Составная конструкция с верхним и нижним неподвижными вращательными шарнирами, скользящим соединением 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, 2l₁, 3l₁ (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр. 58, рис. 56, вар. 27) состоит из верхней, средней и нижней частей, связанных между собой шарнирами, верхняя часть состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг вертикали, нижний конец его вертикальной части связан вращательным шарниром с горизонтальным стержнем нижней части конструкции, левый конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, средняя часть конструкции представляет собой зигзагообразный стержень, левый вертикальный стержень которого образует скользящее соединение с вертикальной направляющей конца горизонтального стержня верхней части конструкции, конец левого вертикального стержня зигзагообразной средней части конструкции связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является вертикальная площадка, основой зигзагообразного стержня является горизонтальный стержень, правый конец которого имеет ответвление, направленное вертикально вниз и снабженное овальным упором, упирающимся в горизонтальный стержень нижней части конструкции, горизонтальный стержень средней части конструкции разделен на две части: левую и правую, размеры которых относятся между собой слева направо, как пять к двум, точка соединения этих частей связана с вертикальным ответвлением, направленным вверх и снабженным овальным упором, упирающимся в горизонтальный стержень верхней части 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 верхним и нижним неподвижными вращательными шарнирами, скользящим соединением и двумя овальными упорами, состоящей из верхней, средней и нижней частей, связанных между собой шарнирами, при этом верхняя часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг вертикали, нижний конец его вертикальной части связан вращательным шарниром с горизонтальным стержнем нижней части составной конструкции, левый конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, средняя часть составной конструкции представляет собой зигзагообразный стержень, левый вертикальный стержень которого образует скользящее соединение с вертикальной направляющей конца горизонтального стержня верхней части составной конструкции, конец левого вертикального стержня зигзагообразной средней части составной конструкции связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является вертикальная площадка, основой зигзагообразного стержня является горизонтальный стержень, правый конец которого имеет ответвление, направленное вертикально вниз и снабженное овальным упором, упирающимся в горизонтальный стержень нижней части составной конструкции, горизонтальный стержень средней части составной конструкции разделен на две части: левую и правую, размеры которых относятся между собой слева направо, как пять к двум, точка соединения этих частей связана с вертикальным ответвлением, направленным вверх и снабженным овальным упором, упирающимся в горизонтальный стержень верхней части составной конструкции, 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, а площадки, которые являются основаниями нижнего и верхнего неподвижных вращательных шарниров нижней и верхней частей составной конструкции, а также вертикальные направляющие верхней 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 верхним и нижним неподвижными вращательными шарнирами, скользящим соединением и двумя овальными упорами с приложенными к ней внешними силами, моментами и соответствующими размерами l₁, 2l₁, 3l₁ состоит из верхней, средней и нижней частей, связанных между собой шарнирами.

Верхняя часть состоит из Г-образного стержня DEZC, повернутого на 180° вокруг вертикали. Нижний конец ZC его вертикальной части связан вращательным шарниром С с горизонтальным стержнем CFA нижней части конструкции, левый конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром А, основанием которого является горизонтальная площадка. Средняя часть конструкции представляет собой зигзагообразный стержень, левый вертикальный стержень LDB которого образует скользящее соединение с вертикальной направляющей D конца горизонтального стержня ZED верхней части конструкции. Конец левого вертикального стержня LDB зигзагообразной средней части конструкции связан с неподвижным вращательным шарниром B, основанием которого является вертикальная площадка. Основой зигзагообразного стержня является горизонтальный стержень LKS, правый конец которого имеет ответвление SF, направленное вертикально вниз и снабженное овальным упором F, упирающимся в горизонтальный стержень CFA нижней части конструкции. Горизонтальный стержень средней части конструкции разделен на две части: левую LK и правую KS, размеры которых относятся между собой слева направо, как пять к двум. Точка соединения этих частей связана с вертикальным ответвлением КЕ, направленным вверх и снабженным овальным упором E, упирающимся в горизонтальный стержень верхней части конструкции. 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 DEZ стержня верхней части конструкции имеет наружный стержень 1 и клемму 2, расположенную на левом конце стержня (направленную влево). Площадки, которые является основаниями нижнего А и В и верхнего неподвижных вращательных шарниров нижней и верхней частей конструкции, а также вертикальные направляющие D верхней части конструкции 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 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, _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 научно-исследовательскую работу. Это, несомненно, повышает качество обучения студентов.

Составная конструкция с верхним и нижним неподвижными вращательными шарнирами, скользящим соединением и двумя овальными упорами, состоящая из верхней, средней и нижней частей, связанных между собой шарнирами, при этом верхняя часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг вертикали, нижний конец его вертикальной части связан вращательным шарниром с горизонтальным стержнем нижней части составной конструкции, левый конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, средняя часть составной конструкции представляет собой зигзагообразный стержень, левый вертикальный стержень которого образует скользящее соединение с вертикальной направляющей конца горизонтального стержня верхней части составной конструкции, конец левого вертикального стержня зигзагообразной средней части составной конструкции связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является вертикальная площадка, основой зигзагообразного стержня является горизонтальный стержень, правый конец которого имеет ответвление, направленное вертикально вниз и снабженное овальным упором, упирающимся в горизонтальный стержень нижней части составной конструкции, горизонтальный стержень средней части составной конструкции разделен на две части: левую и правую, размеры которых относятся между собой слева направо, как пять к двум, точка соединения этих частей связана с вертикальным ответвлением, направленным вверх и снабженным овальным упором, упирающимся в горизонтальный стержень верхней части составной конструкции, 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, а площадки, которые являются основаниями нижнего и верхнего неподвижных вращательных шарниров нижней и верхней частей составной конструкции, а также вертикальные направляющие верхней 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.