СОСТАВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И РЕАКЦИЙ ТРЕХ ОПОР

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 трех опор, установленных на станине, и содержащие левую и правую части, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, причем одна часть составной конструкции шарнирно связана со станиной при помощи двух опор, одна из которых - неподвижный вращательный шарнир, другая - шарнирно-подвижная опора, а другая часть составной конструкции связана со станиной при помощи шарнирно-подвижной опоры или невесомого стержня, при этом левая и правая части составной конструкции состоят из конструктивных элементов-стержней различных форм и размеров (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 7, 11, 12, 13, 20, 25).
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 трех опор, установленных на станине, и содержащей левую и правую части, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, причем одна часть составной конструкции шарнирно связана со станиной при помощи двух опор, одна из которых - неподвижный вращательный шарнир, другая - шарнирно-подвижная опора, а другая часть составной конструкции связана со станиной при помощи шарнирно-подвижной опоры или невесомого стержня, при этом левая и правая части составной конструкции состоят из конструктивных элементов-стержней, согласно предлагаемой полезной модели, составная конструкция представляет собой набор унифицированных составных элементов, выполненных с возможностью сборки унифицированных элементов: одной станины, трех опор, выполненных съемными, конструктивных элементов-стержней, выполненных в виде набора элементов, состоящего из прямолинейных, ломаных, повернутых Т-образных, П-образных и Ч-образных стержней, установленных на опорах, при этом унифицированная станина снабжена тремя съемными кронштейнами и состоит из нижней и верхней Г-образных швеллерных половин с опорными пластинами, жестко прикрепленными к коротким сторонам Г-образных швеллерных половин, и упирающимися в длинные стороны Г-образных швеллерных половин, при жестком скреплении которых образуется жесткий замкнутый прямоугольный контур с возможностью перемещения нижней и верхней Г-образных швеллерных половин станины вдоль друг друга.
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 - наборы конструктивных элементов-стержней составной конструкции.
Цифрами на фигуре 1 обозначены следующие узлы и детали:
1 - нижняя Г-образная швеллерная половина станины,
2 - верхняя Г-образная швеллерная половина станины,
3 - опорная пластина верхней Г-образной швеллерной половины станины,
4 - опорная пластина нижней Г-образной швеллерной половины станины,
5 - стержень левой части составной конструкции,
6 - съемная опора (неподвижный вращательный шарнир левой части составной конструкции),
7 - съемная опора (шарнирно-подвижная опора левой части составной конструкции),
8 - стержень правой части составной конструкции,
9 - съемная опора (шарнирно-подвижная опора правой части составной конструкции),
10 - съемный кронштейн верхней Г-образной швеллерной половины станины,
11 - съемный кронштейн нижней Г-образной швеллерной половины станины,
12 - съемный кронштейн нижней Г-образной швеллерной половины станины.
Составная конструкция, изображенная на фигуре 1, устройств для определения сил взаимодействия и реакций трех опор 6, 7 и 9, установленных на станине, содержит левую и правую части, связанных между собой внутренним вращательным шарниром С. Одна часть составной конструкции (на фиг, 1 - левая часть) шарнирно связана со станиной при помощи двух опор 6 и 7. Опора 6 - неподвижный вращательный шарнир. Опора 7 - шарнирно-подвижная опора. Другая часть составной конструкции (на фиг.1 - правая часть) связана со станиной при помощи шарнирно-подвижной опоры 9 (другая часть составной конструкции может быть связана со станиной и при помощи невесомого стержня). Левая и правая части составной конструкции содержат конструктивные элементы-стержни (на фигуре 1 - соответственно, стержни 5 и 8). Отличием предлагаемой полезной модели является то, что составная конструкция представляет собой набор унифицированных составных элементов, выполненных с возможностью сборки унифицированных элементов: одной станины, трех опор 6, 7 и 9, выполненных съемными, конструктивных элементов-стержней, соединительных деталей, которые на фигуре 1 условно не показаны, для крепления стержней 5, 8 в шарнирах A, B, C, D. Конструктивные элементы-стержни, установленные на опорах 6, 7 и 9, выполнены в виде набора элементов, состоящего из прямолинейных, ломаных, повернутых Т-образных, П-образных и Ч-образных стержней, показанных на фигурах 2, 3, 4, 5, 6, 7.
Унифицированная станина снабжена тремя съемными кронштейнами 10, 11 и 12, и состоит из нижней и верхней Г-образных швеллерных половин, соответственно 1 и 2, с опорными пластинами, соответственно 4 и 3, жестко прикрепленными к коротким сторонам Г-образных швеллерных половин, и упирающимися в длинные стороны Г-образных швеллерных половин, при жестком скреплении которых образуется жесткий замкнутый прямоугольный контур с возможностью перемещения нижней и верхней Г-образных швеллерных половин, соответственно 1 и 2, вдоль друг друга.
Пример конкретного выполнения.
Составная конструкция устройств для определения сил взаимодействия и реакций трех опор содержит унифицированную станину, состоящую из нижней 1 и верхней 2 одинаковых Г-образных половин. Г-образные половины станины выполнены из стандартных швеллерных профилей, сечение которых показано на нижнем основании станины. К коротким сторонам Г-образных швеллерных половин жестко прикреплены опорные пластины 3 и 4, с помощью которых нижняя 1 и верхняя 2 Г-образные швеллерные половины станины соединяются между собой с возможностью перемещения друг относительно друга и жесткого соединения между собой. При жестком скреплении нижней 1 и верхней 2 Г-образных швеллерных половин образуется жесткий замкнутый прямоугольный контур, внутри которого смонтирована левая часть составной конструкции, состоящая из стержня 5, нижняя часть которого в точке A связана со съемным неподвижным вращательным шарниром 6, а в точке B - с шарнирно-подвижной опорой 7. Правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня 8, правая часть которого в точке D связана с шарнирно-подвижной опорой 9, расположенной на горизонтальной части съемного кронштейна 10. Станина снабжена еще двумя съемными кронштейнами 11 и 12 для размещения на них опор собираемых составных конструкций.
Таким образом, набор унифицированных составных элементов состоит из одной унифицированной станины с тремя съемными кронштейнами 10, 11 и 12, трех съемных опор 6, 7 и 9, конструктивных элементов-стержней, соединительных деталей (на фиг.1 условно не показаны) для крепления к станине съемных кронштейнов и шарнирных соединений конструктивных элементов-стержней к опорам.
Составная конструкция имеет набор унифицированных конструктивных элементов-стержней (фиг.2-фиг.7), выполненных с возможностью сборки различных составных конструкций, имеющих три опоры 6, 7 и 9, на той же унифицированной станине и с теми же соединительными деталями.
Среди них: повернутый Ч-образный стержень и прямолинейный стержень (фиг.2), прямолинейный стержень и П-образный стержень (фиг.3); П-образный стержень и ломаный стержень (фиг.4); наклонный прямолинейный стержень и Т-образный ассиметричный стержень (фиг.5); Т-образный повернутый стержень и наклонный прямолинейный стержень (фиг.6); ломаный стержень с отводом и прямолинейный стержень (фиг.7).
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 опоры 6, 7, 9 и конструктивные элементы-стержни, изображенные на фиг.2) составная конструкция разбирается. На той же унифицированной станине монтируется составная конструкция, состоящая из двух стержней, изображенных на фиг.3, с использованием тех же соединительных деталей. Исследованная теоретически и экспериментально вторая конструкция заменяется составной конструкцией, состоящей из стержней, изображенных на фиг.4. И так исследуются все шесть составных конструкций с набором конструктивных элементов-стержней, изображенных на фиг.2, 3, 4, 5, 6 и 7. 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 шести составных конструкций достигается экономия металла для изготовления пяти из них, пятнадцати шарнирных опор и соединительных деталей как для крепления стержней в шарнирах, так и для крепления кронштейнов к станине, а также экономия затрат на их изготовление.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.