Устройство для демонстрации направлений реакций плоской конструкции
DEVICE FOR DEMONSTRATING REACTION DIRECTIONS FLAT DESIGN

Изобретение относится к области образования, к средствам обучения в качестве технического средства обучения в вузах, колледжах и других учебных заведениях, где изучается теоретическая и техническая механика.
Известно устройство для демонстрации равновесия двухопорной балки, содержащее жесткую балку, опирающуюся на станину посредством подвижного шарнира с одной стороны, а с другой стороны закрепленную в шарнире, выполненном в виде корпуса с цилиндрической поверхностью, в котором расположено два подшипника качения. На обоих шарнирах закреплены стрелки, показывающие направление реакций в опорах, на балке имеются зацепы, к которым прикрепляется стрелка, характеризующая направление активной силы (полезная модель РФ 86030, опубл. 20.08.2009).
Известно устройство для визуализации направления реакций двухопорной балки, содержащее балку, к которой прикреплена стрелка, характеризующая направление активной силы, концы балки зажаты между подпружиненными кнопочными контактами, установленными в держателях, при этом перед балкой на станине установлен полупрозрачный экран, в котором, в местах изображения реакций, сделаны светопроводящие вставки, за которыми расположены секции светодиодов (полезная модель РФ 132234, опубл. 10.09.2013).
Известно устройство для визуализации направления реакций плоских стержневых конструкций содержащее станину, полупрозрачный экран, в котором, в местах изображения реакций, сделаны светопроводящие вставки, за которыми расположены секции плат со светодиодами, стрелку, характеризующую направление силы тяжести, согласно изобретению дополнительно содержит вертикальный экран с пазом, два цилиндрических шарнира, два стержня составной конструкции, ось, гибкую нить, блок с осью, груз, при этом на станину с помощью сварки жестко монтируется вертикальный экран, с одной стороны которого жестко устанавливаются блок с осью и цилиндрические шарниры, при этом одни концы стержней составной конструкции соединяются с цилиндрическими шарнирами, а другими концами соединяются между собой посредством оси, расположенной в пазу вертикального экрана, ось имеет два упора для фиксации ее в пазу с двух сторон вертикального экрана и соединяется гибкой нитью, перекинутой через блок с грузом, к которому крепится стрелка, характеризующая направление силы тяжести, при этом каждый стержень составной конструкции состоит из цилиндра с прорезью в стенке, поршня с выступом, соединенного жестко со штоком, крышки, двух пружин, расположенных с двух сторон поршня, двух микропереключателей с контактными пластинами, при этом выступ поршня выступает из прорези и взаимодействует с контактными пластинами микропереключателей, закрепленных к стенке цилиндра со стороны прорези, а полупрозрачный экран со светопроводящими вставками с изображением в виде стрелок и плата со светодиодами закрепляются к стенке цилиндра, расположенной симметрично прорези (RU Патент №2726663, опубл. 15.07.2020).
Недостатками известных технических решений является то, что не представляется возможным демонстрация направлений реакций плоской конструкции.
Техническая проблема - не обеспечивается наглядность демонстрации направлений реакций плоской конструкции.
Технический результат - обеспечение наглядности демонстрации направлений реакций плоской конструкции.
Технический результат достигается устройством для демонстрации направлений реакций плоской конструкции, содержащее станину, жестко смонтированный со станиной вертикальный экран, смонтированный с экраном подвижный блок с осью, проходящую по канавке блока гибкую нить и груз, находящийся на конце этой нити, при этом плоская конструкция выполнена из смонтированной с экраном подвижной зубчатой рейки, зубья которой входят в зацепление с зубьями шестерни, расположенной над поверхностью зубьев рейки и приводимой в движение от ручной рукояти, расположенной с обратной стороны вертикального экрана и имеющей общую ось с зубчатой шестерней, путем вращательного движения ручной рукояти, при этом зубчатая рейка своим концом соединяется с осью одного из подвижных шарниров шарнирно-рычажного соединения, представляющего собой два рычага с шарнирами на концах, при этом два рычага соединены между собой посредством общего шарнира, который подвижен и способен перемещаться внутри имеющегося на поверхности экрана для него паза, при этом все шарниры подвижны и перемещаются внутри имеющихся на поверхности экрана для них пазов, при этом гибкая нить, проходящая по канавке смонтированного с экраном подвижного блока с осью одним концом связана с грузом, а другим концом связана с осью шарнира, размещенным на конце одного из рычагов шарнирно-рычажного механизма и перемещающимся внутри своего паза, выполненного на поверхности экрана, при этом для визуализации направления реакций на поверхности рычагов, подвижной зубчатой рейки и груза имеются зацепы, к которым крепятся стрелки, указывающие направление реакций возникающих в процессе работы устройства. Изобретение поясняется чертежом.
На фигуре 1 схематично представлено устройство для демонстрации направлений реакций плоской конструкции, общий вид.
На фигуре 2 схематично представлено устройство для демонстрации направлений реакций плоской конструкции в работе - опускание.
На фигуре 3 схематично представлено устройство для демонстрации направлений реакций плоской конструкции в работе - подъем.
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.
Устройство для демонстрации направлений реакций плоской конструкции (Фиг. 1), содержащее станину 1, жестко смонтированный со станиной вертикальный экран 2, смонтированный с экраном подвижный блок с осью 3, проходящую по канавке блока с осью 3 гибкую нить 4 и груз 5, находящийся на конце этой нити 4. Плоская конструкция выполнена из смонтированной с экраном 2 подвижной зубчатой рейки 6, зубья которой входят в зацепление с зубьями шестерни 7, расположенной над поверхностью зубьев рейки 6 и приводимой в движение от ручной рукояти 8, расположенной с обратной стороны вертикального экрана 2 и имеющей общую ось 9 с зубчатой шестерней 7, путем вращательного движения ручной рукояти 8. Зубчатая рейка 6 своим концом соединяется с осью 10 одного из подвижных шарниров 11 шарнирно-рычажного соединения 12, представляющего собой два рычага 13, 14 с шарнирами 11, 15, 16 на концах. Два рычага 13, 14 соединены между собой посредством общего шарнира 15, который подвижен и способен перемещаться внутри имеющегося на поверхности экрана для него паза 18. Все шарниры 11, 15, 16 шарнирно-рычажного соединения 12 подвижны и перемещаются внутри имеющихся на поверхности экрана для них пазов 17, 18. Гибкая нить 4, проходящая по канавке смонтированного с экраном подвижного блока с осью 3, одним концом связана с грузом 5, а другим концом связана с осью 19 шарнира 16, размещенным на конце 14 одного из рычагов шарнирно-рычажного соединения 12 и перемещающимся внутри своего паза 17, выполненного на поверхности экрана 2. Для визуализации направления реакций на поверхности рычагов 13, 14, подвижной зубчатой рейки 6 и груза 5 имеются зацепы 20, к которым крепятся стрелки 21, указывающие направление реакций возникающих в процессе работы устройства.
Устройство для демонстрации направлений реакций плоской конструкции, работает следующим образом.
Вращательным движением ручной рукояти 8 через общую ось 9 приводится в движение зубчатая шестерня 7, которая входит в зацепление с зубьями зубчатой рейки 6. Зубчатая рейка 6, связанная с осью 10 подвижного шарнира 11, перемещаясь, приводит в движение как подвижный шарнир 11, так и шарнирно-рычажное соединение 12, где рычаги 13, 14 смещаются друг относительно друга в зависимости от перемещения подвижных шарниров 15, 16 внутри своих пазов 17, 18 выполненных на поверхности экрана 2, при этом шарнир 15 занимает нижнее положение в пазу 18, а шарниры 11 и 16 расходятся занимая крайнее положение относительно друг друга в пазу 17. Подвижный шарнир 16, на конце рычага 14 шарнирно-рычажного соединения 12, перемещаясь внутри своего паза 17, связан с гибкой нитью 4, скрепленной с осью 19, а натяжение в гибкой нити 4, проходящей по канавке смонтированного с экраном подвижного блока с осью 3, ослабевает и груз 5 совершает процесс движения - опускание (Фиг. 2).
Вращательным движением ручной рукояти 8 в обратную сторону через общую ось 9 приводится в движение зубчатая шестерня 7, которая входит в зацепление с зубьями зубчатой рейки 6. Зубчатая рейка 6, связанная с осью 10 подвижного шарнира 11, перемещаясь, давит на ось 10, заставляя перемещаться подвижный шарнир 11 и связанное с ним шарнирно-рычажное соединение 12, где рычаги 13, 14 смещаются друг относительно друга в зависимости от сближения друг с другом подвижных шарниров 11, 16 внутри своего паза 17, а шарнир 15 поднимается в своем пазу 18. Подвижный шарнир 16 на конце рычага 14 шарнирно-рычажного соединения 12, перемещаясь внутри своего паза 17, тянет гибкую нить 4, скрепленную с осью 19. Натягиваясь, гибкая нить 4, проходящая по канавке смонтированного с экраном подвижного блока с осью 3, связана с грузом 5, который и поднимается (Фиг. 3).
Стрелки 21, закрепленные зацепами 20 на поверхности рычагов 13, 14, подвижной зубчатой рейки 6 и груза 5 укажут направление реакций возникающих в процессе работы устройства при подъеме и опускании груза 5.
Таким образом, обеспечивается наглядность демонстрации направлений реакций плоской конструкции.