ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ 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.
Известен стенд 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.36, рис.33, вар.18. Там вкралась ошибка: рычаг АВ не имеет шарнира в точке А, соединяющего его со станиной. Без этого стенд работать не будет.) начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, e, R, 1,4R, состоящий из двух соосно расположенных барабанов разных радиусов, радиус большего барабана в одну целую четыре десятых 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 левым уклоном под углом α к горизонту, к концу нити прикреплена тележка на колесах, расположенных на наклонной плоскости, параллельной нити, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с горизонтальным рычагом, левый конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке левее и выше вращательных шарниров барабанов.
Основной недостаток известного стенда заключается в том, что он имеет постоянные размеры рычага (застывшую форму), 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 стенда от линейных размеров рычагов (стержней) и изменения взаимного расположения опор.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у рычагов (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 лабораторном стенде для экспериментальных 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 левым уклоном под углом к горизонту, к концу нити прикреплена тележка на колесах, расположенных на наклонной плоскости, параллельной нити, сверху к барабану большего радиуса прижата тормозная колодка, жестко связанная с горизонтальным рычагом, левый конец которого связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира, расположенного на горизонтальной площадке левее и выше вращательных шарниров барабанов, согласно нашему предложению, рычаг тормозной колодки слева и справа от колодки выполнен телескопическим, два наружных стержня телескопических соединений выполнены с клеммами на концах, клемма левой части стержня направлена вправо, а правой - влево, горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.
Такое исполнение лабораторного стенда позволило изменять размеры рычага и взаимное положение опор и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей стенда от размеров рычага и изменения взаимного положения опор как теоретически, так и экспериментально.
На фиг. представлена схема предлагаемого лабораторного стенда.
Лабораторный стенд устроен следующим образом.
Лабораторный стенд для экспериментальных 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 a, b, е, R, 1,4R состоит из двух соосно расположенных барабанов 1 и 2 разных радиусов. Радиус большего барабана 1 в одну целую четыре десятых 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 левым уклоном под углом α к горизонту. А концу нити прикреплена тележка 4 на колесах, расположенных на наклонной плоскости 5, параллельной нити. Сверху к барабану 1 большего радиуса прижата тормозная колодка 6, жестко связанная с горизонтальным рычагом 7. Левый конец рычага связан со станиной с помощью неподвижного вращательного шарнира А, расположенного на горизонтальной площадке левее и выше вращательных шарниров О барабанов.
Рычаг тормозной колодки слева и справа от колодки выполнен телескопическим. Два наружных стержня 8 и 9 телескопических соединений выполнены с клеммами на концах. Клемма 10 левой части стержня направлена вправо, а клемма 11 правой - влево.
Горизонтальная площадка, на которой находится вращательный шарнир А рычага, выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 12 станины и жесткого закрепления к ней.
Лабораторный стенд работает следующим образом.
Теоретически в стенде с размерами прототипа необходимо определять минимальное значение внешней силы Р, приложенной к рычагу, силы взаимодействия частей прибора 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 тележке Q. Из этих уравнений определяется реакция нити и нормальная реакция плоскости при взаимодействии колес тележки с наклонной плоскостью 5. Затем составляются уравнения равновесия сил, приложенных к барабану 2, из которых определяется 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 7.
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 стенда соответствующими датчиками и регистрирующей аппаратурой.
Появилась возможность у обучающихся проводить как теоретические, так и экспериментальные исследования и сравнивать их результаты.
Задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.