СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ СХОДЯЩИХСЯ СИЛ

Стенд относится к лабораторному оборудованию и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической механике.
Известен стенд для исследования пространственной системы сходящихся сил [1] (рис.100, стр.125), состоящий из станины, выполненной в виде сплошной вертикальной плиты, к которой в нижней части на оси симметрии шарнирно прикреплен стержень, а другой его конец поддерживается двумя горизонтальными цепями (гибкими нерастяжимыми нитями) одинаковой длины, шарнирно прикрепленными к той же плите, а к верхнему концу стержня с помощью шарнирно закрепленного троса подвешен груз.
Основной недостаток известного стенда заключается в том, что он имеет конструктивные неизменяемые параметры, в результате чего он не пригоден для проведения учебных исследований по выявлению зависимостей усилий в стержне и в гибких нерастяжимых нитях от углов их наклона относительно координатных осей.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, и технический результат от ее использования заключается в том, чтобы конструктивные параметры стенда сделать изменяемыми, т.е. пригодными для проведения учебных исследований как теоретических, так и экспериментальных.
Технический результат достигается тем, что плита вверху и внизу снабжена двумя горизонтальными направляющими пазами, в которых расположены резьбовые крепежные элементы двух вертикальных кронштейнов с продольными направляющими пазами с возможностью перемещения кронштейнов вдоль направляющих пазов плиты и жесткого закрепления их к плите в нужном положении, в продольных пазах кронштейнов расположены резьбовые крепежные элементы опор шарнирных соединений концов единой нерастяжимой нити, проходящей в тороидальном отверстии верхнего конца
стержня, а резьбовые крепежные элементы его нижней шарнирной опоры расположены в нижнем направляющем пазу плиты с возможностью перемещения опоры вдоль паза и жесткого закрепления ее к плите в нужном положении, нерастяжимая нить и стержень снабжены встроенными в них емкостными датчиками усилий, возникающих в них.
Такое исполнение стенда позволяет изменять положение вертикальных кронштейнов и опор шарнирных соединений стержня и концов нерастяжимой нити относительно плиты. Тем самым в широких пределах изменять углы их наклона относительно координатных осей и проводить как теоретические, так и экспериментальные исследования по выявлению зависимостей усилий, возникающих в стержнях, от углов их наклона относительно координатных осей.
На фиг.1 представлена схема стенда, а на фиг.2-5 - схемы его функциональных возможностей.
Стенд устроен следующим образом.
Вертикальная плита (станина) 1 имеет два горизонтальных направляющих паза 2 и 3, в которых находятся резьбовые крепежные элементы 4 двух вертикальных кронштейнов 5 и 6 с продольными направляющими пазами соответственно 7 и 8. В пазах 7 и 8 находятся резьбовые крепежные элементы 9 опор 10 и 11 шарнирных соединений концов единой нерастяжимой нити 12, проходящей в тороидальном отверстии верхнего конца стержня 13. Нижний конец стержня 13 шарнирно соединен с опорой 14, резьбовые крепежные элементы которой расположены в нижнем направляющем пазу 3 плиты с возможностью перемещения вдоль паза и жесткого закрепления к станине этой опоры в нужном положении. К верхнему концу стержня 13 шарнирно закреплен трос 15с грузом 16 на конце. Ветви нити 12 и стержень 13 снабжены встроенными в них емкостными датчиками 17 усилий, возникающих в них [2].
Стенд работает следующим образом.
Перемещением кронштейнов 5 и 6 вдоль направляющих пазов 2 и 3 плиты 1, а также опор 10, 11 и 14- вдоль соответствующих пазов, и жестким закреплением их в нужном положении устанавливают требуемые углы α, β, γ и θ относительно координатных осей Охуz (фиг.2, 3, 4, 5). Затем систему «нить 12 - стержень 13» нагружают с помощью троса 15 с грузом 16 и с помощью датчиков 17 и измерительной аппаратуры, не показанной на чертеже, измеряют усилия, возникшие в нити 12 и стержне 13. Если описанным образом изменять через определенные значения каждый из перечисленных выше углов и каждый раз систему нагружать одним и тем же грузом, то можно экспериментально определять зависимость усилий в стержне и ветвях нити от изменения углов наклона их по отношению осей координат. Одновременно для каждого значения углов усилия в стержне и нити можно определять аналитически известными в теоретической механике методами.
Налицо значительное расширение функциональных возможностей предлагаемого стенда, обеспечивающего проведение учебных исследований как аналитических, так и экспериментальных по определению зависимостей усилий в стержне и ветвях нити от углов их наклона к координатным осям.
ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ
1. Никитин Е.М. Теоретическая механика для техникумов. - М.: Наука, 1983. - 336 с.
2. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие. Под ред. канд.техн. наук Р.А.Макарова. - М.: Машиностроение, 1975. 288 с.