СОСТАВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И РЕАКЦИЙ ЖЕСТКОЙ ЗАДЕЛКИ И НЕВЕСОМОГО СТЕРЖНЯ

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 невесомого стержня, установленных на станине, и содержащие левую и правую части, при этом левая и правая части состоят из конструктивных элементов-стержней различных форм и размеров и связаны между собой внутренним вращательным шарниром, причем со станиной стержень одной части составной конструкции связан жесткой заделкой, а стержень другой части составной конструкции - невесомым стержнем (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 18, 19, 29 и варианты, в которых шарнирно-подвижные опоры заменены невесомыми стержнями: 6, 8, 10, 14, 15, 16).
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 невесомого стержня, 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 - невесомым стержнем, согласно предлагаемой полезной модели, составная конструкция представляет собой набор унифицированных составных элементов, выполненных с возможностью сборки унифицированных элементов: одной станины, левой и правой опор, выполненных съемными, конструктивных элементов-стержней, выполненных в виде набора элементов, состоящего из прямолинейных, ломаных, Г-образных, Т-образных, Ч-образных стержней, установленных на опорах, причем унифицированная станина имеет нижнее и верхнее основания, левую и правую боковые стойки, при жестком скреплении которых образуется жесткий замкнутый прямоугольный контур, при этом станина снабжена съемной угловой скобой, выполненной с возможностью жесткого закрепления в углах замкнутого прямоугольного контура станины, съемным наклонным упором, выполненным с возможностью жесткого закрепления на нижнем или верхнем основаниях, левой или правой боковых стойках и размещения на его наклонной плоскости нижнего шарнира невесомого стержня, и съемной клеммой, выполненной с возможностью ее перемещения и жесткого закрепления или к верхнему или к нижнему основаниям станины.
Такое исполнение составной конструкции устройств для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и невесомого стержня позволило значительно сократить расход материала (металла) и средств для их изготовления.
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 - правая боковая стойка станины,
4 - левая боковая стойка станины,
5 - клемма съемной правой опоры - жесткой заделки,
6 - стержень левой части составной конструкции,
7 - стержень правой части составной конструкции,
8 - съемная левая опора - невесомый стержень,
9 - съемный наклонный упор станины,
10 - съемная угловая скоба станины.
Составная конструкция, изображенная на фигуре 1, содержит левую и правую части, имеющие, соответственно левую опору 8 - невесомый стержень, и правую опору - жесткую заделку, установленные на станине. Левая и правая части составной конструкции связаны между собой внутренним вращательным шарниром С.
Стержень одной части составной конструкции (на фиг.1 - стержень 6 левой части) связан со станиной невесомым стержнем. Стержень другой части составной конструкции (на фиг.1 - стержень 7 правой части) 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, левой и правой опор, выполненных съемными, конструктивных элементов-стержней, выполненных в виде набора элементов, установленных на опорах, соединительных деталей, которые на фигуре 1 условно не показаны, для крепления стержней 6, 7 в шарнирах А, С, нижнем шарнире невесомого стержня 8 и для крепления левой и правой опор к станине.
Конструктивные элементы-стержни, установленные на опорах, выполнены в виде набора элементов, состоящего из прямолинейных, ломаных, Г-образных, Т-образных, Ч-образных стержней, из прямолинейных, ломаных, Г-образных, Т-образных, П-образных и Ч-образных стержней, показанных на фигурах 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10.
Унифицированная станина имеет нижнее основание 1, верхнее основание 2, левую боковую стойку 4, правую боковую стойку 3, при жестком скреплении которых образуется жесткий замкнутый прямоугольный контур.
Унифицированная станина снабжена съемной угловой скобой 10, выполненной с возможностью жесткого закрепления в углах замкнутого прямоугольного контура станины, съемным наклонным упором 9, выполненным с возможностью жесткого закрепления на нижнем 1 или верхнем 2 основаниях, левой 4 или правой 3 боковых стойках и размещения на его наклонной плоскости нижнего шарнира невесомого стержня - съемной левой опоры 8, и клеммой 5 съемной правой опоры - жесткой заделки с возможностью ее перемещения и жесткого закрепления или к верхнему 2 или к нижнему 1 основаниям станины.
Пример конкретного выполнения.
Составная конструкция устройств для определения сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и невесомого стержня содержит станину, состоящую из нижнего 1 и верхнего 2 оснований, левой 4 и правой 3 боковых стоек, жестко связанных между собой. Основания 1, 2 и стойки 3, 4 выполнены из стандартных швеллерных профилей, сечение которых показано на нижнем основании.
Верхнее основание 2 снабжено жестко связанной с ним клеммой 5 съемной правой опоры - жесткой заделки с возможностью ее перемещения и жесткого закрепления как к верхнему 2, так и к нижнему 1 основаниям. Составная конструкция имеет систему двух стержней 6 и 7, образующую левую и правую части, связанные между собой внутренним вращательным шарниром С. Прямолинейный стержень 6 левой части составной конструкции шарнирно связан шарниром А со съемной левой опорой - невесомым стержнем 8, нижний шарнир которого связан со съемным наклонным упором 9 станины. Съемный наклонный упор 9 выполнен с возможностью жесткого закрепления его в любом другом нужном месте станины с помощью резьбовых крепежных элементов. Повернутый на 90° по часовой стрелке Т-образный стержень 7 правой части составной конструкции своим верхним концом жестко связан в точке В с верхним основанием 2 станины с помощью клеммы 5 (жестко заделан в станину). Станина снабжена съемной угловой скобой 10 с возможностью жесткого закрепления ее в любом другом углу станины с помощью резьбовых крепежных элементов. Составная конструкция имеет набор унифицированных конструктивных элементов-стержней, 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: прямолинейный стержень и повернутый на 90° Т-образный стержень (фиг.2); прямолинейный стержень и повернутый на 90° Т-образный стержень (фиг.3); повернутый Г-образный стержень и прямолинейный стержень (фиг.4); прямолинейный стержень и прямолинейный стержень (фиг.5); прямолинейный стержень и ломаный стержень (фиг.6); прямолинейный стержень и ломаный стержень (фиг.7); Т-образный стержень с вертикальным отводом и прямолинейный стержень (фиг.8); ломаный стержень и Т-образный стержень (фиг.9); повернутый Ч-образный стержень и прямолинейный 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), первая составная конструкция (фиг.1), собранная из стержней, изображенных на фиг.2, разбирается. На той же станине монтируется вторая составная конструкция, состоящая из двух стержней, изображенных на фиг.3, с использованием тех же соединительных деталей. Исследованная теоретически и экспериментально вторая конструкция заменяется третьей составной конструкцией, состоящей из стержней, изображенных на фиг.4. И так исследуются все девять составных конструкций, изображенных на фиг.2-10.
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 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 девяти составных конструкций достигается экономия металла для изготовления восьми из них, шестнадцать 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.