Лабораторное оборудование для исследований по теоретической механике

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.

Известно лабораторное оборудование для исследований по теоретической механике (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. 10), состоящее из левой, средней и правой частей, связанных между собой шарнирами, при этом левая часть состоит из F-образного стержня, верхняя горизонтальная часть которого шарнирно связана с вертикальной частью L-образного стержня, повернутого на 180° вокруг вертикали и принадлежащего правой части конструкции, горизонтальная часть этого стержня связана с неподвижным вращательным шарниром, делящим расстояние между левой и правой частями конструкции как два к пяти, основанием неподвижного вращательного шарнира является горизонтальная площадка, нижняя горизонтальная часть F-образного стержня шарнирно связана с вертикальным стержнем средней части конструкции в точке, находящейся в верхней части нижнего участка из трех, размеры которых относятся между собой сверху вниз как два, два, два, в нижней точке верхняя часть вертикального стержня средней части конструкции связана с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является вертикальная площадка, нижний конец вертикального стержня средней части конструкции связан горизонтальным стержнем с вращательными шарнирами по концам с вертикальной частью стержня правой части конструкции, шарнир делит стержень правой части конструкции на части, размеры которых сверху вниз относятся между собой как шесть, два.

Основной недостаток известного лабораторного оборудования заключается в том, что оно 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 оборудования от линейных размеров стержней.

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

Технический результат достигается тем, что в лабораторном оборудовании для исследований по теоретической механике, состоящем из левой, средней и правой частей, связанных между собой шарнирами, при этом левая часть оборудования состоит из F-образного стержня, верхняя горизонтальная часть которого шарнирно связана с вертикальной частью L-образного стержня, повернутого на 180° вокруг вертикали и принадлежащего правой части оборудования, горизонтальная часть этого стержня связана с неподвижным вращательным шарниром, делящим расстояние между левой и правой частями оборудования как два к пяти, основанием неподвижного вращательного шарнира является горизонтальная площадка, нижняя горизонтальная часть F-образного стержня шарнирно связана с вертикальным стержнем средней части оборудования в точке, находящейся в верхней части нижнего участка из трех, размеры которых относятся между собой сверху вниз как два, два, два, в нижней точке верхняя часть вертикального стержня средней части оборудования связана с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является вертикальная площадка, нижний конец вертикального стержня средней части устройства связан горизонтальным стержнем с вращательными шарнирами по концам с вертикальной частью стержня правой части оборудования, шарнир делит стержень правой части оборудования на части, размеры которых сверху вниз относятся между собой как шесть, два, согласно нашему предложению, все стержни левой, средней и правой частей оборудования 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 средней и правой частей оборудования 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 оборудования позволило изменять размеры стержней и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей оборудования от размеров стержней и их частей.

На фиг. представлена схема предложенного лабораторного оборудования для исследований по теоретической механике.

Лабораторное оборудование для исследований по теоретической механике, с приложенными к нему внешними силами и моментами и соответствующими размерами l₁, 2l₁, 4l₁, состоит из левой, средней и правой частей, связанных между собой шарнирами.

Левая часть оборудования состоит из F-образного стержня, верхняя горизонтальная часть ZC которого шарнирно связана в точке C с вертикальной частью CFL L-образного стержня, повернутого на 180° вокруг вертикали и принадлежащего правой части CFLA оборудования.

Горизонтальная часть LA этого стержня связана с неподвижным вращательным шарниром A, делящим расстояние между левой и правой частями оборудования как два к пяти. Основанием неподвижного вращательного шарнира является горизонтальная площадка.

Нижняя горизонтальная часть SD F-образного стержня шарнирно связана с вертикальным стержнем NDBQ средней части оборудования в точке D, находящейся в верхней части нижнего участка из трех: QB, BD, DN, размеры которых относятся между собой сверху вниз как два, два, два. В нижней точке В верхняя часть вертикального стержня средней части оборудования связана с неподвижным вращательным шарниром B, основанием которого является вертикальная площадка. Нижний конец N вертикального стержня NDBQ средней части оборудования связан горизонтальным стержнем NF с вращательными шарнирами по концам с вертикальной частью CFL стержня правой части оборудования. Шарнир F делит стержень правой части оборудования на части CF и FL, размеры которых сверху вниз относятся между собой как семь, два.

Все стержни левой, средней и правой частей оборудования выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях стержней влево, на вертикальных - вниз. Например, горизонтальная часть ZC левой части оборудования имеет наружный стержень 1 и клемму 2, расположенную на левом конце стержня. Площадки, которые являются основаниями неподвижных вращательных шарниров B средней и А правой частей оборудования 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.

Лабораторное оборудование для исследований по теоретической механике работает следующим образом.

У прототипа стержни неизменяемых размеров. У предложенного оборудования 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 оборудования. Изменяя длины стержней ступенчато и определяя каждый раз реакции опор и силы взаимодействия частей оборудования, можно получать зависимости реакций опор и сил взаимодействия от размеров стержней.

К лабораторному оборудованию 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).

Предложенное лабораторное оборудование 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.

Лабораторное оборудование для исследований по теоретической механике, состоящее из левой, средней и правой частей, связанных между собой шарнирами, при этом левая часть оборудования состоит из F-образного стержня, верхняя горизонтальная часть которого шарнирно связана с вертикальной частью L-образного стержня, повернутого на 180° вокруг вертикали и принадлежащего правой части оборудования, горизонтальная часть этого стержня связана с неподвижным вращательным шарниром, делящим расстояние между левой и правой частями оборудования как два к пяти, основанием неподвижного вращательного шарнира является горизонтальная площадка, нижняя горизонтальная часть F-образного стержня шарнирно связана с вертикальным стержнем средней части оборудования в точке, находящейся в верхней части нижнего участка из трех, размеры которых относятся между собой сверху вниз как два, два, два, в нижней точке верхняя часть вертикального стержня средней части оборудования связана с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является вертикальная площадка, нижний конец вертикального стержня средней части устройства связан горизонтальным стержнем с вращательными шарнирами по концам с вертикальной частью стержня правой части оборудования, шарнир делит стержень правой части оборудования на части, размеры которых сверху вниз относятся между собой как шесть, два, отличающееся тем, что все стержни левой, средней и правой частей оборудования 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 средней и правой частей оборудования, 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.