ЗАМКНУТЫЙ СТЕРЖЕНЬ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ С ДВУМЯ ШАРНИРНО-ПОДВИЖНЫМИ ОПОРАМИ

ЗАМКНУТЫЙ СТЕРЖЕНЬ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ С ДВУМЯ ШАРНИРНО-ПОДВИЖНЫМИ ОПОРАМИ
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
1
2
Известен стержень с приложенными к нему внешними силами и соответствующими размерами l и l (патент RU 145119, опубл. 10.09.2014 г. Бюл. №25), состоящий из двух прямолинейных вертикальных левого и правого одинаковых участков и верхнего и нижнего горизонтальных одинаковых участков, образуя между собой жесткий замкнутый прямоугольный контур, все участки стержня выполнены телескопическими, нижний левый угол контура связан с шарнирно-неподвижной, а правый - с шарнирно-подвижной опорами, основания которых расположены на горизонтальных неподвижных площадках.
Основной недостаток известного стержня заключается в том, что он имеет ограниченные функциональные возможности. Это обусловлено тем, что при дополнительном введении горизонтального невесомого стержня, правый конец которого связан с вертикальной станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, прямоугольный стержень расположен между двумя неподвижными элементами станины и имеет постоянные размеры в вертикальном направлении (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры участков, что не позволяет студентам (обучающимся) проводить учебные исследования как теоретические, так и экспериментальные по выявлению зависимости величин реакций связей от линейных размеров его участков.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка конструкции замкнутого стержня, в котором устранен указанный недостаток прототипа.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения изменения размеров участков замкнутого стержня, при наличии горизонтального невесомого стержня, правый конец которого связан с вертикальной станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, и обеспечить тем самым обучающимся проведение учебных исследований по выявлению зависимости величин реакций связей от линейных размеров его участков в вертикальном направлении.
Технический результат достигается тем, что в замкнутом стержне прямоугольной формы с двумя шарнирно-подвижными опорами, состоящем из двух прямолинейных вертикальных левого и правого одинаковых участков и верхнего горизонтального и нижнего одинаковых участков, образуя между собой жесткий замкнутый прямоугольный контур, все участки стержня выполнены телескопическими, нижние левый и правый углы контура связаны с шарнирно-подвижными опорами, катки которых расположены на горизонтальных неподвижных площадках, правый верхний угол контура шарнирно связан с горизонтальным невесомым стержнем, правый конец которого шарнирно связан с вертикальной станиной, согласно нашему предложению, горизонтальные неподвижные площадки, на которых расположены катки шарнирно-подвижных опор, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих станины и жесткого их закрепления в нужном положении.
Такое исполнение стержня позволило изменять размеры участков стержня в вертикальном направлении и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) от размеров его участков.
На фиг. представлена схема предложенного стержня.
Замкнутый стержень прямоугольной формы с двумя шарнирно-подвижными опорами состоит из двух прямолинейных вертикальных левого АС и правого BE одинаковых участков и верхнего горизонтального СЕ и нижнего АВ одинаковых участков, образуя между собой жесткий замкнутый прямоугольный контур АСЕВ. Нижние левый и правый углы контура связаны с шарнирно-подвижными опорами соответственно А и В, катки которых расположены на горизонтальных неподвижных площадках. Правый верхний угол Е контура шарнирно связан с горизонтальным невесомым стержнем ЕК, правый конец которого шарнирно связан с вертикальной станиной. Все участки стержня выполнены телескопическими. Горизонтальные неподвижные площадки, на которых расположены катки шарнирно-подвижных опор соответственно А и В, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих соответственно 1 и 2 станины и жесткого их закрепления в нужном положении.
Стержень работает следующим образом.
У прототипа телескопические участки АС и BE стержня неизменяемых размеров, поскольку расстояния между горизонтальным невесомым стержнем ЕК и неподвижными горизонтальными площадками опор А и В, на которых расположены катки опор, является неизменными. Это мешает выполнению поставленной задачи. У предложенного стержня АСЕВ горизонтальные площадки, на которых расположены катки опор А и В, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих соответственно 1 и 2 станины и жесткого их закрепления в нужном положении. Это позволяет изменять длины участков всех стержней и закреплять их размеры с помощью клемм. Можно изменять длину любого участка стержня или всех сразу и определять реакции его опор. Изменяя длины участков стержней ступенчато и определяя каждый раз реакции опор, можно получать зависимости реакций опор от размеров стержней.
К конструкции приложена плоская произвольная система сил. При решении задачи 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 ().
Общая методика решения подобных задач приведена в Сборнике заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр. 8-14. Конструкция позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально и сравнивать результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Решение задач с изменяемыми размерами участков стержней 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.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.