Устройство для лабораторных исследований по теоретической механике

Авторы патента:

G09B23/08 - в статистике или динамике

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 устройства для лабораторных исследований по теоретической механике состоит из двух стержней с постоянными размерами. Это не позволяет организовать учебно-исследовательскую работу обучающихся.

В предложенной составной конструкции устройства для лабораторных исследований по теоретической механике все стержни выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальном стержне влево, на наклонном стержне вниз по уклону, наклонная площадка, на которой расположены катки шарнирно-подвижной опоры левой части конструкции, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая закреплена к станине с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей и жесткого закрепления и той и другой к направляющим. Это позволило изменять размеры стержней и организовывать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов и значительно улучшить их инженерную подготовку. 1 ил.

Известно устройство для лабораторных исследований по теоретической механике, выполненное в виде составной конструкции 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.260, рис.177, вар.17), состоящей из левой и правой частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, левая часть состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на наклонной площадке с правым уклоном, правая часть состоит из наклонного стержня с левым уклоном, верхний конец которого жестко заделан в станину, поверхность которой перпендикулярна заделанному стержню.

Основной недостаток известной составной конструкции устройства для лабораторных исследований по теоретической механике 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 устройства можно было изменять их длину и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для лабораторных исследований по теоретической механике, выполненном в виде составной конструкции с жесткой заделкой и шарнирно-подвижной опорой, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на наклонной площадке с правым уклоном, а правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с левым уклоном, верхний конец которого жестко заделан в станину, поверхность которой перпендикулярна заделанному стержню, согласно нашему предложению, все стержни выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальном стержне влево, на наклонном стержне вниз по уклону, наклонная площадка, на которой расположены катки шарнирно-подвижной опоры левой части составной конструкции, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая закреплена к станине с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей и жесткого закрепления и той и другой к направляющим.

Такое исполнение составной конструкции устройства для лабораторных исследований по теоретической механике позволило изменять размеры стержней и проводить учебные исследования обучающимися 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 устройства для лабораторных исследований по теоретической механике.

Устройство для лабораторных исследований по теоретической механике выполнено в виде составной конструкции с жесткой заделкой и шарнирно-подвижной опорой, состоящей из левой AC и правой CB частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром C.

Левая часть состоит из горизонтального стержня AC, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой A с катками, находящимися на наклонной площадке с правым уклоном.

Правая часть состоит из наклонного стержня CB с левым уклоном, верхний конец B которого жестко заделан в станину, поверхность которой перпендикулярна заделанному стержню.

Все стержни выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальном стержне влево, на наклонном стержне вниз по уклону. Например, наклонный стержень CD имеет наружный стержень 1 и клемму 2. Наклонная площадка, на которой расположены катки шарнирно-подвижной опоры A левой части конструкции, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 3, которая закреплена к станине с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей 4 и жесткого закрепления и той и другой к направляющим.

Устройство для лабораторных исследований по теоретической механике работает следующим образом.

Силы, приложенные к составной конструкции устройства для лабораторных исследований по теоретической механике, 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 (, , .

Если вычислять реакции опор и силы взаимодействия двух частей составной конструкции при постоянных размерах стержней прототипа, то получают и значения сил 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 (, ) 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 (AC и CB) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного правее точки C, то будет увеличиваться расстояние точки приложения силы P₁ до шарнира C. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P₁ до точки C. Одновременно будет изменяться 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 длин остальных телескопических соединений. Следовательно, перед студентами (обучающимися) можно ставить несколько учебно-исследовательских задач. Конструкция позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально и сравнивать результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена. Предложенная составная конструкция устройства для лабораторных исследований по теоретической механике позволяет организовать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов (1-го и 2-го) и значительно улучшить их инженерную подготовку.

Устройство для лабораторных исследований по теоретической механике, выполненное в виде составной конструкции с жесткой заделкой и шарнирно-подвижной опорой, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на наклонной площадке с правым уклоном, а правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с левым уклоном, верхний конец которого жестко заделан в станину, поверхность которой перпендикулярна заделанному стержню, отличающееся тем, что все стержни выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальном стержне влево, на наклонном стержне вниз по уклону, наклонная площадка, на которой расположены катки шарнирно-подвижной опоры левой части составной конструкции, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая закреплена к станине с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей и жесткого закрепления и той и другой к направляющим.