СОСТАВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ С ДВУМЯ ШАРНИРНО-ПОДВИЖНЫМИ ОПОРАМИ И НЕПОДВИЖНЫМ ВРАЩАТЕЛЬНЫМ ШАРНИРОМ, РАСПОЛОЖЕННЫМ МЕЖДУ НИМИ

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена 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. 259, рис. 176, вар. 5), состоящая из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из ломаного стержня, представляющего собой равнобедренный треугольник, нижний конец левой стороны треугольника с левым уклоном которого связан с шарнирно-подвижной опорой, нижний конец правой стороны с правым уклоном которого связан с неподвижным вращательным шарниром, правая часть конструкции представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 180° вокруг его вертикальной части, левый конец горизонтальной части которого шарнирно связан с серединой правой стороны треугольника, а нижний конец его вертикальной части связан с шарнирно-подвижной опорой, катки всех шарнирно-подвижных опор и основание неподвижного вращательного шарнира расположены на горизонтальной плоскости.
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 размеры и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований.
Технический результат достигается тем, что в составной конструкции с двумя шарнирно-подвижными опорами и неподвижным вращательным шарниром, расположенным между ними, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из ломаного стержня, представляющего собой равнобедренный треугольник, нижний конец левой стороны треугольника с левым уклоном которого связан с шарнирно-подвижной опорой, нижний конец правой стороны с правым уклоном которого связан с неподвижным вращательным шарниром, правая часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень, повернутый на 180° вокруг его вертикальной части, левый конец горизонтальной части которого шарнирно связан с серединой правой стороны треугольника, а нижний конец его вертикальной части связан с шарнирно-подвижной опорой, катки всех шарнирно-подвижных опор и основание неподвижного вращательного шарнира расположены на горизонтальной плоскости, согласно нашему предложению, наклонные, горизонтальные и вертикальные стержни левой и правой частей конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными у наклонных стержней вниз по уклону, у горизонтального стержня - влево, а у вертикального стержня - вниз.
Такое исполнение составной конструкции позволило изменять размеры стержней и проводить учебные исследования обучающимся 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 двумя шарнирно-подвижными опорами и неподвижным вращательным шарниром, расположенным между ними, состоит из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром. Левая часть составной конструкции состоит из ломаного стержня ADEB, представляющего собой равнобедренный треугольник, нижний конец левой стороны AD треугольника с левым уклоном которого связан с шарнирно-подвижной опорой A. Нижний конец правой стороны DEB с правым уклоном которого связан с неподвижным вращательным шарниром B. Правая часть составной конструкции представляет собой Г-образный стержень EFC, повернутый на 180° вокруг его вертикальной части FC, левый конец E горизонтальной части которого шарнирно связан с серединой E правой стороны треугольника, а нижний конец его вертикальной части FC связан с шарнирно-подвижной опорой C. Катки всех шарнирно-подвижных опор A и C и основание неподвижного вращательного шарнира B расположены на горизонтальной плоскости. Наклонные, горизонтальные и вертикальные стержни левой и правой частей конструкции выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах. Например, наклонный стержень AD имеет наружный стержень 1 и клемму 2. Клеммы направлены у наклонных стержней AD и DEB вниз по уклону, у горизонтального стержня EF - влево, а у вертикального стержня FC - вниз.
Составная конструкция работает следующим образом.
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 (, , ).
1
2
1
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 (, ) 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 (ADEB и EFC) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопических соединений, например, наклонных стержней AD и DEB, то будут увеличиваться расстояния точек приложения силы P от опоры A и силы P от опоры B. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P до точки A или силы P от точки B, относительно которой при решении задачи нужно 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.