ЛАБОРАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕАКЦИЙ ДВУХ ОПОР

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
1
Известна составная конструкция учебной модели для определения сил реакций двух опор с приложенными к ней внешними силами и моментами и соответствующими размерами l (Патент RU 117180 U1. МПК G01M 1/12. Опубл. 20.06.2012. Бюл. №17), выполненная в виде ломаного стержня, участки которого являются телескопическими, при этом наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на вертикальном участке стержня вниз, на наклонном - вниз но уклону, левый и правый концы стержня связаны соответственно с двумя опорами.
Основной недостаток известной составной конструкции учебной модели заключается в том, что она имеет две абсолютно одинаковые опоры неподвижные вращательные шарниры, что не позволяет обучающимся изучить и исследовать реакции скользящего соединения со станиной и шарнирно-подвижной опоры.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у ломаного стержня учебной модели, изменяя размеры его участков, обеспечить обучающимся проведение учебных исследований по выявлению зависимости величии реакций связей от линейных размеров его участков при скользящем соединении со станиной и шарнирно-подвижной опоры.
Технический результат, заключающийся в изучении и исследовании по выявлению зависимости величин реакций связей от линейных размеров его участков при скользящем соединении со станиной и шарнирно-подвижной опоры, достигается тем, что в лабораторном устройство по теоретической механике для исследования реакций двух опор, выполненном в виде ломаного стержня, участки которого являются телескопическими, при этом наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на вертикальном участке стержня вниз, на наклонном - вниз по уклону, левый и правый концы стержня связаны соответственно с двумя опорами, согласно нашему предложению, левый конец стержня связан скользящим соединением со станиной, а правый конец стержня связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной площадке, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.
Такое исполнение стержня позволило обучающимся изучить две новые типовые связи и проводить учебные исследования по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) от размеров его участков.
На фиг. представлена схема лабораторного устройства.
Лабораторное устройство по механике для исследования реакций двух опор выполнено в виде ломаного стержня ACDB, участки которого ACD и DB являются телескопическими. При этом наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на вертикальном участке DB стержня вниз, на наклонном ACD - вниз по уклону. Например, вертикальный участок DB имеет наружный участок 1 и клемму 2, направленную вниз. Левый А и правый В концы стержня связаны соответственно с двумя опорами. Левый конец стержня связан скользящим соединением А со станиной, а правый конец стержня связан с шарнирно-подвижной опорой В, катки которой расположены на горизонтальной площадке. Площадка выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 3, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 4 станины и жесткого закрепления той и другой в нужном положении.
Лабораторное устройство по теоретической механике для исследования реакций двух опор работает следующим образом.
У известного стержня лабораторного устройства по теоретической механике для исследования реакций двух опор связи (опоры) выполнены абсолютно одинаковыми в виде неподвижных вращательных шарниров, у которых и реакции связей одинаковы.
У предложенного стержня лабораторного устройство по теоретической механике связи разные. Левая связь А выполнена в виде скользящего соединения со станиной (неподвижным телом). Правая связь В выполнена в виде шарнирно-подвижной опоры, катки которой расположены на горизонтальной площадке. Это позволяет, изменяя длины участков стержней и закрепляя их размеры с помощью клемм, изучить и исследовать изменение реакций связей двух новых типовых связей (опор) от размеров участков стержня. Можно изменять длину любого участка стержня или всех сразу и определять реакции его опор. Изменяя длины участков ACD и DB стержня ступенчато и определяя каждый раз реакции опор, можно получать зависимости реакций опор от размеров участков стержня. Понять работу стержня лучше тогда, когда определение реакций связей делать теоретически. К конструкции приложена плоская произвольная система сил. При решении задачи 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 ,
Первых два уравнения равновесия при изменении размеров участков стержня не изменяются. Изменяется только уравнение моментов, поскольку с изменением размеров участков, изменяются плечи сил, приложенных к участкам стержня. Очевидно, что изменяются и реакции связей, поскольку они входят во все уравнения равновесия, в том числе и в уравнение моментов. Закономерность изменения реакций связей при изменении размеров участков стержня и получают обучающиеся.
Общая методика решения подобных задач приведена в пособии (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр.8-14). Конструкция лабораторного устройства но теоретической механике для исследования реакций двух опор позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально и сравнивать результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Решение задач с изменяемыми размерами участков стержней лабораторного устройства по теоретической механике для исследования реакций двух опор внедрено в учебный процесс студентов первого курса Казанского государственного энергетического университета. Студенты уже с первого курса начинают выполнять учебно-исследовательскую работу. Это, несомненно, повышает качество обучения студентов.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.