Составная конструкция с двумя неподвижными вращательными шарнирами

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 участки стержней левой и правой частей выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на наклонных участках стержней вниз по уклону, на горизонтальных участках - влево, на вертикальных участках стержней - вниз, а одна из горизонтальных площадок - оснований неподвижных вращательных шарниров, например, левая, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления и той и другой 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. 1), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из стержня, представляющего собой жесткий прямоугольный треугольник, один из катетов которого направлен вертикально вверх, другой катет направлен вправо и связан с правой частью конструкции, гипотенуза, стягивающая концы катетов, представляет собой кривую линию, правая часть конструкции является зеркальным отражением ее левой части и обе они образуют арочную конструкцию, нижние концы вертикальных катетов обеих частей конструкции связаны с неподвижными вращательными шарнирами, основания которых расположены на горизонтальных площадках, расположенных ниже шарниров.

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 конструкция с двумя неподвижными вращательными шарнирами, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из стержня, представляющего собой жесткий прямоугольный треугольник, стороны которого являются вертикальным, горизонтальным и наклонным участками стержня, причем один из катетов жесткого прямоугольного треугольника направлен вертикально вверх, другой катет направлен вправо и связан с правой частью составной конструкции, которая является зеркальным отражением ее левой части, при этом нижние концы вертикальных катетов обеих частей составной конструкции связаны с неподвижными вращательными шарнирами, основания которых расположены на горизонтальных площадках, согласно нашему предложению, все участки стержней левой и правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на наклонных участках стержней вниз по уклону, на горизонтальных участках - влево, на вертикальных участках стержней - вниз, а одна из горизонтальных площадок - оснований неподвижных вращательных шарниров, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, а вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной 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 неподвижными вращательными шарнирами состоит из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром С. Левая часть состоит из стержня, представляющего собой жесткий прямоугольный треугольник AEC, один из катетов которого AE (вертикальный участок стержня) направлен вертикально вверх, другой катет EC (горизонтальный участок стержня) направлен вправо и связан с правой частью CKB конструкции. Нижний конец вертикального катета AE конструкции связан с неподвижным вращательным шарниром A, основание которого расположено на горизонтальной площадке, расположенной ниже шарнира. Гипотенуза AC (наклонный участок стержня) жесткого прямоугольного треугольника AEC связана с вращательным шарниром C и неподвижным вращательным шарниром A.

Правая часть CKB конструкции является зеркальным отражением ее левой части и обе они образуют составную конструкцию AECKB.

Таким образом, нижние концы вертикальных катетов обеих частей конструкции связаны с неподвижными вращательными шарнирами, соответственно A и B, основания которых расположены на горизонтальных площадках, расположенных ниже шарниров.

Все участки стержней левой и правой частей конструкции выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на наклонных участках стержней вниз по уклону, на горизонтальных участках - влево, на вертикальных участках стержней - вниз, Например, участок ЕС левой части конструкции имеет внешний стержень 1 и клемму 2, направленную влево. Одна из горизонтальных площадок - оснований неподвижных вращательных шарниров, например, левая, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 3 и жесткого закрепления к ней в нужном положении. Вертикальная направляющая 3 выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 4 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 (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, но при сохранении действующих сил и моментов первые два условия равновесия при одних и тех же 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 (AEC и CKB) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного правее точки А, то есть EC, 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 A, 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 неподвижными вращательными шарнирами, состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из стержня, представляющего собой жесткий прямоугольный треугольник, стороны которого являются вертикальным, горизонтальным и наклонным участками стержня, причем один из катетов жесткого прямоугольного треугольника направлен вертикально вверх, другой катет направлен вправо и связан с правой частью составной конструкции, которая является зеркальным отражением ее левой части, при этом нижние концы вертикальных катетов обеих частей составной конструкции связаны с неподвижными вращательными шарнирами, основания которых расположены на горизонтальных площадках, отличающаяся тем, что все участки стержней левой и правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на наклонных участках стержней вниз по уклону, на горизонтальных участках - влево, на вертикальных участках стержней - вниз, а одна из горизонтальных площадок - оснований неподвижных вращательных шарниров, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, а вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.

РИСУНКИ