Составная конструкция с двумя шарнирно-подвижными опорами и неподвижным вращательным шарниром

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ. Известная составная конструкция состоит из двух стержней с постоянными размерами. Это не позволяет организовать учебно-исследовательскую работу обучающихся. В предложенной составной конструкции обе части горизонтального стержня левой и обе части Г-образного стержня правой части выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях - влево и на вертикальном стержне правой части - вниз, горизонтальная площадка неподвижного вращательного шарнира выполнена с возможностью перемещения ее вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней в нужном положении. Это позволило изменять размеры стержней и организовывать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов и значительно улучшить их инженерную подготовку. 1 ил.

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

Известна составная конструкция с приложенными к ней внешними силами и моментами (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр. 259, рис. 176, вар. 4), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из горизонтального стержня, разделенного на две части, левый конец и точка разделения которого снабжены шарнирно-подвижными опорами, катки которых расположены на горизонтальной плоскости, правая часть состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг его вертикальной части, нижний конец которой связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным на горизонтальной площадке.

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 длину и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований.

Технический результат достигается тем, что в составной конструкции с двумя шарнирно-подвижными опорами и неподвижным вращательным шарниром, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, разделенного на две части, левый конец и точка разделения которого снабжены шарнирно-подвижными опорами, катки которых расположены на горизонтальной плоскости, а правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг его вертикальной части, нижний конец которой связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным на горизонтальной площадке, согласно нашему предложению, обе части горизонтального стержня левой части составной конструкции и обе части Г-образного стержня правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях - влево, а на вертикальном стержне правой части составной конструкции - вниз, горизонтальная площадка неподвижного вращательного шарнира выполнена с возможностью перемещения ее вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.

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 как теоретически, так и экспериментально.

На фиг. представлена схема составной конструкции.

Составная конструкция с двумя шарнирно-подвижными опорами и неподвижным вращательным шарниром состоит из левой ABD и правой DEC частей, связанных между собой вращательным шарниром D.

Левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня ABD, разделенного на две части AB и BD. Левый конец A и точка B разделения горизонтального стержня ABD снабжены шарнирно-подвижными опорами, катки которых расположены на горизонтальной плоскости.

Правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня DEC, повернутого на 180° вокруг его вертикальной части CE, нижний конец которой связан с неподвижным вращательным шарниром C, расположенным на горизонтальной площадке.

Обе части AB и BD горизонтального стержня ABD левой части составной конструкции и обе части DE и EC Г-образного стержня правой части составной конструкции выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях - влево и на вертикальном стержне правой части составной конструкции - вниз. Например, вертикальная часть EC стержня имеет наружный стержень 1 и клемму 2. Горизонтальная площадка неподвижного вращательного шарнира С выполнена с возможностью перемещения ее вдоль вертикальной направляющей 3 станины и жесткого закрепления к ней в нужном положении.

Составная конструкция работает следующим образом.

Силы, приложенные к составной конструкции, образуют плоскую произвольную систему сил, находящуюся в равновесии. Для определения реакций опор (связей) и сил взаимодействия левой и правой частей конструкции 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 (, , ). Если вычислять реакции опор и силы взаимодействия двух частей составной конструкции при постоянных размерах стержней прототипа, то получают их значения постоянными. В предложенной составной конструкции все части стержней выполнены телескопическими с клеммами на концах, но при сохранении действующих сил и моментов первые два условия равновесия при одних и тех же размерах стержней (, ) будут давать в обоих случаях один и тот же результат. И только третье условие равновесия при изменении длины стержней ступенчато и закреплении их с помощью клемм позволяет находить зависимости реакций опор и сил взаимодействия двух частей (ABD и DEC) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного правее точки A, то будет увеличиваться расстояние от точки приложения силы P₁ до шарнира A. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P₁ до точки A. Одновременно будет изменяться размер плеча силы P₂ относительно и точки B, относительно которой при решении задачи следует составлять уравнение равновесия моментов сил, приложенных ко всей конструкции . Увеличение размеров плеч сил будет наблюдаться и при изменении размеров остальных телескопических соединений. Следовательно, перед студентами (обучающимися) можно ставить несколько учебно-исследовательских задач. Конструкция позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально, сравнивая результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена. Предложенная составная конструкция позволяет изменять размеры стержней и организовывать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов (1-го и 2-го), значительно улучшая их инженерную подготовку.

Составная конструкция с двумя шарнирно-подвижными опорами и неподвижным вращательным шарниром, состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, разделенного на две части, левый конец и точка разделения которого снабжены шарнирно-подвижными опорами, катки которых расположены на горизонтальной плоскости, а правая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг его вертикальной части, нижний конец которой связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным на горизонтальной площадке, отличающаяся тем, что обе части горизонтального стержня левой части составной конструкции и обе части Г-образного стержня правой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях - влево, а на вертикальном стержне правой части составной конструкции - вниз, горизонтальная площадка неподвижного вращательного шарнира выполнена с возможностью перемещения ее вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.

РИСУНКИ