ЗИГЗАГООБРАЗНЫЙ СТЕРЖЕНЬ СО СКОЛЬЗЯЩИМ СОЕДИНЕНИЕМ СО СТАНИНОЙ

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известна составная конструкция прибора для исследования сил взаимодействия и реакций жесткой заделки и шарнирно-подвижной опоры (патент RU 119109 U1, опубл. 10.08.2012. Бюл. №22), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой внутренним вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, левый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой с катками, находящимися на наклонной плоскости с правым уклоном, расположенной под углом 30° к горизонту, а правая часть составной конструкции состоит из ломаного стержня, наклонная часть которого идет от внутреннего шарнира с правым уклоном, причем вертикальная его часть верхним концом жестко заделана в станину, все части горизонтального стержня левой части составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными против хода часовой стрелки, а наклонная плоскость левой части конструкции выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого соединения с ней.
Известны и другие подобные составные конструкции, состоящие из двух тел, например, по патентам: RU 115900 U1, опубл. 10.05.2012. Бюл. №13; RU 117624 U1, опубл. 27.06.2012. Бюл. №18; RU 120771 U1, опубл. 27.09.2012. Бюл. №27.
Основной недостаток известных составных конструкций заключается в их сложности, поскольку все они состоят из двух тел. Например, первое устройство (патент 119109), второе устройство (патент 115900) и другие составные конструкции состоят из левой, правой частей, станины и опор. Это ведет к физическому усложнению составных устройств: возрастает материалоемкость и затраты на их изготовление, усложняются и исследования: экспериментальные (нужно больше датчиков и многоканальная измерительная аппаратура), усложняются и теоретические исследования (необходимо составлять большее количество уравнений равновесия тел, входящих в указанные устройства). Для составных конструкций надо составлять шесть уравнений равновесия, а для предложенного устройства - три уравнения. Теоретическое рассмотрение составных конструкций описано в пособии: Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001. - (стр.21 - 28). Предложенный же стенд по механике для исследования реакций двух опор твердого тела состоит из твердого тела, станины и типовых опор. Учитывая, что и у противопоставленных составных конструкций и у нами предложенного стенда имеются общие задачи, то можно придти к выводу, что нами предложенный стенд является упрощением известных составных конструкций. Теоретическое рассмотрение реакций опор твердых тел описано в том же пособии, которое указано выше (стр.8-13).
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы упростить конструкцию, а студентам обеспечить проведение учебных исследований по выявлению зависимости величин реакций типовых связей (опор) твердого тела от линейных размеров его участков с наименьшими затратами сил и времени.
Технический результат, заключающийся в упрощении конструкции и упрощении экспериментальных и теоретических исследований реакций типовых связей, достигается тем, что стенд по механике для исследования реакций двух опор твердого тела, выполненный в виде зигзагообразной стержневой конструкции, участки которой выполнены телескопическими с клеммами на концах наружных стержней, и опорами, выполненными с возможностью изменения своих положений, согласно нашему предложению, зигзагообразная стержневая конструкция выполнена из одного тела, состоящего из нижнего горизонтального участка, правый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на наклонной площадке с левым уклоном, а его левый конец жестко связан с вертикальным участком, верхний конец которого жестко связан с другим горизонтальным участком, левый конец которого связан скользящим соединением со станиной, клеммы на наружных стержнях телескопических соединений направлены на горизонтальных участках стержня вправо, на вертикальном - вниз, наклонная площадка, на которой расположены катки шарнирно-подвижной опоры, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления той и другой в нужном положении.
Такое исполнение стенда по механике позволило значительно упростить известные устройства и обеспечить студентам проведение учебных исследований по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) от размеров участков стержней значительно производительнее и с большой экономией сил и времени.
На фигуре представлена схема предложенного стенда по механике.
Стенд по механике для исследования реакций двух опор твердого тела, выполненный в виде зигзагообразной стержневой конструкции, участки которой выполнены телескопическими с клеммами на концах наружных стержней, и опорами, выполненными с возможностью изменения своих положений, состоит из нижнего горизонтального участка ЕВ, правый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой В, катки которой расположены на наклонной площадке с левым уклоном. Его левый конец Е жестко связан с вертикальным участком ЕС, верхний конец С которого жестко связан с другим горизонтальным участком АС, левый конец которого связан скользящим соединением А со станиной. Клеммы на концах наружных стержней телескопических соединений направлены на горизонтальных участках стержня вправо, на вертикальном - вниз. Например, нижний горизонтальный участок BE имеет наружный стержень 1 и клемму 2, направленную вправо. Наклонная площадка, на которой расположены катки шарнирно-подвижной опоры В, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 3, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 4 станины и жесткого закрепления той и другой в нужном положении.
У известных устройств (по патентам 119109, 11590 др.) каждый зигзагообразный контур составлен из двух тел, который имеет две опоры. У предложенного стенда по механике зигзагообразный контур состоит из одного тела и двух опор. Налицо значительное упрощение конструкции. Для проведения экспериментальных исследований каждому известному устройству нужно, как минимум, три датчика. Предложенному прибору - два. Регистрирующей аппаратуре в первом случае нужно три канала, в нашем - два канала. Наблюдается явное превосходство нашего стенда как по объему выполняемых работ, так и по временным затратам. При теоретических исследованиях нашему стенду достаточно трех уравнений равновесия, так как он состоит из одного тела, а известным устройствам - шесть уравнений равновесия.
Решение задач с изменяемыми размерами участков твердых тел внедрено в учебный процесс студентов первого курса Казанского государственного энергетического университета. Студенты уже с первого курса начинают выполнять учебно-исследовательскую работу. Это, несомненно, повышает качество обучения студентов.
Задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.