СОСТАВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ С НИЖНИМ НЕПОДВИЖНЫМ ВРАЩАТЕЛЬНЫМ ШАРНИРОМ И ВЕРХНЕЙ И НИЖНЕЙ ШАРНИРНО-ПОДВИЖНЫМИ ОПОРАМИ

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической и прикладной 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. 261, рис. 178, вар. 26), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть конструкции состоит из стержня двутаврового профиля, у которого его нижнее основание состоит из одинаковых по размеру полок, конец левой полки связан с неподвижным вращательным шарниром, конец правой полки связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, верхнее основание также состоит из левой и правой полок, правая полка короче левой, правая часть конструкции представляет собой горизонтальный стержень, левый конец которого связан с левой частью конструкции, а правый конец связан с шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на наклонной плоскости с левым уклоном.
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 и сил взаимодействия частей конструкции от линейных размеров стержней.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у стержней составной конструкции можно было изменять их длину и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований.
Технический результат достигается тем, что в составной конструкции с нижним неподвижным вращательным шарниром и верхней и нижней шарнирно-подвижными опорами, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из стержня двутаврового профиля, у которого его нижнее основание состоит из одинаковых по размеру полок, конец левой полки связан с неподвижным вращательным шарниром, конец правой полки связан с нижней шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на горизонтальной плоскости, верхнее основание стержня двутаврового профиля также состоит из левой и правой полок, причем правая полка короче левой, правая часть составной конструкции представляет собой горизонтальный стержень, левый конец которого связан с левой частью составной конструкции, а правый конец связан с верхней шарнирно-подвижной опорой, катки которой расположены на наклонной площадке с левым уклоном, согласно нашему предложению, все стержни и их участки левой и правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных участках стержней влево, на вертикальных - вниз, и только на левой полке верхнего основания стержня двутаврового профиля клемма направлена вправо, причем площадка, на которой расположены катки верхней шарнирно-подвижной опоры, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, а вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.
Такое исполнение составной конструкции позволило изменять размеры стержней и положения опор и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей конструкции от размеров стержней и их частей как теоретически, так и экспериментально.
На фиг. представлена схема составной конструкции.
Составная конструкция с нижним неподвижным вращательным шарниром и верхней и нижней шарнирно-подвижными опорами состоит из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром. Левая часть конструкции состоит из стержня двутаврового профиля AKBDEC, у которого его нижнее основание AKB состоит из одинаковых по размеру полок AK и KB. Конец левой полки AK связан с неподвижным вращательным шарниром A. Конец правой полки KB связан с шарнирно-подвижной опорой B, катки которой расположены на горизонтальной плоскости. Верхнее основание также состоит из левой DE и правой EC полок. Правая полка короче левой. Правая часть конструкции представляет собой горизонтальный стержень CF, левый конец которого связан с левой частью конструкции. Правый конец связан с шарнирно-подвижной опорой F, катки которой расположены на наклонной площадке с левым уклоном. Все стержни и их участки левой и правой частей конструкции выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на горизонтальных участках стержней влево, на вертикальных - вниз и только на левой полке DE верхнего основания клемма направлена вправо. Например, стержень правой части CF имеет внешний стержень 1 и клемму 2. Площадка, на которой расположены катки шарнирно-подвижной опоры F правой части, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 3, которая выполнена с возможностью перемещения ее вдоль горизонтальной направляющей 4 станины и жесткого закрепления и той и другой 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 левой и правой 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, ΣF=0, ).
kx
ky
1
1
Если вычислять реакции опор и силы взаимодействия двух частей составной конструкции при постоянных размерах стержней прототипа, то получают их значения постоянными. В предложенной составной конструкции все части стержней выполнены телескопическими с клеммами на концах с возможностью изменения их размеров, но при сохранении действующих сил и моментов первые два условия равновесия при разных размерах стержней (ΣF=0, ΣF=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 (AKBDEC и CF) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопических соединений, например, расположенных ниже точки E, например, длину участка KE, то будет увеличиваться расстояние от точки приложения силы P до точки A. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P до точки A.
2
С изменением длин горизонтальных стержней будет изменяться и размер плеча силы P относительно точки A, относительно которой при решении задачи следует составлять уравнение равновесия моментов сил, приложенных ко всей конструкции (). Увеличение размеров плеч сил будет наблюдаться и при изменении размеров остальных телескопических соединений и положения опор B и F, выполненных с возможностью перемещения вдоль горизонтальной плоскости (опоры B), имея катки, а опоры F - вертикальной направляющей 3 вдоль горизонтальной направляющей 4 станины.
Следовательно, перед студентами (обучающимися) можно ставить несколько учебно-исследовательских задач. Конструкция позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально, сравнивая результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена. Предложенная составная конструкция позволяет изменять размеры стержней и организовывать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов (1-го и 2-го), значительно улучшая их инженерную подготовку.