СОСТАВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И РЕАКЦИЙ ЖЕСТКОЙ ЗАДЕЛКИ И ШАРНИРНО-ПОДВИЖНОЙ ОПОРЫ

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известны составные конструкции устройств для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и шарнирно-подвижной опоры, установленных на станине, и содержащие левую и правую части, при этом левая и правая части состоят из конструктивных элементов-стержней и связаны между собой внутренним вращательным шарниром, причем со станиной стержень одной из частей составной конструкции связан жесткой заделкой, а стержень другой части составной конструкции - шарнирно-подвижной опорой (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр.23, рис.17, варианты 4, 5, 6, 8, 10, 14, 15, 16, 24, 30).
Основным недостатком известных составных конструкций является большой расход материала для их изготовления из-за отсутствия унификации составных элементов, так как каждая составная конструкция имеет свою станину, свои опоры, стержни различных форм и размеров.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является сокращение расхода материала для изготовления составной конструкции за счет унификации составных элементов.
Технический результат достигается тем, что в составной конструкции устройств для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и шарнирно-подвижной опоры, установленных на станине, и содержащей левую и правую части, при этом левая и правая части состоят из конструктивных элементов-стержней и связаны между собой внутренним вращательным шарниром, причем со станиной стержень одной части составной конструкции связан жесткой заделкой, а стержень другой части составной конструкции - шарнирно-подвижной опорой, согласно предлагаемой полезной модели, составная конструкция представляет собой набор унифицированных составных элементов, выполненных с возможностью сборки унифицированных элементов: одной станины, левой и правой опор, и конструктивных элементов-стержней, выполненных в виде набора элементов, состоящего из прямолинейных, ломаных, Г-образных, Т-образных, П-образных, Ч-образных стержней, установленных на опорах, при этом унифицированная станина имеет нижнее и верхнее основания, две боковые прямоугольные телескопические стойки, верхние и нижние части которых жестко связаны соответственно с верхним и нижним основаниями, причем верхняя и нижняя части одной телескопической стойки снабжена, жестко связанными с ними, соответственно, верхней и нижней опорной пластинами с возможностью их перемещения вдоль, соответственно, верхнего и нижнего оснований, и жесткого закрепления к ним, верхняя часть каждой телескопической стойки снабжена съемными наклонными упорами, нижняя часть одной телескопической стойки снабжена съемным наклонным упором, а нижняя часть другой телескопической стойки снабжена угловой скобой, закрепленной на нижнем основании унифицированной станины.
Таким образом, на одной унифицированной станине с унифицированными опорами могут быть установлены различные варианты конструктивных элементов-стержней из унифицированного набора элементов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фигуре 1 представлена схема составной конструкции, а на фигурах 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 - наборы конструктивных элементов-стержней составной конструкции.
Цифрами на фигуре 1 обозначены следующие узлы и детали:
1 - нижнее основание станины,
2 - верхнее основание станины,
3 - боковая прямоугольная телескопическая стойка станины,
4 - боковая прямоугольная телескопическая стойка станины,
5 - верхняя и нижняя опорные пластины,
6 - стержень левой части составной конструкции,
7 - стержень правой части составной конструкции,
8 - неподвижная клемма жесткой заделки,
9 - шарнирно-подвижная опора,
10 - съемный наклонный упор,
11 - съемный наклонный упор,
12 - съемный наклонный упор,
13 - угловая скоба.
Составная конструкция содержит левую и правую части, имеющие, соответственно левую, шарнирно-подвижную, опору 9, и правую опору - жесткую заделку. Левая и правая части составной конструкции связаны между собой внутренним вращательным шарниром С.
Левая и правая части составной конструкции содержат конструктивные элементы-стержни, соответственно, стержни 6 и 7. Стержень 6 левой части составной конструкции связан со станиной шарнирно-подвижной опорой 9. Стержень 7 правой части составной конструкции связан со станиной жесткой заделкой.
Отличием предлагаемой полезной модели является то, что составная конструкция представляет собой набор унифицированных составных элементов, выполненных с возможностью сборки унифицированных элементов: одной станины, имеющей нижнее основание 1, верхнее основание 2 и боковые прямоугольные телескопические стойки 3 и 4, левой, шарнирно-подвижной, опоры 9 и правой опоры - жесткой заделки, соединительных деталей, которые на фигуре 1 условно не показаны, для крепления стержней 6, 7 в шарнирах A, C и для крепления левой, шарнирно-подвижной, опоры 9 и правой опоры - жесткой заделки, к станине.
Конструктивные элементы-стержни, установленные на опорах, выполнены в виде набора элементов, состоящего из прямолинейных, ломаных, Г-образных, Т-образных, П-образных и Ч-образных стержней, показанных на фигурах 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10.
Верхние и нижние части боковых прямоугольных телескопических стоек 3 и 4 жестко связаны, соответственно с верхним 2 и нижним 1 основаниями унифицированной станины.
Верхняя и нижняя части боковых прямоугольных телескопической стойки 4 снабжена, жестко связанными с ними, соответственно, верхней и нижней опорной пластинами 5 с возможностью их перемещения вдоль, соответственно, верхнего 2 и нижнего 1 оснований унифицированной станины, и жесткого закрепления к ним.
Верхняя часть боковых прямоугольных телескопических стоек 3 и 4 снабжена, соответственно, съемными наклонными упорами 12 и 11.
Нижняя часть боковой прямоугольной телескопической стойки 4 снабжена съемным наклонным упором 10.
Нижняя часть боковой прямоугольной телескопической стойки 3 снабжена угловой скобой 13, закрепленной на нижнем основании 1 унифицированной станины.
Пример конкретного выполнения.
Составная конструкция устройств для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и шарнирно-подвижной опоры, изображенная на фигуре 1, содержит унифицированную станину, состоящую из нижнего 1 и верхнего 2 оснований. Основания 1 и 2 выполнены из стандартных швеллерных профилей, сечение которых показано на нижнем основании 1. Станина имеет две боковых прямоугольных телескопических стойки 3 и 4. Верхняя и нижняя части боковой прямоугольной телескопической стойки 3 жестко связаны соответственно с верхним 2 и нижним 1 основаниями. Верхняя и нижняя части боковой прямоугольной телескопической стойки 4 снабжены жестко связанными с ними опорными пластинами 5 с возможностью их перемещения вдоль соответствующих оснований 2 и 1 и жесткого закрепления к ним. Составная конструкция имеет систему двух стержней 6 и 7, образующую левую и правую части, связанные между собой внутренним вращательным шарниром C. Один конец прямолинейного стержня 7 правой части составной конструкции жестко связан с помощью неподвижной клеммы 8 в точке B с верхним основанием 2 (жестко заделан в станину). Ассиметричный Т-образный стержень 6 левой части составной конструкции с вертикальным отводом меньшей горизонтальной части стержня связан своей основной вертикальной частью внешним вращательным шарниром A с шарнирно-подвижной опорой 9, катки которой расположены на нижнем основании 1 станины. Унифицированная станина снабжена съемными наклонными упорами 10, 11, 12 и угловой скобой 13. Упоры 10 и 11 закреплены на боковой прямоугольной телескопической стойке 4, упор 12 - на боковой прямоугольной телескопической стойке 3, а угловая скоба 13 - в нижнем левом углу станины.
Составная конструкция имеет набор унифицированных конструктивных элементов-стержней (фиг.1-фиг.10), выполненных с возможностью сборки различных составных конструкций, имеющих левую и правую опоры, на той же унифицированной станине и с теми же соединительными деталями. Среди них: ассиметричный Т-образный стержень и прямолинейный стержень (фиг.1); повернутый Г-образный стержень и ломаный стержень (фиг.2), Г-образный стержень и повернутый Г-образный стержень (фиг.3); Т-образный с вертикальным отводом стержень и прямолинейный стержень (фиг.4); ломаный стержень и Т-образный стержень (фиг.5); повернутый Ч-образный стержень и наклонный прямолинейный стержень (фиг.6); два прямолинейных стержня (фиг.7); прямолинейный стержень и ломаный стержень (фиг.8); прямолинейный стержень и ломаный стержень (фиг.9); повернутый Г-образный стержень и повернутый ассиметричный Т-образный стержень (фиг.10). К каждой собранной составной конструкции приложены силы и моменты.
Описанная составная конструкция работает следующим образом.
Исследованная теоретически и экспериментально с соответствующим образом наклеенными тензодатчиками (на стержни 6, 7, левую и правую опоры), составная конструкция (фиг.1) разбирается. На той же унифицированной станине монтируется составная конструкция, состоящая из двух стержней, изображенных на фиг.2, с использованием тех же соединительных деталей. Исследованная теоретически и экспериментально вторая конструкция заменяется составной конструкцией, состоящей из стержней, изображенных на фиг.3. И так исследуются все десять составных конструкций, изображенных на фиг.1-10. Теоретически реакции опор и силы взаимодействия двух частей составных конструкций определяются с помощью известного основного условия равновесия плоской произвольной системы сил. Оно заключается в следующем: для равновесия плоской произвольной системы сил необходимо и достаточно, чтобы алгебраические суммы проекций действующих сил на каждую из координатных осей (x и y) и алгебраическая сумма моментов относительно любого центра, лежащего в той же плоскости, были бы равны нулю.
Подобные задачи можно решать двумя способами.
При первом способе решения сначала рассматривают силы и моменты, приложенные ко всей конструкции в целом, а затем составную конструкцию разбивают на две части по внутреннему вращательному шарниру C и составляют уравнения равновесия сил и моментов, приложенных к одной из частей. Выбирают ту часть, к которой приложено наименьшее количество сил и моментов.
При втором способе решения задачи составную конструкцию сразу разбивают на две части и составляют уравнения равновесия сил и моментов, приложенных к каждой из частей.
При использовании одной унифицированной станины для десяти составных конструкций достигается экономия металла для изготовления девяти из них, восемнадцати опор и соединительных деталей как для крепления стержней в шарнирах, так и для крепления опор к станине, а также экономия затрат на их изготовление.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.