СОСТАВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ УЧЕБНОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И РЕАКЦИЙ ДВУХ ОПОР

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известна составная конструкция с приложенными к ней внешними силами и моментами (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, вар.2), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой и со станиной вращательными шарнирами, левая часть состоит из ломаного стержня, в который входят две горизонтальные части, соединенные наклонной частью, направленной вверх, правая часть состоит из вертикального стержня, направленного вверх.
Основной недостаток известной составной конструкции заключается в том, что она имеет постоянные размеры стержней (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры стержней, что не позволяет студентам (обучающимся) проводить учебные исследования как теоретические, так и экспериментальные по выявлению зависимости величин реакций связей от линейных размеров стержней.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у стержней составной конструкции можно было изменять длину стержней и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований.
Технический результат достигается тем, что в составной конструкции учебной модели для определения сил взаимодействия и реакций двух опор, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой и со станиной вращательными шарнирами, при этом левая часть составной конструкции состоит из ломаного стержня, в который входят две горизонтальные части, соединенные наклонной частью, направленной вверх, а правая часть составной конструкции состоит из вертикального стержня, направленного вверх, согласно предлагаемой полезной модели, все части стержня левой части составной конструкции и стержень правой части составной конструкции выполнены телескопическими, причем наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными во всей составной конструкции по ходу часовой стрелки, а шарнирная опора левой части составной конструкции выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости и жесткого закрепления к ней.
Такое исполнение составной конструкции позволило изменять размеры стержней и проводить учебные исследования обучающихся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей конструкции от размеров стержней и их частей.
На фиг. представлена схема составной конструкции.
Составная конструкция с приложенными к ней внешними силами и моментами состоит из левой АС и правой СВ частей, связанных между собой вращательным шарниром C, а со станиной - шарнирами A и B. Левая часть состоит из ломаного стержня АС, имеющего две горизонтальные части, связанные наклонной частью с уклоном вверх, правая часть состоит из вертикального стержня СВ. Наклонная и горизонтальные части стержня левой части и вертикальный стержень правой части выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения, например, наружный стержень 1 вертикального телескопического соединения правой части, выполнены с клеммами на концах, для приведенного примера - клемма 2. Стержни с клеммами всей конструкции направлены по ходу часовой стрелки. Шарнирная опора 3 левой части выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости станины 4 и жесткого закрепления к ней в нужном положении.
Составная конструкция работает следующим образом.
kx
ky
Силы, приложенные к составной конструкции, образуют плоскую произвольную систему сил, находящуюся в равновесии. Для определения реакций опор (связей) и сил взаимодействия частей конструкции 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 (ΣF=0, Σ=0, ).
kx
ky
2
2
Если вычислять реакции опор и силы взаимодействия двух частей составной конструкции при постоянных размерах стержней прототипа, то можно получить и значения сил постоянными. В предложенной составной конструкции все части стержней выполнены телескопическими с клеммами на концах, но при сохранении действующих сил и моментов первые два условия равновесия (ΣF=0, Σ=0) будут давать в обоих случаях один и тот же результат. И только третье условие равновесия () при изменении длины стержней ступенчато и закреплении их с помощью клемм позволяет находить зависимости реакций опор и сил взаимодействия двух частей (АС и СВ) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного ниже точки C, то будет увеличиваться расстояние точки приложения силы P от опоры B. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P до точки B, относительно которой при решении задачи следует составлять уравнение равновесия моментов сил, приложенных ко всей конструкции (). Увеличение плеч сил будет наблюдаться и при изменении длин остальных телескопических соединений. Следовательно, перед студентами (обучающимися) можно ставить несколько учебно-исследовательских задач. Конструкция позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально и сравнивать результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена. Предложенная составная конструкция позволяет организовать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов (1-го и 2-го) и значительно улучшить их инженерную подготовку.