Горизонтальный стержень с двумя вертикальными ответвлениями и двумя невесомыми стержнями
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ. Известный стержень состоит из участков неизменяемых размеров. Это мешает организовать учебно-исследовательскую работу студентам по выявлению зависимостей величин реакций связей от размеров участков стержня. У предложенного стержня все его участки и ответвления выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на правой части горизонтального участка влево, на левой части горизонтального участка - вправо, на среднем и правом вертикальных ответвлениях - вверх, горизонтальная площадка выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней, вертикальная площадка выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней. Это позволило организовать учебно-исследовательскую работу студентам по выявлению зависимостей величин реакций связей от размеров участков исследуемого стержня. Илл. 1.
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известен стержень с приложенными к нему внешними силами и моментами и соответствующими размерами l1 (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр. 12, рис. 4, вар. 30б), состоящий из горизонтального участка, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, правый конец горизонтального участка жестко связан с вертикальным ответвлением, направленным вверх, верхний конец которого связан шарнирно с вертикальным невесомым стержнем, верхний конец этого невесомого стержня шарнирно связан с горизонтальной неподвижной площадкой, середина горизонтального участка имеет вертикальное ответвление, направленное вверх, верхний конец которого шарнирно связан с горизонтальным невесомым стержнем, направленным влево, его левый конец шарнирно связан с вертикальной неподвижной площадкой.
Основной недостаток известного стержня заключается в том, что он имеет постоянные размеры (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры участков, что не позволяет студентам (обучающимся) проводить учебные исследования как теоретические, так и экспериментальные по выявлению зависимости величин реакций связей от линейных размеров его участков.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у стержня можно было изменять размеры его участков и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований по выявлению зависимости величин реакций связей от линейных размеров его участков.
Технический результат достигается тем, что в горизонтальном стержне с двумя вертикальными ответвлениями и двумя невесомыми стержнями, состоящим из горизонтального участка, левый конец левой части которого связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, правый конец правой части горизонтального участка жестко связан с правым вертикальным ответвлением, направленным вверх, верхний конец которого шарнирно связан с правым вертикальным невесомым стержнем, верхний конец этого невесомого стержня шарнирно связан с горизонтальной площадкой, середина горизонтального участка имеет среднее вертикальное ответвление, направленное вверх, верхний конец которого шарнирно связан с левым горизонтальным невесомым стержнем, направленным влево, его левый конец шарнирно связан с вертикальной площадкой, согласно нашему предложению, все участки и ответвления стержня выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на правой части горизонтального участка влево, на левой части горизонтального участка - вправо, на среднем и правом вертикальных ответвлениях - вверх, горизонтальная площадка выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней, вертикальная площадка выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.
Такое исполнение стержня позволило изменять размеры участков стержня и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) от размеров участков стержней.
На фиг. представлена схема предложенного стержня.
Горизонтальный стержень с двумя вертикальными ответвлениями и двумя невесомыми стержнями состоит из горизонтального участка BEK, левый конец левой части BE которого связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости. Правый конец правой части EK горизонтального участка BEK жестко связан с правым вертикальным ответвлением KA, направленным вверх, верхний конец которого связан шарнирно с правым вертикальным невесомым стержнем AF. Верхний конец этого невесомого стержня шарнирно связан с горизонтальной площадкой. Середина E горизонтального участка BEK имеет среднее вертикальное ответвление EC, направленное вверх, верхний конец которого шарнирно связан с левым горизонтальным невесомым стержнем CL, направленным влево. Его левый конец шарнирно связан с вертикальной площадкой. Все участки и ответвления стержня выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на правой части EK горизонтального участка влево, на левой части BE горизонтального участка - вправо, на среднем EC и правом KA вертикальных ответвлениях - вверх. Например, правая часть EK горизонтального участка имеет наружный стержень 1 и клемму 2, направленную влево. Горизонтальная площадка, с которой шарнирно связан правый невесомый стержень AF, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 3, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 4 станины и жесткого закрепления той и другой в нужном положении. Вертикальная площадка, с которой шарнирно связан левый невесомый стержень CL, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 5 станины и жесткого закрепления к ней в нужном положении.
Стержень работает следующим образом.
У прототипа участки стержня KA, EK, BE и EC неизменяемых размеров. У предложенного стержня его участки и ответвления выполнены телескопическими с клеммами на концах. Это позволяет изменять длины участков стержней и закреплять их размеры с помощью клемм. Можно изменять длину любого участка стержня или всех сразу и определять реакции его опор. Изменяя длины участков стержней ступенчато и определяя каждый раз реакции опор, можно получать зависимости реакций опор от размеров участков стержня. К конструкции 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. 8-14). Конструкция позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально и сравнивать результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Решение задач с изменяемыми размерами участков 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.
Горизонтальный стержень с двумя вертикальными ответвлениями и двумя невесомыми стержнями, состоящий из горизонтального участка, левый конец левой части которого связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, правый конец правой части горизонтального участка жестко связан с правым вертикальным ответвлением, направленным вверх, верхний конец которого шарнирно связан с правым вертикальным невесомым стержнем, верхний конец этого невесомого стержня шарнирно связан с горизонтальной площадкой, середина горизонтального участка имеет среднее вертикальное ответвление, направленное вверх, верхний конец которого шарнирно связан с левым горизонтальным невесомым стержнем, направленным влево, его левый конец шарнирно связан с вертикальной площадкой, отличающийся тем, что все участки и ответвления стержня выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на правой части горизонтального участка влево, на левой части горизонтального участка - вправо, на среднем и правом вертикальных ответвлениях - вверх, горизонтальная площадка выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней, вертикальная площадка выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.