, снабжен двумя жестко связанными с ним горизонтальными ответвлениями с овальными упорами по концам, одно из которых прикреплено к верхнему концу стержня и направлено вправо, другое прикреплено к нижнему концу верхней части стержня и направлено влево, а овальные упоры упираются соответственно в вертикальные стержни правой и левой частей 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 двумя неподвижными вращательными шарнирами и двумя овальными упорами, состоящей из левой, средней и правой частей, связанных между собой шарнирами и овальными упорами, при этом левая часть составной конструкции состоит из вертикального стержня, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, правая часть составной конструкции состоит из П-образного стержня, повернутого на 90° по ходу часовой стрелки, нижняя горизонтальная часть этого стержня в два раза короче верхней горизонтальной части, левый конец верхней горизонтальной части П-образного стержня правой части составной конструкции шарнирно связан с верхним концом вертикального стержня левой части составной конструкции, а нижней части - шарнирно с вертикальным стержнем средней части составной конструкции, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, лежащим на горизонтали, проходящей через неподвижный вращательный шарнир левой части составной конструкции, основанием неподвижного вращательного шарнира является горизонтальная площадка, вертикальный стержень средней части составной конструкции разделен на три части: верхнюю, среднюю и нижнюю, относящихся по размерам соответственно как два, три, два, снабжен двумя жестко связанными с ним горизонтальными ответвлениями с овальными упорами по концам, одно из которых прикреплено к верхнему концу стержня и направлено вправо, другое прикреплено к нижнему концу верхней части стержня и направлено влево, а овальные упоры упираются соответственно в вертикальные стержни правой и левой частей 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 площадки, которые являются основаниями неподвижных вращательных шарниров левой и средней частей 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 предложенной составной конструкции.

Составная конструкция с двумя неподвижными вращательными шарнирами и двумя овальными упорами состоит из левой, средней и правой частей, связанных между собой шарнирами и двумя овальными упорами. Левая часть AEC состоит из вертикального стержня, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром А, основанием которого является горизонтальная площадка. Правая часть конструкции состоит из П-образного стержня CLFOD, повернутого на 90° по ходу часовой стрелки. Нижняя горизонтальная часть OD этого стержня в два раза короче верхней горизонтальной части. Левый конец верхней горизонтальной части П-образного стержня правой части конструкции шарнирно связан с верхним концом C вертикального стержня левой части конструкции, а нижней части - шарнирно в точке D с вертикальным стержнем средней части конструкции, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром B, лежащим на горизонтали, проходящей через неподвижный вращательный шарнир A левой части конструкции. Основанием неподвижного вращательного шарнира B является горизонтальная площадка. Вертикальный стержень BDGS средней части конструкции разделен на три части: верхнюю SG, среднюю GD и нижнюю DB, относящихся по размерам соответственно как два, три, два. Этот стержень снабжен двумя жестко связанными с ним горизонтальными ответвлениями SF и GE с овальными упорами по концам. Одно из которых SF прикреплено к верхнему концу стержня и направлено вправо, другое GE прикреплено к нижнему концу верхней части стержня и направлено влево. Овальные упоры в точках F и E упираются соответственно в вертикальные стержни правой и левой частей конструкции. Все стержни левой, средней и правой частей выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, например, горизонтальная часть CL стержня правой части конструкции имеет наружный стержень 1 и клемму 2. Клеммы направлены на горизонтальных частях стержней влево, на вертикальных - вниз. Площадки, которые являются основаниями неподвижных вращательных шарниров A левой и средней B частей конструкции выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих соответственно 3 и 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 двух и более стержней 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 (F_kx=0, F_ky=0, ).

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 инженерного обучения студентов.

Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.

Составная конструкция с двумя неподвижными вращательными шарнирами и двумя овальными упорами, состоящая из левой, средней и правой частей, связанных между собой шарнирами и овальными упорами, при этом левая часть составной конструкции состоит из вертикального стержня, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, правая часть составной конструкции состоит из П-образного стержня, повернутого на 90° по ходу часовой стрелки, нижняя горизонтальная часть этого стержня в два раза короче верхней горизонтальной части, левый конец верхней горизонтальной части П-образного стержня правой части составной конструкции шарнирно связан с верхним концом вертикального стержня левой части составной конструкции, а нижней части - шарнирно с вертикальным стержнем средней части составной конструкции, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, лежащим на горизонтали, проходящей через неподвижный вращательный шарнир левой части составной конструкции, основанием неподвижного вращательного шарнира является горизонтальная площадка, вертикальный стержень средней части составной конструкции разделен на три части: верхнюю, среднюю и нижнюю, относящихся по размерам соответственно как два: три: два, снабжен двумя жестко связанными с ним горизонтальными ответвлениями с овальными упорами по концам, одно из которых прикреплено к верхнему концу стержня и направлено вправо, другое прикреплено к нижнему концу верхней части стержня и направлено влево, а овальные упоры упираются соответственно в вертикальные стержни правой и левой частей 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 площадки, которые являются основаниями неподвижных вращательных шарниров левой и средней частей 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.