RU115914U1 - Составная конструкция устройства для определения сил взаимодействия и реакций вращательного шарнира, шарнирно-подвижной опоры и невесомого стержня - Google Patents

Abstract

Составная конструкция устройства для определения сил взаимодействия и реакций вращательного шарнира, шарнирно-подвижной опоры и невесомого стержня, состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Т-образного стержня, повернутого на 180° вокруг горизонтальной части стержня, левый конец которой связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, расположенными на горизонтальной плоскости, правый конец горизонтальной части Т-образного стержня связан вращательным шарниром со станиной, а правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с уклоном вверх, верхний конец которого связан с невесомым стержнем, направленным перпендикулярно ему, причем нижний конец невесомого стержня связан с плоскостью, перпендикулярной этому стержню, отличающаяся тем, что все части Т-образного стержня левой части конструкции и наклонный стержень ее правой части выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях Т-образного стержня левой части составной конструкции в сторону вращательного шарнира, на вертикальной части этого стержня и на наклонном стержне правой части составной конструкции - вверх, а нижний шарнир невесомого стержня выполнен с возможностью перемещения вдоль наклонной плоскости и жесткого закрепления к ней, причем сама наклонная плоскость выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого закрепления с ней.

Description

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 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.23, рис.17, вар.20), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из Т-образного стержня, повернутого на 180° вокруг горизонтальной части стержня, левый конец которой связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, расположенными на горизонтальной плоскости, ее правый конец связан вращательным шарниром со станиной, правая часть конструкции состоит из наклонного стержня с уклоном вверх, верхний конец которого связан с невесомым стержнем, направленным перпендикулярно ему, нижний конец невесомого стержня связан с плоскостью, перпендикулярной этому стержню.

Основной недостаток известной составной конструкции 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 можно было изменять их длину и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований.

Технический результат достигается тем, что в составной конструкции устройства для определения сил взаимодействия и реакций вращательного шарнира, шарнирно-подвижной опоры и невесомого стержня, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Т-образного стержня, повернутого на 180° вокруг горизонтальной части стержня, левый конец которой связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, расположенными на горизонтальной плоскости, правый конец горизонтальной части Т-образного стержня связан вращательным шарниром со станиной, а правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с уклоном вверх, верхний конец которого связан с невесомым стержнем, направленным перпендикулярно ему, причем нижний конец невесомого стержня связан с плоскостью, перпендикулярной этому стержню, согласно предлагаемой полезной модели, все части Т-образного стержня левой части конструкции и наклонный стержень ее правой части выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях Т-образного стержня левой части составной конструкции в сторону вращательного шарнира, на вертикальной части этого стержня и на наклонном стержне правой части составной конструкции - вверх, а нижний шарнир невесомого стержня выполнен с возможностью перемещения вдоль наклонной плоскости и жесткого закрепления к ней, причем сама наклонная плоскость выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого закрепления с ней.

Такое исполнение составной конструкции позволило изменять размеры стержней 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 составной конструкции.

Составная конструкция с приложенными к ней внешними силами и моментами состоит из левой АВС и правой CD частей, связанных между собой в точке С вращательным шарниром. Левая часть состоит из Т-образного стержня, повернутого на 180° вокруг горизонтальной части стержня, левый конец которой связан в точке А с шарнирно-подвижной опорой с катками, расположенными на горизонтальной плоскости. Ее правый конец связан вращательным шарниром В со станиной. Правая часть конструкции состоит из наклонного стержня CD с уклоном вверх. Его верхний конец связан с невесомым стержнем 1, направленным перпендикулярно ему. Нижний конец невесомого стержня связан с плоскостью 2, перпендикулярной этому стержню. Все части стержня левой части конструкции и наклонный стержень ее правой части выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, например, внешний стержень 3 с клеммой 4. Клеммы направлены на горизонтальных частях стержня левой части в сторону неподвижного шарнира в точке В. На вертикальной части этого стержня и на наклонном стержне CD правой части - вверх. Нижний шарнир невесомого стержня 1 выполнен с возможностью перемещения вдоль наклонной плоскости 2 и жесткого закрепления к ней в нужном положении. Сама наклонная плоскость выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого закрепления с ней в нужном положении.

Составная конструкция работает следующим образом.

Силы, приложенные к составной конструкции, 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 при тех же размерах стержней будут давать в обоих случаях один и тот же результат. И только третье условие равновесия изменении длины стержней ступенчато и закреплении их с помощью клемм позволяет находить зависимости реакций опор и сил взаимодействия двух частей (АВС и CD) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного левее точки В, то будет увеличиваться расстояние от точки приложения силы Р₁ до точки В. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы Р₁ до точки В. Одновременно будет изменяться размер плеча силы Р₁ относительно точки В, 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, сравнивая результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена. Предложенная составная конструкция позволяет изменять размеры стержней и организовывать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов (1-го и 2-го), значительно улучшая их инженерную подготовку.

Claims (1)

1. Составная конструкция устройства для определения сил взаимодействия и реакций вращательного шарнира, шарнирно-подвижной опоры и невесомого стержня, состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Т-образного стержня, повернутого на 180° вокруг горизонтальной части стержня, левый конец которой связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, расположенными на горизонтальной плоскости, правый конец горизонтальной части Т-образного стержня связан вращательным шарниром со станиной, а правая часть составной конструкции состоит из наклонного стержня с уклоном вверх, верхний конец которого связан с невесомым стержнем, направленным перпендикулярно ему, причем нижний конец невесомого стержня связан с плоскостью, перпендикулярной этому стержню, отличающаяся тем, что все части Т-образного стержня левой части конструкции и наклонный стержень ее правой части выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях Т-образного стержня левой части составной конструкции в сторону вращательного шарнира, на вертикальной части этого стержня и на наклонном стержне правой части составной конструкции - вверх, а нижний шарнир невесомого стержня выполнен с возможностью перемещения вдоль наклонной плоскости и жесткого закрепления к ней, причем сама наклонная плоскость выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого закрепления с ней.