Составная конструкция с двумя неподвижными вращательными шарнирами, двумя овальными упорами и одним скользящим соединением

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. 57, рис. 55, вар. 14), состоит из верхней, средней и нижней частей, связанных между собой вращательными шарнирами, овальными упорами и скользящим соединением, средняя часть состоит из зигзагообразного стержня, основная часть которого расположена горизонтально, а концевые ответвления расположены вертикально, левое ответвление, в два раза большее правого, направлено вверх и его верхний конец связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является вертикальная площадка, правое ответвление направлено вниз и снабжено овальным упором, упирающимся в горизонтально расположенный стержень нижней части конструкции, основная часть зигзагообразного стержня разделена на две части левую и правую, размеры которых относятся, как три к одному, в конце левой части основная часть конструкции снабжена вторым ответвлением с овальным упором, направленным вверх и упирающимся в горизонтальный стержень верхней части составной конструкции, которая представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 180° вокруг вертикали, левый конец верхней горизонтальной части стержня вертикальными направляющими связан с левым вертикальным ответвлением средней части конструкции, расположенными посередине ответвления, нижний конец вертикального стержня верхней части конструкции шарнирно связан с горизонтальным стержнем нижней части конструкции, левый конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, расстояние между вертикальными стержнями левой и правой частей конструкции делят на четыре части неподвижный вращательный шарнир нижней части конструкции и два вертикальных ответвления средней части конструкции слева направо, как один, два, один, один.

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, двумя овальными упорами и одним скользящим соединением, состоящей из верхней, средней и нижней частей, связанных между собой вращательными шарнирами, овальными упорами и скользящим соединением, при этом средняя часть составной конструкции состоит из зигзагообразного стержня, основная часть которого расположена горизонтально, а концевые ответвления расположены вертикально, причем концевое левое ответвление, в два раза большее концевого правого ответвления, направлено вверх и его верхний конец связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является вертикальная площадка, концевое правое ответвление направлено вниз и снабжено овальным упором, упирающимся в горизонтально расположенный стержень нижней части составной конструкции, основная часть зигзагообразного стержня разделена на левую и правую части, размеры которых относятся, как три к одному, в конце левой части основная часть зигзагообразного стержня снабжена ответвлением с овальным упором, направленным вверх и упирающимся в горизонтальный стержень верхней части составной конструкции, которая представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 180° вокруг вертикали, левый конец верхней горизонтальной части стержня вертикальными направляющими связан с концевым левым ответвлением средней части составной конструкции, расположенными посередине ответвления, нижний конец вертикального стержня верхней части составной конструкции шарнирно связан с горизонтальным стержнем нижней части составной конструкции, левый конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, расстояние между вертикальными стержнями средней и верхней частей составной конструкции делят на четыре части неподвижный вращательный шарнир нижней части составной конструкции и два концевых ответвления средней части составной конструкции слева направо, как один, два, один, один, согласно нашему предложению, все стержни верхней, средней и нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях стержней влево, на вертикальных - вниз, площадки неподвижных вращательных шарниров и направляющие скользящего соединения 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 двумя неподвижными вращательными шарнирами, двумя овальными упорами и одним скользящим соединением с приложенными к ней внешними силами, моментами и соответствующими размерами l₁, 1,5l₁, 2l₁, состоит из верхней, средней и нижней частей, связанных между собой вращательными шарнирами, овальными упорами и скользящим соединением. Средняя часть состоит из зигзагообразного стержня BDQSGF, основная часть QSG которого расположена горизонтально, а концевые ответвления QDB и GF расположены вертикально, концевое левое ответвление QDB, в два раза большее концевого правого ответвления GF, направлено вверх и его верхний конец связан с неподвижным вращательным шарниром В, основанием которого является вертикальная площадка. Концевое правое ответвление GF направлено вниз и снабжено овальным упором F, упирающимся в горизонтально расположенный стержень AFC нижней части конструкции. Основная часть QSG зигзагообразного стержня разделена на две части левую QS и правую SG, размеры которых относятся, как три к одному. В конце левой части в точке S основная часть зигзагообразного стержня снабжена ответвлением SE с овальным упором Е, направленным вверх и упирающимся в горизонтальный стержень DET верхней части составной конструкции, которая представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 180° вокруг вертикали. Левый конец верхней горизонтальной части стержня DET вертикальными направляющими D связан с концевым левым ответвлением QDB средней части конструкции, расположенными посередине ответвления. Нижний конец С вертикального стержня ТС верхней части конструкции шарнирно связан с горизонтальным стержнем АС нижней части конструкции.

Левый конец стержня связан с неподвижным вращательным шарниром А, основанием которого является горизонтальная площадка. Расстояние между вертикальными стержнями QDB и ТС, соответственно средней и верхней частей конструкции, делят на четыре части неподвижный вращательный шарнир А нижней части конструкции и два вертикальных ответвления SE и GF средней части конструкции слева направо, как один, два, один, один. Все стержни верхней, средней и нижней 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 DET стержня верхней части конструкции имеет наружный стержень 1 и клемму 2, расположенную на левом конце стержня. Площадки неподвижных вращательных шарниров А и B а также направляющие скользящего соединения D выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих соответственно 3, 4, 5, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих соответственно 6, 7, 8 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 реакции 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 обучения студентов.

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

Составная конструкция с двумя неподвижными вращательными шарнирами, двумя овальными упорами и одним скользящим соединением, состоящая из верхней, средней и нижней частей, связанных между собой вращательными шарнирами, овальными упорами и скользящим соединением, при этом средняя часть составной конструкции состоит из зигзагообразного стержня, основная часть которого расположена горизонтально, а концевые ответвления расположены вертикально, причем концевое левое ответвление, в два раза большее концевого правого ответвления, направлено вверх и его верхний конец связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является вертикальная площадка, концевое правое ответвление направлено вниз и снабжено овальным упором, упирающимся в горизонтально расположенный стержень нижней части составной конструкции, основная часть зигзагообразного стержня разделена на левую и правую части, размеры которых относятся как три к одному, в конце левой части основная часть зигзагообразного стержня снабжена ответвлением с овальным упором, направленным вверх и упирающимся в горизонтальный стержень верхней части составной конструкции, которая представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 180° вокруг вертикали, левый конец верхней горизонтальной части стержня вертикальными направляющими связан с концевым левым ответвлением средней части составной конструкции, расположенными посередине ответвления, нижний конец вертикального стержня верхней части составной конструкции шарнирно связан с горизонтальным стержнем нижней части составной конструкции, левый конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, расстояние между вертикальными стержнями средней и верхней частей составной конструкции делят на четыре части неподвижный вращательный шарнир нижней части составной конструкции и два концевых ответвления средней части составной

конструкции слева направо как один, два, один, один, отличающаяся тем, что все стержни верхней, средней и нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях стержней влево, на вертикальных - вниз, площадки неподвижных вращательных шарниров и направляющие скользящего соединения 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.