ЛАБОРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКЕ

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известно лабораторное оборудование с приложенными к нему внешними силами и моментами (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр.261, рис.178, вар.21), состоящее из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на наклонной площадке с правым уклоном, его правый конец связан вращательным шарниром с вертикальным стержнем правой части конструкции, верхний конец которого жестко заделан в горизонтальную станину, а в средней части стержень имеет ответвление, направленное влево.
Основной недостаток известного оборудования заключается в том, что оно имеет постоянные размеры стержней (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры стержней, что не позволяет студентам (обучающимся) проводить учебные исследования как теоретические, так и экспериментальные по выявлению зависимости величин реакций связей и сил взаимодействия частей конструкции от линейных размеров стержней.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у стержней оборудования можно было изменять их длину и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований.
Технический результат достигается тем, что в лабораторном оборудовании для исследований по теоретической и прикладной механике, состоящим из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть оборудования состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на наклонной площадке с правым уклоном, его правый конец связан вращательным шарниром с вертикальным стержнем правой части оборудования, верхний конец которого жестко заделан в горизонтальную станину, а в средней части стержень имеет ответвление, направленное влево, согласно нашему предложению, все стержни и их участки левой и правой частей оборудования выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальном стержне влево, на участках вертикального стержня - вниз, клемма на ответвлении - вправо, причем наклонная площадка, на которой расположены катки шарнирно-подвижной опоры, 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 оборудования позволило изменять размеры стержней и проводить учебные исследования обучающимся 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 лабораторного оборудования для исследований по теоретической и прикладной механике.
Лабораторное оборудование состоит из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром.
Левая часть конструкции состоит из горизонтального стержня АС, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой А, катки которой расположены на наклонной площадке с правым уклоном. Его правый конец связан вращательным шарниром C с вертикальным стержнем СЕВ правой части конструкции, верхний конец B которого жестко заделан в горизонтальную станину. В средней части стержень имеет ответвление ЕК, направленное влево.
Все стержни и их участки левой и правой частей выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальном стержне влево, на участках вертикального стержня - вниз, клемма на ответвлении - вправо. Например, стержень АС имеет внешний стержень 1 и клемму 2. Наклонная площадка, на которой расположены катки шарнирно-подвижной опоры 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.
Лабораторное оборудование работает следующим образом.
Силы, приложенные к оборудованию, образуют плоскую произвольную систему сил, находящуюся в равновесии. Для определения реакций опор (связей) и сил взаимодействия левой и правой частей конструкции 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
kx
ky
1
1
2
Если вычислять реакции опор и силы взаимодействия двух частей лабораторного оборудования при постоянных размерах стержней прототипа, то получают их значения постоянными. В предложенном лабораторном оборудовании все части стержней выполнены телескопическими с клеммами на концах с возможностью изменения их размеров, но при сохранении действующих сил и моментов первые два условия равновесия при разных размерах стержней (ΣF=0, ΣF=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 (АС и СЕВ) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопических соединений, например, расположенного ниже точки B, то будет увеличиваться расстояние от точки приложения силы P до точки В. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P до точки В. Одновременно будет изменяться и размер плеча силы Р относительно точки В, относительно которой при решении задачи следует составлять уравнение равновесия моментов сил, приложенных ко всей конструкции (). Увеличение размеров плеч сил будет наблюдаться и при изменении размеров остальных телескопических соединений. Следовательно, перед студентами (обучающимися) можно ставить несколько учебно-исследовательских задач. Конструкция лабораторного оборудования 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. Предложенная конструкция лабораторного оборудования позволяет изменять размеры стержней и организовывать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов (1-го и 2-го), значительно улучшая их инженерную подготовку.