Ломаный стержень корытообразной формы с невесомым стержнем
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 стержней. У предложенного стержня все его участки выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальном участке стержня вправо, на левом и правом вертикальных участках - вниз, горизонтальная площадка, являющаяся основанием неподвижного вращательного шарнира, 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. 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. 25б), состоящий из вертикального участка, верхний конец которого шарнирно связан с горизонтальным невесомым стержнем, левый конец невесомого стержня шарнирно связан с вертикальной станиной, а нижний конец вертикального участка жестко связан с горизонтальным участком, направленным вправо, конец горизонтального участка жестко связан с вертикальным участком, направленным вверх, а его нижний конец связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, расположенная ниже шарнира.
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 ломаном стержне корытообразной формы с невесомым стержнем, состоящим из левого вертикального участка, верхний конец которого шарнирно связан с горизонтальным невесомым стержнем, левый конец невесомого стержня шарнирно связан с вертикальной станиной, а нижний конец левого вертикального участка жестко связан с горизонтальным участком, правый конец горизонтального участка жестко связан с правым вертикальным участком, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, расположенная ниже неподвижного вращательного шарнира, согласно нашему предложению, все участки стержня выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальном участке стержня вправо, на левом и правом вертикальных участках - вниз, горизонтальная площадка, являющаяся основанием неподвижного вращательного шарнира, 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.
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.
Ломаный стержень корытообразной формы с невесомым стержнем состоит из левого вертикального участка AC, верхний конец которого шарнирно связан с горизонтальным невесомым стержнем AK. Левый конец K невесомого стержня шарнирно связан с вертикальной станиной, а нижний конец C левого вертикального участка AC жестко связан с горизонтальным участком CB. Правый конец B горизонтального участка CB жестко связан с правым вертикальным участком BE, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром B, основанием которого является горизонтальная площадка, расположенная ниже шарнира. Все участки стержня выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальном участке CB стержня вправо, на вертикальных участках AC и BE - вниз. Например, горизонтальный участок CB имеет наружный стержень 1 и клемму 2, направленную вправо. Горизонтальная площадка, являющаяся основанием неподвижного вращательного шарнира B, 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.
Стержень работает следующим образом.
У прототипа участки стержня AC, CB и BE неизменяемых размеров. У предложенного стержня ACBE его участки выполнены телескопическими с клеммами на концах. Это позволяет изменять длины участков стержня 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 (
Fkx=0, Fky=0, 
).
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.
Ломаный стержень корытообразной формы с невесомым стержнем, состоящий из левого вертикального участка, верхний конец которого шарнирно связан с горизонтальным невесомым стержнем, левый конец невесомого стержня шарнирно связан с вертикальной станиной, а нижний конец левого вертикального участка жестко связан с горизонтальным участком, правый конец горизонтального участка жестко связан с правым вертикальным участком, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, расположенная ниже неподвижного вращательного шарнира, отличающийся тем, что все участки стержня выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальном участке стержня вправо, на левом и правом вертикальных участках - вниз, горизонтальная площадка, являющаяся основанием неподвижного вращательного шарнира, 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.
РИСУНКИ
