УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СИЛ С УЧЕТОМ ТРЕНИЯ ПОКОЯ В СОЕДИНЕНИИ "ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА-БАРАБАН"

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
a
Известно устройство для рассмотрения сил с учетом трения покоя с приложенными к нему 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.35, рис.32, вар.7) начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами , b, e, R, 1,5R, состоящее из двух соосно-расположенных барабанов разных радиусов, радиус большего барабана в полтора раза больше радиуса меньшего барабана, геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, на барабан меньшего радиуса намотана нить, которая расположена с левой стороны барабанов с левым уклоном и перекинута через блок, расположенный левее двух барабанов, к концу нити прикреплен груз, находящийся слева от блока, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с наклонным рычагом, правый конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке правее и ниже вращательных шарниров барабанов, вращательный шарнир блока, через который перекинута нить, расположен на горизонтальной площадке, находящейся ниже вращательных шарниров барабанов.
Основной недостаток известного устройства заключается в том, что оно имеет постоянные размеры стержней (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры стержней и постоянное положение опор, что не позволяет студентам (обучающимся) проводить учебные исследования как теоретические, так и экспериментальные по выявлению зависимости величин реакций связей и сил взаимодействия частей устройства от линейных размеров стержней и изменения взаимного расположения опор.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у стержней можно было изменять их размеры, а у опор -изменять их взаимное положение, и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований как теоретических, так и экспериментальных.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для лабораторных исследований сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан», состоящем из двух соосно расположенных барабанов разных радиусов, причем геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров, на барабан меньшего радиуса намотана нить, которая расположена с левой стороны барабанов с левым уклоном и перекинута через блок, расположенный левее двух барабанов, к концу нити прикреплен груз, находящийся слева от блока, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с наклонным рычагом, правый конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке правее и ниже вращательных шарниров барабанов, вращательный шарнир блока, через который перекинута нить, расположен на горизонтальной площадке, находящейся ниже вращательных шарниров барабанов, согласно нашему предложению, рычаг тормозной колодки выше и ниже колодки выполнен телескопическим, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма верхней части рычага направлена вниз по уклону, а клемма нижней части рычага - вверх по уклону, горизонтальные площадки, на которых находятся вращательные шарниры рычага и блока, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, которые выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальных направляющих и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
Такое исполнение устройства для лабораторных исследований позволило изменять размеры рычага и взаимное положение опор и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей устройства от размеров рычага и изменения взаимного положения опор как теоретически, так и экспериментально.
На фиг. представлена схема предлагаемого устройства для лабораторных исследований.
Устройство для лабораторных исследований устроено следующим образом.
а
Устройство для лабораторных исследований сил с учетом трения покоя в соединении «тормозная колодка-барабан» с приложенными к нему внешними силами и моментами, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами , b, е, R, 1,5R, состоит из двух соосно-расположенных барабанов 1 и 2 разных радиусов. Радиус большего барабана 1 в полтора раза больше радиуса R меньшего барабана 2. Геометрическая ось барабанов расположена горизонтально и одновременно является геометрической осью неподвижных вращательных шарниров О. На барабан 2 меньшего радиуса намотана нить 3, которая расположена с левой стороны барабанов с левым уклоном и перекинута через блок 4, расположенный левее двух барабанов. К концу нити прикреплен груз Q, находящийся слева от блока 4. Сверху к барабану 1 большего радиуса прижата тормозная колодка 5, жестко связанная с наклонным рычагом 6, правый конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира А, расположенного на горизонтальной площадке правее и ниже вращательных шарниров барабанов. Вращательный шарнир С блока 4, через который перекинута нить 3, расположен на горизонтальной площадке, находящейся ниже вращательных шарниров О барабанов. Рычаг 6 тормозной колодки 5 выше и ниже ее выполнен телескопическим. Два наружных стержня 7 и 8 телескопических соединений выполнены с клеммами на концах. Клемма 9 верхней части стержня направлена вниз по уклону, а клемма 10 нижней части стержня - вверх по уклону, Горизонтальные площадки, на которых находятся вращательные шарниры А рычага и С блока 4, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, соответственно 11 и 12, которые выполнены с возможностью перемещения вдоль горизонтальных направляющих, соответственно 13 и 14, и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
Устройство для лабораторных исследований работает следующим образом.
Теоретически в устройстве с размерами прототипа необходимо определять минимальное значение внешней силы Р, приложенной к рычагу, силы взаимодействия частей устройства и реакции его опор, находящиеся в покое, с учетом сил сцепления (трения покоя) в соединении «тормозная колодка - барабан». Эта задача решается с помощью уравнений равновесия. Согласно рекомендациям, изложенным в указанном выше источнике, в котором описан прототип, сначала составляются уравнения равновесия сил, приложенных к грузу Q. Из этих уравнений определяется реакция нити и нормальная реакция при взаимодействии нити с блоком. Затем составляются уравнения равновесия сил, приложенных к барабану, из которых определяется сила сцепления и нормальная сила, действующая на барабан, а также реакции шарниров барабана. Для определения минимального значения силы Р и реакций опор в неподвижном шарнире А рычага достаточно рассмотреть равновесие сил, приложенных к рычагу.
Поскольку в предложенной полезной модели предусмотрено изменение длины рычага и взаимного положения опор, то перечисленные величины сил можно определять при измененных размерах рычага АВ и соответствующих размеров взаимного положения опор О и А. Если длины левой и правой частей рычага 4 изменять ступенчато, последовательно или одновременно, то можно получать и соответствующие значения сил. По полученным данным можно строить графические зависимости значения сил от изменения размеров рычага.
Определять соответствующие зависимости можно и экспериментально, снабдив звенья устройства соответствующими датчиками и регистрирующей аппаратурой. Появилась возможность у обучающихся проводить как теоретические, так и экспериментальные исследования и сравнивать их результаты.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.