RU131172U1

RU131172U1 - INSTALLATION FOR LABORATORY STUDIES OF FORCES TAKING INTO ACCOUNT QUIET FRICTION IN THE CONNECTION "BRAKE SHOE-DRUM"

Info

Publication number: RU131172U1
Application number: RU2013103559/28U
Authority: RU
Inventors: Юрий Сергеевич Маркин; Олег Юрьевич Маркин; Руслан Ринатович Рахматуллин; Марат Назипович Хабибуллин; Константин Олегович Маркин; Люция Маратовна Тухватшина
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2013-08-10

Abstract

Установка для лабораторных исследований сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан», состоящая из двух соосно расположенных барабанов разных радиусов, причем геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, на барабан большего радиуса намотана нить, расположенная слева, которая перекинута под углом к вертикали через шарнирно связанный со станиной блок справа, шарнир блока расположен на горизонтальной площадке и находится на одной вертикали с шарнирами барабанов, к концу нити прикреплен груз, справа к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная со штоком, ось симметрии которых совпадает с горизонтальной осью симметрии барабанов, шток расположен в двух направляющих станины, отличающаяся тем, что она снабжена водилом, шарнирно связанным со станиной в шарнирном соединении барабанов со станиной, основной стержень водила расположен параллельно штоку и жестко связан с его направляющими, левая часть стержня водила и часть стержня, расположенная между направляющими, выполнены телескопическими, наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, направленными вправо, правый конец основного стержня водила связан клеммой с кареткой с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу станины, средняя линия которого представляет собой дугу окружности, центр которой совпадает с геометрической осью вращательных шарниров барабанов, и жесткого закрепления каретки с помощью резьбовых крепежных элементов к станине, горизонтальная площадка, н�Installation for laboratory research of forces, taking into account rest friction in the “brake shoe-drum” joint, consisting of two coaxially arranged drums of different radii, the geometrical axis of the drums being horizontal and simultaneously the geometrical axis of the fixed rotary joints, a thread located on a drum of a larger radius on the left, which is thrown at an angle to the vertical through a block pivotally connected to the bed to the right, the hinge of the block is located on a horizontal platform and is located on one vertical with drum hinges, a load is attached to the end of the thread, a brake shoe is pressed to the right of a larger radius drum, rigidly connected to the rod, the axis of symmetry of which coincides with the horizontal axis of symmetry of the drums, the rod is located in two guide frames, characterized in that it is equipped with a carrier pivotally connected to the bed in the hinged connection of the drums with the bed, the main rod of the carrier is parallel to the rod and rigidly connected with its guides, the left part of the carrier carrier and part of the rod, wedged between the guides, made telescopic, the outer rods of the telescopic joints are made with terminals at the ends directed to the right, the right end of the main carrier carrier is connected by a terminal to the carriage with the possibility of moving it along the circular guide groove of the bed, the middle line of which is an arc of a circle whose center coincides with the geometric axis of the rotary joints of the drums, and rigidly securing the carriage with threaded fasteners to the bed, horizontal platform, n

Description

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.The utility model relates to laboratory equipment and can be applied in educational laboratories in theoretical and applied mechanics of technical universities, technical schools and technical schools.

Известна установка для рассмотрения сил с учетом трения покоя с приложенными к нему 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.35, рис.32, вар.9) начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, R, 1,5R, α, состоящая из двух соосно расположенных барабанов разных радиусов, радиус большего барабана в полтора раза больше радиуса меньшего барабана, геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, на барабан большего радиуса намотана нить, расположенная слева, которая перекинута под углом α к вертикали через шарнирно связанный со станиной блок справа, шарнир блока расположен на горизонтальной площадке и находится на одной вертикали с шарнирами барабанов, к концу нити прикреплен груз, справа к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная со штоком, ось симметрии которых совпадает с горизонтальной осью симметрии барабанов, шток расположен в двух направляющих станины.The installation for considering forces taking into account the friction of rest with external forces and moments applied to it is known (Collection of tasks for term papers in theoretical mechanics: A manual for technical universities. - 7th ed., Revised. - M .: Integral-Press, 2001, p. 35, fig. 32, var. 9) the initial position of the supports and the lengths of the links of which are determined by the corresponding dimensions a , b, R, 1,5R, α, consisting of two coaxially arranged drums of different radii, the radius of the larger drum is one and a half times the radius of the smaller drum, geometric axis b rabanov is located horizontally and at the same time is the geometric axis of the fixed rotary joints, a thread is wound on the drum of a larger radius, located on the left, which is thrown at an angle α to the vertical through the block on the right pivotally connected to the bed, the block hinge is located on a horizontal platform and is on the same vertical as the hinges drums, a load is attached to the end of the thread, a brake shoe is pressed to the right of a larger radius drum, rigidly connected to the rod, the axis of symmetry of which coincides with the horizon the axis of symmetry of the drums, the rod is located in two guides of the frame.

Основной недостаток известной установки заключается в том, что она имеет постоянные размеры штока (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры штока и постоянное положение опор, что не позволяет студентам (обучающимся) проводить учебные исследования как теоретические, так и экспериментальные по выявлению зависимости величин реакций связей и сил взаимодействия частей установки от линейных размеров штока и изменения взаимного расположения опор.The main disadvantage of the known installation is that it has constant rod sizes (solidified form), i.e. constant linear parameters of the rod and the constant position of the supports, which does not allow students (students) to conduct educational research, both theoretical and experimental, to identify the dependence of the magnitude of the reaction of bonds and the forces of interaction of the parts of the installation on the linear dimensions of the rod and change the relative position of the supports.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у водила штока можно было изменять его размеры, а у опор - изменять их взаимное положение, и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований как теоретических, так и экспериментальных, и сравнивать полученные результаты.The problem that the utility model is aimed at is that the rod carrier can be changed in its size, and for the supports it is possible to change their relative position, and provide students with educational research, both theoretical and experimental, and compare the results.

Технический результат достигается тем, что установка для лабораторных исследований сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан», состоящая из двух соосно расположенных барабанов разных радиусов, причем геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, на барабан большего радиуса намотана нить, расположенная слева, которая перекинута под углом к вертикали через шарнирно связанный со станиной блок справа, шарнир блока расположен на горизонтальной площадке и находится на одной вертикали с шарнирами барабанов, к концу нити прикреплен груз, справа к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная со штоком, ось симметрии которых совпадает с горизонтальной осью симметрии барабанов, шток расположен в двух направляющих станины, согласно нашему предложению, снабжена водилом, шарнирно связанным со станиной в шарнирном соединении барабанов со станиной, основной стержень водила расположен параллельно штоку и жестко связан с его направляющими, левая часть стержня водила и часть стержня, расположенная между направляющими, выполнены телескопическими, наружные стержни телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, направленными вправо, правый конец основного стержня водила связан клеммой с кареткой с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу станины, средняя линия которого представляет собой дугу окружности, центр которой совпадает с геометрической осью вращательных шарниров барабанов, и жесткого закрепления каретки с помощью резьбовых крепежных элементов к станине, горизонтальная площадка, на которой расположен шарнир блока, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.The technical result is achieved by the fact that the installation for laboratory research of forces, taking into account rest friction in the brake shoe-drum connection, consisting of two coaxially arranged drums of different radii, the geometrical axis of the drums being horizontal and at the same time the geometrical axis of the fixed rotary joints on the drum of greater radius, a thread is wound on the left, which is thrown at an angle to the vertical through a block pivotally connected to the bed to the right, the hinge of the block is located on a horizontal platform and is located on the same vertical with the hinges of the drums, a load is attached to the end of the thread, a brake shoe is pressed to the drum of a larger radius to the right, rigidly connected to the rod, the axis of symmetry of which coincides with the horizontal axis of symmetry of the drums, the rod is located in two guide beds, according to our proposal, equipped with a carrier, pivotally connected to the bed in the articulation of the drums with the frame, the main rod of the carrier is parallel to the rod and is rigidly connected with its guides, lion the leading part of the carrier and the part of the rod located between the guides are made telescopic, the outer rods of the telescopic connections are made with terminals on the ends directed to the right, the right end of the main carrier carrier is connected by a terminal to the carriage with the possibility of moving it along the circular guide groove of the bed, the middle line of which represents an arc of a circle, the center of which coincides with the geometric axis of the rotational hinges of the drums, and hard fixing the carriage with threaded fasteners lementov to the frame, a horizontal platform on which the pivot block is located, being movable along a vertical guide frame and fixed thereto.

Такое исполнение установки позволило изменять размеры основного стержня водила и взаимное положение опор и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей установки от размеров основного стержня водила и изменения взаимного положения опор, а также угла наклона нити к вертикали.Such a setup made it possible to change the dimensions of the main carrier rod and the mutual position of the supports and conduct training studies for students to identify the dependence of the reaction values of bonds (supports) and the forces of interaction of the parts of the installation on the dimensions of the main rod of the carrier and change the relative position of the supports, as well as the angle of inclination of the thread to the vertical .

На фиг. представлена схема предлагаемой установки.In FIG. The scheme of the proposed installation is presented.

Установка для лабораторных исследований сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан» с приложенными к ней внешними силами и моментами, начальное положение опор и длины звеньев которой определяются соответствующими размерами a, b, R, 1,5R, α, состоит из двух соосно расположенных барабанов 1 и 2 разных радиусов. Радиус большего барабана 1 в полтора раза больше радиуса меньшего барабана 2. Геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров О. На барабан 1 большего радиуса намотана нить 3, расположенная слева, которая перекинута под углом α к вертикали через шарнирно связанный со станиной блок 4 справа. Шарнир С блока расположен на горизонтальной площадке и находится на одной вертикали с шарнирами О барабанов. К концу нити прикреплен груз Q. Справа к барабану 1 большего радиуса прижата тормозная колодка 5, жестко связанная со штоком 6, ось симметрии которых совпадает с горизонтальной осью симметрии барабанов О. Шток расположен в двух направляющих станины А и В.Installation for laboratory research of forces, taking into account rest friction in the “brake shoe-drum” connection with external forces and moments applied to it, the initial position of the supports and link lengths of which are determined by the corresponding dimensions a , b, R, 1,5R, α, consists of two coaxially located drums 1 and 2 of different radii. The radius of the larger drum 1 is one and a half times greater than the radius of the smaller drum 2. The geometric axis of the drums is horizontal and at the same time is the geometric axis of the fixed rotary hinges O. A drum 3 is wound on the drum 1 of a larger radius, located on the left, which is thrown at an angle α to the vertical through the articulated with a bed block 4 on the right. The hinge C of the block is located on a horizontal platform and is on the same vertical as the hinges O of the drums. A load Q is attached to the end of the thread. A brake shoe 5 is pressed to the right of a larger radius drum 1, rigidly connected to the stem 6, whose axis of symmetry coincides with the horizontal axis of symmetry of the drums O. The stem is located in two guides of the bed A and B.

Установка снабжена водилом 7, шарнирно связанным со станиной в шарнирном соединении О барабанов со станиной. Основной стержень 8 водила расположен параллельно штоку 6 и жестко связан с его направляющими А и В. Левая часть стержня 8 водила и часть стержня, расположенная между направляющими А и В, выполнены телескопическими. Наружные стержни 9 и 10 телескопических соединений выполнены с клеммами 11 и 12 на концах, направленными вправо. Правый конец основного стержня 8 водила 7 связан клеммой 13 с кареткой 14 с возможностью перемещения ее по круговому направляющему пазу 15 станины. Средняя линия паза представляет собой дугу окружности радиуса r, центр которой совпадает с геометрической осью О вращательных шарниров барабанов. Каретка 14 жестко закреплена с помощью резьбовых крепежных элементов 16 к станине. Горизонтальная площадка, на которой расположен шарнир С блока 4, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 17 станины и жесткого закрепления к ней.The installation is equipped with a carrier 7, pivotally connected to the bed in a swivel joint O of the drums with the bed. The main rod 8 of the carrier is parallel to the stem 6 and is rigidly connected with its guides A and B. The left side of the rod 8 of the carrier and the part of the rod located between the guides A and B are made telescopic. The outer rods 9 and 10 of the telescopic connections are made with terminals 11 and 12 at the ends directed to the right. The right end of the main rod 8 of the carrier 7 is connected by a terminal 13 to the carriage 14 with the possibility of moving it along the circular guide groove 15 of the bed. The middle line of the groove is an arc of a circle of radius r, the center of which coincides with the geometric axis O of the rotational joints of the drums. The carriage 14 is rigidly fixed by means of threaded fasteners 16 to the bed. The horizontal platform, on which the hinge C of block 4 is located, is made with the possibility of movement along the vertical guide 17 of the bed and rigidly fixed to it.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Теоретически в установке с размерами прототипа необходимо определять минимальное значение внешней силы Р, приложенной к штоку, силы взаимодействия частей прибора и реакции его опор, находящиеся в покое, с учетом сил сцепления (трения покоя) в соединении «тормозная колодка - барабан». Эта задача решается с помощью уравнений равновесия. Согласно рекомендациям, изложенным в указанном выше источнике, в котором описан прототип, сначала составляются уравнения равновесия сил, приложенных к грузу Q. Из этих уравнений определяется реакция нити и нормальная реакция при взаимодействии нити с блоком. Затем составляются уравнения равновесия сил, приложенных к барабану 1, из которых определяется сила сцепления и нормальная сила, действующая на барабан, а также реакции шарниров барабана. Для определения минимального значения силы Р и реакций опор в неподвижном шарнире А рычага достаточно рассмотреть равновесие сил, приложенных к штоку.Theoretically, in an installation with the dimensions of the prototype, it is necessary to determine the minimum value of the external force P applied to the rod, the forces of interaction of the parts of the device and the reactions of its supports, which are at rest, taking into account the adhesion forces (rest friction) in the brake shoe - drum connection. This problem is solved using equilibrium equations. According to the recommendations set forth in the above source, which describes the prototype, first, the equations of equilibrium of forces applied to the load Q are compiled. The reaction of the thread and the normal reaction during the interaction of the thread with the block are determined from these equations. Then, the equilibrium equations of the forces applied to the drum 1 are compiled, from which the adhesion force and the normal force acting on the drum are determined, as well as the reaction of the drum hinges. To determine the minimum value of the force P and the reactions of the supports in the fixed hinge A of the lever, it suffices to consider the balance of forces applied to the rod.

Поскольку в предложенной полезной модели предусмотрено изменение длины основного стержня водила и взаимного положения опор, то перечисленные величины сил можно определять при измененных размерах стержня 8 и соответствующих размеров взаимного положения опор А и В. Если длины нижней и части стержня, расположенной между опорами штока 8, изменять ступенчато последовательно или одновременно, то можно получать и соответствующие значения сил. По полученным данным можно строить графические зависимости значения сил от изменения размеров основного стержня 8 и его опор. Шток 6 можно перемещать в пределах угла β, который равен 90° и симметрично расположен относительно горизонтали. Перемещением горизонтальной площадки шарнира С вдоль вертикальной направляющей 17 можно изменять и угол α. Изменение угла α дает дополнительную возможность проведения научных исследований.Since the proposed utility model provides for a change in the length of the main carrier rod and the relative position of the supports, the listed forces can be determined with the changed dimensions of the rod 8 and the corresponding sizes of the relative positions of the supports A and B. If the length of the lower and the part of the rod located between the rod supports 8, change stepwise sequentially or simultaneously, then you can get the corresponding values of forces. Based on the data obtained, it is possible to construct graphical dependences of the force value on the change in the size of the main rod 8 and its supports. The rod 6 can be moved within the angle β, which is 90 ° and symmetrically located relative to the horizontal. By moving the horizontal area of the hinge C along the vertical guide 17, the angle α can also be changed. Changing the angle α provides an additional opportunity for scientific research.

Определять соответствующие зависимости можно и экспериментально, снабдив звенья установки соответствующими датчиками и регистрирующей аппаратурой. Появилась возможность у обучающихся проводить как теоретические, так и экспериментальные исследования и сравнивать их результаты.The corresponding dependencies can also be determined experimentally by equipping the unit links with appropriate sensors and recording equipment. Students have the opportunity to conduct both theoretical and experimental studies and compare their results.

Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.Thus, the task posed to the utility model is fully completed.

Claims

Installation for laboratory research of forces, taking into account rest friction in the “brake shoe-drum” joint, consisting of two coaxially arranged drums of different radii, the geometrical axis of the drums being horizontal and simultaneously the geometrical axis of the fixed rotary joints, a thread located on a drum of a larger radius on the left, which is thrown at an angle to the vertical through a block pivotally connected to the bed to the right, the hinge of the block is located on a horizontal platform and is located on one vertical with drum hinges, a load is attached to the end of the thread, a brake shoe is pressed to the right of a larger radius drum, rigidly connected to the rod, the axis of symmetry of which coincides with the horizontal axis of symmetry of the drums, the rod is located in two guide frames, characterized in that it is equipped with a carrier pivotally connected to the bed in the articulation of the drums with the bed, the main rod of the carrier is parallel to the rod and rigidly connected with its guides, the left part of the carrier carrier and part of the rod, position wedged between the guides, made telescopic, the outer rods of the telescopic joints are made with terminals at the ends directed to the right, the right end of the main carrier carrier is connected by a terminal to the carriage with the possibility of moving it along the circular guide groove of the bed, the middle line of which is an arc of a circle whose center coincides with the geometric axis of the rotary joints of the drums, and rigidly securing the carriage with threaded fasteners to the bed, horizontal platform, n wherein the hinge unit is located, being movable along a vertical guide frame and fixed thereto.