Составная конструкция с тремя шарнирно-подвижными опорами

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 все стержни и их участки верхней и нижней частей конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных участках стержней влево, на вертикальных - вниз. 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. 261, рис. 178, вар. 22), состоящая из верхней и нижней частей, связанных между собой вращательным шарниром, верхняя часть конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг его вертикального участка, левый конец его горизонтального участка связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на вертикальной площадке, нижний конец его вертикального участка также связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, нижняя часть конструкции представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 180° против хода часовой стрелки, левый конец горизонтального участка которого связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, верхний конец его вертикального участка связан с горизонтальным участком верхней части конструкции, шарнирное соединение которых делит его на две одинаковые части.

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 тремя шарнирно-подвижными опорами, состоящей из верхней и нижней частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом верхняя часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг его вертикального участка, левый конец его горизонтального участка связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на вертикальной площадке, нижний конец его вертикального участка связан со второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, нижняя часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 180° против хода часовой стрелки, левый конец горизонтального участка которого связан с третьей шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, верхний конец его вертикального участка связан с горизонтальным участком верхней части составной конструкции, шарнирное соединение которых делит его на две одинаковые части, согласно нашему предложению, все стержни и их участки верхней и нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных участках стержней влево, а на вертикальных - вниз.

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 тремя шарнирно-подвижными опорами состоит из верхней и нижней частей, связанных между собой вращательным шарниром.

Верхняя часть конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг его вертикального участка DB. Левый конец его горизонтального участка AED связан с первой шарнирно-подвижной опорой A, катки которой расположены на вертикальной площадке. Нижний конец его вертикального участка DB связан со второй шарнирно-подвижной опорой B, катки которой расположены на горизонтальной площадке.

Нижняя часть конструкции представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 180° против хода часовой стрелки. Левый конец его горизонтального участка CK связан с третьей шарнирно-подвижной опорой C, катки которой расположены на горизонтальной площадке. Верхний конец E его вертикального участка связан с горизонтальным участком AED верхней части конструкции, шарнирное соединение E которых делит его на две одинаковые части.

Все стержни и их участки верхней и нижней частей конструкции выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных участках стержней влево, на вертикальных - вниз. Например, горизонтальный участок CK нижней части конструкции имеет внешний стержень 1 и клемму 2.

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 (F_kx=0, F_ky=0, ).

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 с возможностью изменения их размеров, но при сохранении действующих сил и моментов первые два условия равновесия при разных размерах стержней (F_kx=0, F_ky=0) 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 (AEDB и EKC) от размеров стержней.

Если увеличивать длину телескопических соединений, например, расположенных выше точки В, то будет увеличиваться расстояние от точки приложения силы P₁ до точки B. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P₁ до точки B. Одновременно будет изменяться и размер плеча силы P₂ относительно 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 и положения опор A, B и C, выполненных с возможностью перемещения их вдоль площадок, на которых расположены соответствующие катки.

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 тремя шарнирно-подвижными опорами, состоящая из верхней и нижней частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом верхняя часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° вокруг его вертикального участка, левый конец его горизонтального участка связан с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на вертикальной площадке, нижний конец его вертикального участка связан со второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, нижняя часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 180° против хода часовой стрелки, левый конец горизонтального участка которого связан с третьей шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, верхний конец его вертикального участка связан с горизонтальным участком верхней части составной конструкции, шарнирное соединение которых делит его на две одинаковые части, отличающаяся тем, что все стержни и их участки верхней и нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных участках стержней влево, а на вертикальных - вниз.

РИСУНКИ