Устройство для лабораторных исследований по теоретической механике

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 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, а на наклонных - вниз по уклону, горизонтальная площадка, на которой расположены катки шарнирно-подвижной опоры, с которой связан правый конец основания равнобедренного треугольника, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения 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 устройства для лабораторных исследований по теоретической механике 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. 2), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть конструкции состоит из Г-образного стержня, у которого его вертикальный участок своим нижним концом связан с неподвижным вращательным шарниром, а правый конец его горизонтального участка связан с правой частью конструкции, правая часть конструкции представляет собой жесткий равнобедренный треугольный стержень, стороны которого выполнены арочными, то есть криволинейными, вершина угла, находящегося между равными бедрами, расположена внизу и связана с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, правый конец его горизонтального участка, являющегося основанием равнобедренного треугольника, также связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке.

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 для лабораторных исследований по теоретической механике 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 неподвижным вращательным шарниром и двумя шарнирно-подвижными опорами, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, у которого его вертикальный участок своим нижним концом связан с неподвижным вращательным шарниром, а правый конец его горизонтального участка связан с правой частью составной конструкции, правая часть составной конструкции представляет собой жесткий равнобедренный треугольный стержень, стороны которого являются горизонтальным и наклонными участками, вершина угла, находящегося между равными бедрами треугольного стержня, расположена внизу и связана с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, правый конец горизонтального участка треугольного стержня, являющегося основанием равнобедренного треугольника, связан со второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, 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, а на наклонных - вниз по уклону, горизонтальная площадка, на которой расположены катки второй шарнирно-подвижной опоры, с которой связан правый конец основания равнобедренного треугольника, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, а вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления и к ней.

Такое исполнение составной конструкции устройства для лабораторных исследований по теоретической механике 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 устройства для лабораторных исследований по теоретической механике.

Устройство для лабораторных исследований по теоретической механике выполнено в виде составной конструкции с неподвижным вращательным шарниром и двумя шарнирно-подвижными опорами.

Составная конструкция с неподвижным вращательным шарниром и двумя шарнирно-подвижными опорами состоит из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром С.

Левая часть конструкции состоит из Г-образного стержня АЕС, у которого его вертикальный участок АЕ своим нижним концом связан с неподвижным вращательным шарниром А, а правый конец его горизонтального участка ЕС связан с правой частью конструкции.

Правая часть конструкции представляет собой жесткий равнобедренный треугольный стержень СКВ, сторона СК которого является горизонтальным участком, а стороны СВ и КВ являются наклонными участками. Вершина угла, находящегося между равными бедрами СВ и КB, расположена внизу и связана с первой шарнирно-подвижной опорой В, катки которой расположены на горизонтальной площадке. Правый конец горизонтального участка СК, являющегося основанием равнобедренного треугольника, связан со второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке. 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, а на наклонных - вниз по уклону. Например, горизонтальный участок СК правой части конструкции имеет внешний стержень 1 и клемму 2, направленную влево. Горизонтальная площадка, на которой расположены катки второй шарнирно-подвижной опоры К, с которой связан правый конец основания равнобедренного треугольника СКВ, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 3 и жесткого закрепления к ней в нужном положении. Вертикальная направляющая 3 выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 4 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 и 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 (F_kx=0, F_ky=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 (F_kx=0, F_ky=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 (АЕС и СКВ) от размеров стержней.

Если увеличивать длину телескопических соединений, например, расположенных ниже точки Е, например, длины участков ЕА и других, то будет увеличиваться расстояние от точки приложения силы P₁ до точки А. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P₁ до точки А. С изменением длин вертикальных стержней будет изменяться и размер плеча силы P₂ относительно точки А, 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 В и К, выполненных с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости, имея катки. Следовательно, перед студентами (обучающимися) можно ставить несколько учебно-исследовательских задач. Конструкция устройства для лабораторных исследований по теоретической механике 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 по теоретической механике 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 составной конструкции с неподвижным вращательным шарниром и двумя шарнирно-подвижными опорами, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, у которого его вертикальный участок своим нижним концом связан с неподвижным вращательным шарниром, а правый конец его горизонтального участка связан с правой частью составной конструкции, правая часть составной конструкции представляет собой жесткий равнобедренный треугольный стержень, стороны которого являются горизонтальным и наклонными участками, вершина угла, находящегося между равными бедрами треугольного стержня, расположена внизу и связана с первой шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, правый конец горизонтального участка треугольного стержня, являющегося основанием равнобедренного треугольника, связан со второй шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, отличающееся 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, а на наклонных - вниз по уклону, горизонтальная площадка, на которой расположены катки второй шарнирно-подвижной опоры, с которой связан правый конец основания равнобедренного треугольника, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, а вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.