УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может найти применение в учебных лабораториях но теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известно учебное пособие но теоретической механике, выполненное в виде составной конструкции с приложенными к ней внешними силами и моментами (Сборник заданий для курсовых работ но теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр.260, рис.177, вар.14), состоящей из верхней и нижней частей, связанных между собой вращательным шарниром, верхняя часть конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° по ходу часовой стрелки, верхний конец его вертикального участка связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, расположенная выше шарнира, нижняя часть конструкции представляет собой вертикальный стержень, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, расположенная ниже шарнира, верхний конец вертикального стержня вращательным шарниром делит горизонтальный участок верхней части конструкции на левый и правый участок, из которых правый участок больше левого.
Основным недостатком известного учебного пособия по теоретической механике, выполненного в виде составной конструкции, является ограниченные возможности по проведению учебных исследований, как теоретических, так и экспериментальных, но выявлению зависимости величин реакций связей и сил взаимодействия частей составной конструкции от линейных размеров стержней, так как она имеет постоянные размеры стержней (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры стержней.
Задачей полезной модели является расширение возможности по проведению учебных исследований, как теоретических, так и экспериментальных, но выявлению зависимости величин реакций связей и сил взаимодействия частей составной конструкции учебного пособия по теоретической механике от линейных размеров стержней.
Техническим результатом, достигаемым настоящей полезной моделью, является возможность изменения линейных размеров стержней составной конструкции учебного пособия но теоретической механике.
Технический результат достигается тем, что в учебном пособии но теоретической механике, выполненном в виде зигзагообразной составной конструкции с верхним и нижним неподвижными вращательными шарнирами, состоящей из верхней и нижней частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом верхняя часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° по ходу часовой стрелки, верхний конец его вертикального участка связан с верхним неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, расположенная выше шарнира, нижняя часть составной конструкции представляет собой вертикальный стержень, нижний конец которого связан с нижним неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, расположенная ниже шарнира, верхний конец вертикального стержня вращательным шарниром делит горизонтальный участок верхней части составной конструкции на левый и правый участки, из которых правый участок больше левого, согласно нашему предложению, все стержни и их участки верхней и нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными па горизонтальных участках стержней влево, на вертикальных - вниз, клемма на левом участке горизонтального стержня - вправо, причем горизонтальная площадка, являющаяся основанием нижнего неподвижного вращательного шарнира, выполнена с возможностью перемещения ее вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, а вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.
Такое исполнение составной конструкции учебного пособия по теоретической механике позволило изменять размеры стержней и проводить учебные исследования по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей конструкции от размеров стержней и их частей как теоретически, так и экспериментально.
На фиг. представлена схема предлагаемого учебного пособия по теоретической механике.
Учебное пособие но теоретической механике выполнено в виде зигзагообразной составной конструкции с верхним и нижним неподвижными вращательными шарнирами, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром.
Верхняя часть составной конструкции учебного пособия по теоретической механике состоит из Г-образного стержня, повернутого на 180° по ходу часовой стрелки. Верхний конец его вертикального участка BE связан с верхним неподвижным вращательным шарниром B, основанием которого является горизонтальная площадка, расположенная выше шарнира. Нижняя часть составной конструкции учебного пособия по теоретической механике представляет собой вертикальный стержень AC, нижний конец которого связан с нижним неподвижным вращательным шарниром A, основанием которого является горизонтальная площадка, расположенная ниже шарнира. Верхний конец вертикального стержня AC вращательным шарниром C делит горизонтальный участок LCD верхней части составной конструкции учебного пособия но теоретической механике на левый DC и правый CE участки, из которых правый участок больше левого. Все стержни и их участки верхней и нижней частей составной конструкции учебного пособия по теоретической механике выполнены телескопическими.
При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных участках стержней влево, на вертикальных - вниз, клемма на левом участке DC горизонтального стержня - вправо. Например, вертикальный стержень AC имеет внешний стержень 1 и клемму 2. Горизонтальная площадка, являющаяся основанием нижнего неподвижного вращательного шарнира A, выполнена с возможностью перемещения ее вдоль вертикальной направляющей 3, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 4 станины и жесткого закрепления той и другой в нужном положении.
Учебное пособие по теоретической механике работает следующим образом.
kx
ky
Силы, приложенные к составной конструкции учебного пособия но теоретической механике, образуют плоскую произвольную систему сил, находящуюся в равновесии. Для определения реакций опор (связей) и сил взаимодействия левой и правой частей составной конструкции учебного пособия по теоретической механике 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 (∑F=0, ∑F=0, ).
kx
ky
1
1
Если вычислять реакции опор и силы взаимодействия двух частей составной конструкции учебного пособия по теоретической механике при постоянных размерах стержней прототипа, то получают их значения постоянными. В предложенной составной конструкции учебного пособия по теоретической механике все части стержней выполнены телескопическими с клеммами па концах с возможностью изменения их размеров, но при сохранении действующих сил и моментов первые два условия равновесия при разных размерах стержней (∑F=0, ∑F=0) будут давать в обоих случаях один и тот же результат. И только третье условие равновесия () при изменении длины стержней ступенчато и закреплении их с помощью клемм позволяет находить зависимости реакций опор и сил взаимодействия двух частей составной конструкции учебного пособия по теоретической механике (AC и DCUB) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопических соединений, например, расположенного ниже точки B, то будет увеличиваться расстояние от точки приложения силы P до точки B. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P до точки B.
2
Одновременно будет изменяться и размер плеча силы P относительно точки A, относительно которой при решении задачи можно составлять уравнение равновесия моментов сил, приложенных ко всей составной конструкции учебного пособия по теоретической механике (). Увеличение размеров плеч сил будет наблюдаться и при изменении размеров остальных телескопических соединений и положения опоры A, выполненную с возможностью перемещения ее вдоль вертикальной направляющей 3, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 4 станины и жесткого закрепления той и другой в нужном положении.
Следовательно, перед студентами (обучающимися) можно ставить несколько учебно-исследовательских задач. Конструкция учебного пособия по теоретической механике позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально, сравнивая результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена. Предложенное учебное пособие по теоретической механике позволяет изменять размеры стержней и организовывать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов (1-го и 2-го), значительно улучшая их инженерную подготовку.