RU1781691C

RU1781691C - Practice device for mechanics

Info

Publication number: RU1781691C
Application number: SU914910988A
Authority: RU
Inventors: Борис Владимирович Панов; Анатолий Андреевич Чернов
Priority date: 1991-02-18
Filing date: 1991-02-18
Publication date: 1992-12-15

Abstract

Изобретение относитс к учебным приборам , в частности к приборам дл определени коэффициента трени скольжени , прибор позвол ет упростить определение коэффициента трени скольжени , а также расширить дидактические возможности. Сущность изобретени : прибор снабжен поворотной штангой, св занной с валами посредством подшипников, а с корпусом посредством зажима, при этом индикатор выполнен в виде съемного плоского образца , кроме того валы снабжены легкосъемными замками дл смены опор, а корпус установлен на основании посредством подвижных опор. Устанавлива под различными углами штангу, измен положение плоского образца и смен опоры при различных услови х.опр едел ют .коэффициент трени . 2 з.п. ф-лы, 4 ил.The invention relates to educational devices, in particular to devices for determining the sliding friction coefficient, the device allows to simplify the determination of the sliding friction coefficient, as well as to expand the didactic possibilities. SUMMARY OF THE INVENTION: the device is provided with a pivoting rod connected to the shafts by means of bearings, and to the housing by means of a clamp, the indicator is made in the form of a removable flat sample, in addition, the shafts are equipped with easily removable locks for changing supports, and the housing is mounted on the base by means of movable supports. Installing the rod at different angles, changing the position of the flat sample and changing the support under different conditions, determine the friction coefficient. 2 s.p. f-ly, 4 ill.

Description

Изобретение относитс к учебным приборам по механике, в частности к приборам дл определени коэффициента трени скольжени .The invention relates to training devices in mechanics, in particular to devices for determining the sliding friction coefficient.

Известен учебный прибор, содержащий основание, установленный на основании корпус со шкалой, поворотную штангу, св занную с корпусом посредством зажима, индикатор в, виде ползуна.A training device is known comprising a base, a base mounted on the base of the housing with a scale, a pivoting rod connected to the housing via a clamp, an indicator in the form of a slider.

Недостатком прибора вл ютс его ограниченные дидактические возможности, так как прибор не позвол ет определ ть коэффициент трени скольжени .A disadvantage of the device is its limited didactic capabilities, since the device does not allow determining the slip coefficient of friction.

Наиболее близким по технической сущности к за вл емому вл етс учебный прибор, содержащий основание, установленный на основании корпус со шкалой, св занные с корпусом электродвигатель с валом, второй вал, св занный с первым по- средство м зубчатой передачи, установленные на валах опоры, св занный с опорами индикатор.The closest in technical essence to the claimed invention is a training device containing a base mounted on the base of the housing with a scale associated with the housing of the electric motor with a shaft, a second shaft associated with the first means of gear transmission mounted on the shaft of the support indicator associated with the supports.

Недостатками прибора вл ютс сложность определени коэффициента трени скольжени , что св зано с определением динамических характеристик колебательной системы (измерений линейных величин, времени) и использовани сложного математического аппарата динамики колебательных систем, с которым обучаемые могут быть незнакомы (при изучении вопросов, св занных с трением, например, в техникумах ), ограниченные дидактические возможности прибора, так как он не позвол ет демонстрировать закон сохранени центра масс материальной системы, кроме того ограниченность дидактических возможностей обусловлена возможностью определени коэффициента трени скольжени дл одной пары материалов на одном приборе.The disadvantages of the device are the difficulty in determining the coefficient of sliding friction, which is associated with the determination of the dynamic characteristics of the oscillatory system (measurements of linear quantities, time) and the use of a complex mathematical apparatus of the dynamics of oscillatory systems with which the trainees may be unfamiliar (when studying issues related to friction , for example, in technical schools), the limited didactic capabilities of the device, since it does not allow to demonstrate the law of conservation of the center of mass of the material system, except Moreover, the limited didactic possibilities are due to the possibility of determining the slip friction coefficient for one pair of materials on one device.

Целью изобретени вл етс упрощение определени коэффициента трени скольжени , а также расширение дидактических возможностей прибора.The aim of the invention is to simplify the determination of the coefficient of sliding friction, as well as expanding the didactic capabilities of the device.

де.%de.%

XI ODXI OD

шЗ|shZ |

оabout

Поставленна цель достигаетс тем, что чебный прибор по механике, содержащий снование, установленный на основании орпус со шкалой, св занные с корпусом лектродвигатель с валом, второй вал. св анный с первым посредством зубчатой передачи , установленные на ,валах опоры, в занный с опорами индикатор, дополниельно снабжен поворотной штангой, св занной с валами посредством подшипников, а с кор гТусШ посредствбм зажима, при этом индикаЧф выполнен в %иде съемного плоского образца, кроме того валы снабжены легкосъемными замками дл смены опор, а корпус установлен на основании посредством подвижных опор.The set goal is achieved in that a mechanics tool, comprising a warp mounted on the base of an housing with a scale, an electric motor and a shaft connected to the housing, a second shaft. associated with the first by means of a gear, mounted on the support shafts, in an indicator connected with the supports, is additionally equipped with a rotary rod connected to the shafts by bearings, and with a sleeve of clamping means, the indicator is made in% ide removable flat sample, in addition, the shafts are provided with easily removable locks for changing supports, and the housing is mounted on the base by means of movable supports.

На фиг. 1 представлен общий вид прибора; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - разрез по А-А фиг. 2; на фиг. 4 - расчетна схема прибора.In FIG. 1 shows a general view of the device; in FIG. 2 - the same, top view; in FIG. 3 is a section along AA of FIG. 2; in FIG. 4 - design diagram of the device.

Учебный прибор по механике содержит основание 1. установленный на основании посредством опор 2, 3, корпус 4 (передн крышка 5 корпуса 4 на фиг. 1 не показана) со шкалой 6. св занные с корпусом 4 реостат , подключенный к электродвигателю 8 с валом 9, второй вал 10, св занный с первым 9 посредством зубчатой передачи (зубчатые колеса 11, 12), установленные на валах с помощью легкосъемных замков (выполненных , например, в виде винтов 13, 14) опор 15, 16, св занный с опорами индикатор , выполненный в виде съемного плоского образца 17, Кроме того прибор снабжен поворотной штангой 18, св занной с валом 9 посредством подшипника 19, а с валом 10 посредством аналогичных подшипников, при этом с корпусом 4 штанга 18 св зана посредством зажима 20. Кроме того вал 9 св зан с корпусом 4 посредством подшипника 21 и стойки 22.The training device in mechanics contains a base 1. mounted on the base by means of supports 2, 3, housing 4 (the front cover 5 of housing 4 in Fig. 1 is not shown) with a scale 6. connected to the housing 4 is a rheostat connected to an electric motor 8 with a shaft 9 , the second shaft 10 connected to the first 9 by means of a gear transmission (gears 11, 12) mounted on the shafts using easily removable locks (made, for example, in the form of screws 13, 14) of the supports 15, 16, an indicator connected with the supports made in the form of a removable flat sample 17, In addition, the device is equipped with a turn oh rod 18 associated with a shaft 9 through a bearing 19 and a shaft 10 by means of similar bearings, wherein the housing 4 Rod 18 is coupled by the clip 20. Further shaft 9 is coupled to the housing 4 by the bearing 21 and the rack 22.

Демонстраци учебного прибора производитс следующим образом.The demonstration of the training device is as follows.

Предварительно производ т необходимые измерени длины L (фиг, 4) плоского образца 17, диаметра о: цилиндрических опор 15, 16, межцентрового рассто ни А, толщины 6 плоского образца 17. Устанавливают поворотную штангу 18 (предварительно открыв зажим 20) на угол /3 30-50° (угол /3 выбираетс тем больше, чем больше ожидаемый коэффициент трени , и коммутируетс по шкале 6) и фиксируют зажимом 20. Закрепл ют с помощью винтов 13, 14 опоры 15, 16 из исследуемого материала, а между опорами закладывают (фиг. 1, фиг. 4) плоский образец 17, придержива его рукой . Включают и с помощью реостата 7 вывод т электродвигатель 8 на рабочий режим . Цилиндрическое опоры 15 и 16 вращаютс с одинаковой угловой скоростьюThe necessary measurements are preliminarily made for the length L (Fig. 4) of the flat sample 17, diameter o: cylindrical supports 15, 16, center distance A, thickness 6 of the flat sample 17. Set the pivot rod 18 (after opening clip 20) at an angle of / 3 30-50 ° (the angle / 3 is selected the greater, the greater the expected coefficient of friction, and commutes on a scale of 6) and fixed with clamp 20. Fasten the supports 15, 16 from the test material with screws 13, 14, and place between the supports ( Fig. 1, Fig. 4) a flat sample 17, holding it with his hand. The electric motor 8 is turned on and, by means of a rheostat 7, is brought to the operating mode. The cylindrical bearings 15 and 16 rotate at the same angular speed

о) (колеса 11 и 12 имеют одинаковые размеры ) в разных направлени х. Направление вращени выбираетс таким образом, чтобы силы трени в точках касани плоского образца 17 и цилиндрических опор 15, 16o) (wheels 11 and 12 are the same size) in different directions. The direction of rotation is selected so that the friction forces at the points of contact of the flat sample 17 and the cylindrical supports 15, 16

стремились сдвинуть плоский образец вверх. Перемещение плоского образца вверх из равновесного положени под действием сил трени приводит к уменьшению нормальных реакций NI и Na, а значит, и силsought to move the flat sample up. Moving a flat sample upward from an equilibrium position under the action of friction forces reduces the normal reactions of NI and Na, and, hence,

трени fNi и fNa (где f - коэффициент трени скольжени ). В этом случае образец 17 под действием силы т жести Q стремитс восстановить свое равновесное положение и сдвигаетс вниз. Такого рода колебанийfriction fNi and fNa (where f is the coefficient of friction friction). In this case, the sample 17, under the action of gravity Q, tends to restore its equilibrium position and moves down. This kind of vibrations

плоского образца 17 продолжаютс до тех пор, пока образец не займет положени , при котором все силы будут находитьс в равновесии. Это положение определ етс параметрами L, А, а , длиной свисающего участка плоского образца I. При перемещени х плоского образца 17 вправо происходит перемещение корпуса 4 на подвижных опорах 2,3 влево, при перемещени х плоского образца 17 влево происходитthe flat sample 17 continues until the sample takes up a position in which all forces are in equilibrium. This position is determined by the parameters L, A, a, the length of the hanging portion of the flat sample I. When moving the flat sample 17 to the right, the housing 4 moves on the movable supports 2.3 to the left, when moving the flat sample 17 to the left

перемещение корпуса 4 вправо - демонстрируетс закон сохранени центра масс маг териальной системы. Соотношени между величинами, определ ющими равновесное положение плоского образца 17, определ ютс следующим расчетом.moving the housing 4 to the right - the law of conservation of the center of mass of the magnetic system is demonstrated. The ratios between the values determining the equilibrium position of the flat sample 17 are determined by the following calculation.

Реакции в точках В и С можно найти, составив два уравнени равновеси The reactions at points B and C can be found by compiling two equations of equilibrium

4040

2 Мв - Q cos а(- т) - N2I0 - 0; 2Mc Qcos a(lo + l- 7f) 0 (1)2 MW - Q cos a (- m) - N2I0 - 0; 2Mc Qcos a (lo + l- 7f) 0 (1)

45 отсюда45 from here

Nl-Q o+ -0.51.COSOtNl-Q o + -0.51.COSOt

Na QNa q

о 1 - 0.5Labout 1 - 0.5L

cos a .(2)cos a. (2)

Дл определени коэффициента трени проектируют fNi, Q, fN2 на направление 55 движени плоского образца 17To determine the coefficient of friction, fNi, Q, fN2 are projected in the direction of motion 55 of the flat sample 17

QQ

Ml +N2ML + N2

sin asin a

(3)(3)

Подставл значени Ni и N2, найденные из (2) и (3), и получают значение коэффициента трени Substituted the values of Ni and N2 found from (2) and (3), and get the coefficient of friction

W W

I0 и а наход т из рассмотрени треугольника Oi02D:I0 and a are found from the consideration of the triangle Oi02D:

lo A-cosy;sin llo A-cozy; sin l

а -у -агсз1п дa-u-arsz1p d

раздела Статика, с которым обучаемые знаком тс даже при сокращенных программах машиностроительных специальностей техникумов. Кроме того, техникоэкономическа эффективность обусловлена расширением дидактических возможностей прибора за счет возможностей определени коэффициента трени скольжени дл различных материалов, а также за счет возможности демонстрации закона сохранени положени центра масс материальной системы .section of Statics, with which the trainees are familiar with the vehicle even with the reduced programs of engineering specialties of technical schools. In addition, technical and economic efficiency is due to the expansion of the didactic capabilities of the device due to the possibility of determining the sliding friction coefficient for various materials, as well as due to the possibility of demonstrating the law of conservation of the center of mass of the material system.

Изобретение целесообразно использовать в ВУЗах и техникумах на лекци х и вThe invention is advisable to use in universities and colleges at lectures and

лабораторном практикуме по механике.laboratory workshop on mechanics.

После установлени равновесного состо ни (остановки плоского образца 17) производ т (например, карандашом) на поверхности плоского образца отметку точки В напротив места соприкосновени с опорой 15. Измерение длины (.производ т после остановки электродвигател 8 на сн том с прибора плоском образце 17. После этого по (4) определ ют коэффициент трени скольжени дл заданной пары материалов (материал плоского образца 17 - материал опор 15,16). После этого снимают опоры 15, 16 (путем сн ти замков 13, 14), замен ют опорами из другого материала и повтор ют демонстрацию.After establishing the equilibrium state (stopping the flat sample 17) (for example, with a pencil), point B is marked on the surface of the flat sample opposite the point of contact with the support 15. The length measurement (.when the motor 8 is stopped after removing the flat sample 17 from the device After that, the sliding friction coefficient for a given pair of materials is determined from (4) (the material of the flat sample 17 is the material of the supports 15.16). After that, the supports 15, 16 are removed (by removing the locks 13, 14), replaced with supports from other material and repeat ie demonstration.

Технико-экономическа эффективность изобретени обусловлена упрощением определени коэффициента трени скольжени , так как дл этого необходимо при демонстраци х определить лишь один линейный размер I, немаловажно при этом отметить, что используютс простые расчетные зависимости, полученные на основеThe technical and economic efficiency of the invention is due to the simplification of the determination of the friction coefficient of slip, since for this it is necessary to determine only one linear dimension I during demonstrations, it is important to note that simple calculation dependences obtained on the basis of

Claims

1. A training device in mechanics, comprising a base, a housing mounted on the base with a scale, an electric motor connected to the housing with a shaft, a second shaft connected to the first by means of a gear, mounted on the support shafts, an indicator connected to the supports, about characterized in that, in order to simplify the determination of the friction coefficient of sliding, as well as expand the didactic possibilities, the device is additionally equipped with a rotary rod connected to the shafts by means of bearings, and to the housing by means of a clamp, locator is formed as a removable flat sample.

2. The device according to claim 1, characterized in that the shafts are provided with easily removable locks for changing supports.

3. A device according to claim 1, characterized in that the housing is mounted on the base by means of movable supports.

7

blr

2p 4 °

:, .- is

FIG. 2

Figure 1

i, 111 11 ii 11.i

- 6

IG

°

go

ABOUT

w

and 1

Fig.Z

I

&

43