Устройство для визуализации направлений реакций плоских стержневых конструкций
DEVICE FOR VISUALIZATION OF DIRECTIONS OF REACTIONS OF FLAT ROD STRUCTURES

Изобретение относится к области образования, к средствам обучения в качестве технического средства обучения в вузах, колледжах, где изучается теоретическая и прикладная механика.
Известно устройство для демонстрации равновесия двухопорной балки, содержащее жесткую балку, опирающуюся на станину посредством подвижного шарнира с одной стороны, а с другой стороны закрепленную в шарнире, выполненном в виде корпуса с цилиндрической поверхностью, в котором расположено два подшипника качения. На обоих шарнирах закреплены стрелки, показывающие направление реакций в опорах, на балке имеются зацепы, к которым прикрепляется стрелка, характеризующая направление активной силы (полезная модель РФ 86030. опубл. 20.08.2009).
За прототип выбрано устройство для визуализации направления реакций двухопорной балки, содержащее балку, к которой прикреплена стрелка, характеризующая направление активной силы, отличающееся тем, что концы балки зажаты между подпружиненными кнопочными контактами, установленными в держателях, при этом перед балкой на станине установлен полупрозрачный экран, в котором, в местах изображения реакций, сделаны светопроводящие вставки, за которыми расположены секции светодиодов (полезная модель РФ 132235, опубл. 10.09.2013).
Причинам, препятствующим достижению указанного технического результата является то, что устройство не позволяет демонстрировать направление реакций составных конструкций и в отдельных составных частях ферм-стержнях.
Задача, на решение которой направлено изобретение - повышение наглядности и расширение демонстрационных возможностей.
Технический результат - визуализация направлений проекции реакций в составных частях стержневых конструкций и ферм, при различных направлениях силы и точках ее приложения.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для визуализации направления реакций плоских стержневых конструкций содержащее станину, полупрозрачный экран, в котором, в местах изображения реакций, сделаны светопроводящие вставки, за которыми расположены секции плат со светодиодами, стрелку, характеризующую направление силы тяжести, согласно изобретению дополнительно содержит вертикальный экран с пазом, два цилиндрических шарнира, два стержня составной конструкции, ось, гибкую нить, блок с осью, груз, при этом на станину с помощью сварки жестко монтируется вертикальный экран, с одной стороны которого жестко устанавливаются блок с осью и цилиндрические шарниры, при этом одни концы стержней составной конструкции соединяются с цилиндрическими шарнирами, а другими концами соединяются между собой посредством оси, расположенной в пазу вертикального экрана, ось имеет два упора для фиксации ее в пазу с двух сторон вертикального экрана и соединяется гибкой нитью, перекинутой через блок с грузом, к которому крепится стрелка, характеризующая направление силы тяжести, при этом каждый стержень составной конструкции состоит из цилиндра с прорезью в стенке, поршня с выступом, соединенного жестко со штоком, крышки, двух пружин, расположенных с двух сторон поршня, двух микропереключателей с контактными пластинами, при этом выступ поршня выступает из прорези и взаимодействует с контактными пластинами микропереключателей, закрепленных к стенке цилиндра со стороны прорези, а полупрозрачный экран со светопроводящими вставками с изображением в виде стрелок и плата со светодиодами закрепляются к стенке цилиндра, расположенной симметрично прорези.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства, на фиг. 2 - разрез А-А, на фиг. 3 - стержень составной конструкции, на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема.
Устройство для визуализации направлений реакций плоских стержневых конструкций (фиг. 1-3) состоит из станины 1, полупрозрачного экрана 2, в котором, в местах изображения реакций, сделаны светопроводящие вставки 3 и 4, за которыми расположены секции плат 5 со светодиодами 6 и 7, стрелку 8, характеризующую направление силы тяжести. К станине 1 прикреплен вертикально экран 9 с пазом 10, на экране 9 размещены цилиндрические шарниры 11 и 12, к которым крепятся концы стержней 13 и 14 составной конструкции, другие концы стержней 13 и 14 соединяются между собой осью 15, имеющей возможность перемещаться вертикально в пазу 10 экрана 9. К оси 15 крепится гибкая нить 16, перекинутая через блок 17, закрепленный на экране 9 посредством оси 18, к другому концу гибкой нити 16 подвешен груз 19 с изображением стрелки 8, характеризующей направление силы тяжести. Для фиксации оси 15 в пазу вертикального экрана 9 с двух сторон предусмотрены упоры 20. Каждый из стержней 13 или 14 составной конструкции, состоит из цилиндра 21 (фиг. 3) в стенке, которого выполнена прорезь 22, также имеется поршень 23 с выступом 24, шток 25, крышка 26, пружин 27 и 28. В прорези 22 перемещаться выступ 24 поршня 23 как по направляющей и воздействует с микропереключателями 29 и 30 посредством контактных пластин 31 и 32. К цилиндру 21 крепится плата 5 со светодиодами 6 и 7, при этом светодиоды 6 и 7 закрыты полупрозрачным экраном 2 с изображением вставок 3 и 4, характеризующих направление реакций в стержнях.
На фиг. 4 изображена принципиальная электрическая схема устройства, которая состоит из стабилизатора напряжения типа L7805, светодиодов VD1, VD2, VD3, VD4 с одной стороны подключены к кнопочным микропереключателям, соответственно, SB1, SB2, SB3, SB4, другие выводы микропереключателей подключены к общему проводу-«массе». Аноды светодиодов VD1, VD2 и VD3, VD4 соединены между собой и через токоограничивающие резисторы R1 и R2 подключены к положительному выводу стабилизатора.
Устройство работает следующим образом.
При подвешивании груза 19 к гибкой нити 16, перекинутой через блок 17, ось 15, под воздействием груза 19, сместится вверх по пазу 10, при этом стержень 13 составной конструкции будет испытывать сжатие, вследствие чего, его шток 25 (фиг. 3) переместится в направлении цилиндра 21 влево (по рис. фиг. 3), сжимая пружину 27. Выступ 24 на поршне 23, воздействуя на контактную пластину 31, замкнет контакты микропереключателя 29. На фиг. 4 контакты микропереключателя 29 обозначены SB1. При замыкании SB1 (фиг. 4) ток пройдет через токоограничивающий резистор R1 и начнет светиться светодиод VD1, который выполнен красного цвета (на фиг. 3 светодиод VD1 обозначен поз.7). Свет от светодиода 7 через полупрозрачный экран 2 будет отображать вставку 3. В это же время стержень 14 составной конструкции будет испытывать растяжение, вследствие чего его шток 25 (фиг. 3) переместится вправо, сжимая пружину 28. Выступ 24 на поршне 23, воздействуя на контактную пластину 32, замкнет контакты микропереключателя 30 (на фиг. 4 контакты микропереключателя 30 обозначены SB4). При замыкании SB4 (фиг. 4) ток пройдет через токоограничивающий резистор R2 и начнет светиться светодиод VD4 синего цвета (на фиг. 3 обозначен поз. 6). Свет от светодиода 6 через полупрозрачный экран 2 будет отображать вставку 4.
Если груз 19 подвесить непосредственно к оси 15, то тогда стержень 13 составной конструкции будет испытывать растяжение, а стержень составной конструкции 14 - сжатие.
В этом случае устройство работает аналогично, но при этом замыкаются контакты SB2 и SB3 (фиг. 4), т.е. на полупрозрачном экране 2 стержня 13, будет подсвечиваться вставка 3, а на полупрозрачном экране 2 стержня 14 - вставка 4.
Таким образом, устройство позволяет отображать направление проекций реакций в составных частях стержневых конструкций и ферм, при различных направлениях силы и точках ее приложения.