Зигзагообразная составная конструкция с жесткой заделкой и шарнирно-подвижной опорой

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 участки стержней левой и правой частей выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных участках стержней влево, на вертикальных участках стержней - вниз, а вертикальная площадка жесткой заделки выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней в нужном положении.

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.259, рис.176, вар.10), состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из Г-образного стержня, нижний конец его вертикального участка связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, правая часть конструкции также состоит из Г-образного стержня, нижний конец его вертикального участка связан с левой частью конструкции, а правый конец его горизонтальной части жестко заделан в станину.

Основной недостаток составной конструкции известного устройства 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 зигзагообразной составной конструкции с жесткой заделкой и шарнирно-подвижной опорой, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, нижний конец его вертикального участка связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, правая часть составной конструкции также состоит из Г-образного стержня, нижний конец его вертикального участка связан с левой частью составной конструкции, а правый конец его горизонтальной части жестко заделан в станину, 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 горизонтальных участках стержней влево, на вертикальных участках стержней - вниз, а вертикальная площадка жесткой заделки выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.

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 зигзагообразной составной конструкции с жесткой заделкой и шарнирно-подвижной опорой, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром.

Левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня ACD, нижний конец его вертикального участка связан с шарнирно-подвижной опорой A, катки которой расположены на горизонтальной площадке.

Правая часть составной конструкции также состоит из Г-образного стержня DEB, нижний конец D его вертикального участка связан с левой частью конструкции, а правый конец его горизонтальной части EB жестко заделан в точке B в станину.

Все участки стержней 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 участках стержней - вниз. Например, горизонтальный участок EB имеет наружный стержень 1 и клемму 2. Вертикальная площадка жесткой заделки B выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 3 станины и жесткого закрепления к ней в нужном положении.

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 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 (, ) 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 (ACD и DEB) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного выше точки A, 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 P₁ относительно и 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 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 устройства для лабораторных исследований позволяет изменять размеры стержней и организовывать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов (1-го и 2-го), значительно улучшая их инженерную подготовку.

Устройство для лабораторных исследований по теоретической механике, выполненное в виде зигзагообразной составной конструкции с жесткой заделкой и шарнирно-подвижной опорой, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, нижний конец его вертикального участка связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, правая часть составной конструкции также состоит из Г-образного стержня, нижний конец его вертикального участка связан с левой частью составной конструкции, а правый конец его горизонтальной части жестко заделан в станину, отличающееся 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 горизонтальных участках стержней влево, на вертикальных участках стержней - вниз, а вертикальная площадка жесткой заделки выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.