Составная конструкция с нижним неподвижным вращательным шарниром и верхней и нижней 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 левой и правой частей конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных участках стержней влево, на вертикальных - вниз и только на левой полке верхнего основания клемма направлена вправо, площадка, на которой расположены катки шарнирно-подвижной опоры правой части, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения ее 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. 261, рис. 178, вар. 26), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть конструкции состоит из стержня двутаврового профиля, у которого его нижнее основание состоит из одинаковых по размеру полок, конец левой полки связан с неподвижным вращательным шарниром, конец правой полки связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, верхнее основание также состоит из левой и правой полок, правая полка короче левой, правая часть конструкции представляет собой горизонтальный стержень, левый конец которого связан с левой частью конструкции, а правый конец связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на наклонной плоскости с левым уклоном.
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 нижним неподвижным вращательным шарниром и верхней и нижней шарнирно-подвижными опорами, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из стержня двутаврового профиля, у которого его нижнее основание состоит из одинаковых по размеру полок, конец левой полки связан с неподвижным вращательным шарниром, конец правой полки связан с нижней шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, верхнее основание стержня двутаврового профиля также состоит из левой и правой полок, причем правая полка короче левой, правая часть составной конструкции представляет собой горизонтальный стержень, левый конец которого связан с левой частью составной конструкции, а правый конец связан с верхней шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на наклонной площадке с левым уклоном, согласно нашему предложению, все стержни и их участки левой и правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных участках стержней влево, на вертикальных - вниз, и только на левой полке верхнего основания стержня двутаврового профиля клемма направлена вправо, причем площадка, на которой расположены катки верхней шарнирно-подвижной опоры, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, а вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.
Такое исполнение составной конструкции позволило изменять размеры стержней и положения опор 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 нижним неподвижным вращательным шарниром и верхней и нижней шарнирно-подвижными опорами состоит из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром. Левая часть конструкции состоит из стержня двутаврового профиля AKBDEC, у которого его нижнее основание AKB состоит из одинаковых по размеру полок AK и KB. Конец левой полки AK связан с неподвижным вращательным шарниром A. Конец правой полки KB связан с шарнирно-подвижной опорой B, катки которой расположены на горизонтальной плоскости. Верхнее основание также состоит из левой DE и правой EC полок. Правая полка короче левой. Правая часть конструкции представляет собой горизонтальный стержень CF, левый конец которого связан с левой частью конструкции. Правый конец связан с шарнирно-подвижной опорой F, катки которой расположены на наклонной площадке с левым уклоном. Все стержни и их участки левой и правой частей конструкции выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных участках стержней влево, на вертикальных - вниз и только на левой полке DE верхнего основания клемма направлена вправо. Например, стержень правой части CF имеет внешний стержень 1 и клемму 2. Площадка, на которой расположены катки шарнирно-подвижной опоры F правой части, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 3, которая выполнена с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей 4 станины и жесткого закрепления и той и другой 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 (Fkx=0,
Fky=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 (Fkx=0,
Fky=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 (AKBDEC и CF) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопических соединений, например, расположенных ниже точки E, например, длину участка KE, то будет увеличиваться расстояние от точки приложения силы P1 до точки A. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P1 до точки A.
С изменением длин горизонтальных стержней будет изменяться и размер плеча силы P2 относительно 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 и положения опор B и F, выполненных с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости (опоры B), имея катки, а опоры F - вертикальной направляющей 3 вдоль горизонтальной направляющей 4 станины.
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 нижним неподвижным вращательным шарниром и верхней и нижней шарнирно-подвижными опорами, состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из стержня двутаврового профиля, у которого его нижнее основание состоит из одинаковых по размеру полок, конец левой полки связан с неподвижным вращательным шарниром, конец правой полки связан с нижней шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, верхнее основание стержня двутаврового профиля также состоит из левой и правой полок, причем правая полка короче левой, правая часть составной конструкции представляет собой горизонтальный стержень, левый конец которого связан с левой частью составной конструкции, а правый конец связан с верхней шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на наклонной площадке с левым уклоном, отличающаяся тем, что все стержни и их участки левой и правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных участках стержней влево, на вертикальных - вниз, и только на левой полке верхнего основания стержня двутаврового профиля клемма направлена вправо, причем площадка, на которой расположены катки верхней шарнирно-подвижной опоры, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, а вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.
РИСУНКИ