СОСТАВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ С ЖЕСТКОЙ ЗАДЕЛКОЙ И ДВУМЯ ШАРНИРНО-ПОДВИЖНЫМИ ОПОРАМИ

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. 29, рис. 25, вар. 1), состоящая из левой, правой и нижней частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из Г-образного стержня, нижний конец вертикальной части которого жестко заделан в станину, правая часть состоит из горизонтального стержня, правый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой, нижняя часть состоит из Г-образного стержня, повернутого против хода часовой стрелки на 90°, горизонтальная часть этого стержня связана с шарнирно-подвижной опорой.
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 конструкция с жесткой заделкой и двумя шарнирно-подвижными опорами, состоящей из левой, правой и нижней частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, нижний конец вертикальной части которого жестко заделан в станину, правая часть составной конструкции состоит из горизонтального стержня, правый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой, а нижняя часть составной конструкции состоит из Г-образного стержня, повернутого против хода часовой стрелки на 90°, горизонтальная часть этого стержня связана с шарнирно-подвижной опорой, катки обеих шарнирно-подвижных опор расположены на горизонтальных площадках, согласно нашему предложению, все стержни левой, правой и нижней частей составной конструкции выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на горизонтальных частях стержней вправо, на вертикальных - вниз, а горизонтальные площадки, на которых находятся катки шарнирно-подвижных опор правой и нижней частей составной конструкции выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
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 приложенными к ней внешними силами и моментами состоит из левой AD, правой DC и нижней DB частей, связанных между собой вращательным шарниром D. Левая часть состоит из Г-образного стержня, нижний конец вертикальной части которого жестко заделан в станину в точке A. Правая часть состоит из горизонтального стержня, правый конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой в точке C. Нижняя часть состоит из Г-образного стержня, повернутого против хода часовой стрелки на 90°, горизонтальная часть которого связана с шарнирно-подвижной опорой в точке В. Катки обеих шарнирно-подвижных опор расположены на горизонтальных площадках. Все стержни левой, правой и нижней частей выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения, например, наружный стержень 1 телескопического соединения правой части, выполнены с клеммами на концах, для приведенного примера - клемма 2, направленными на горизонтальных частях стержней вправо, на вертикальных - вниз. Горизонтальные площадки 3 и 4, на которых находятся соответственно катки шарнирно-подвижных опор С правой и В нижней частей конструкции выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих 5 и 6, которые сами закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих соответственно 7 и 8 и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
Составная конструкция работает следующим образом.
kx
ky
У прототипа стержни неизменяемых размеров. У предложенной составной конструкции стержни выполнены телескопическими с клеммами на концах. Это позволяет изменять длины стержней и закреплять их размеры с помощью клемм. Можно изменять длину любого стержня или всех сразу, или в любом другом сочетании и определять реакции опор и силы взаимодействия частей конструкции. Изменяя длины стержней ступенчато и определяя каждый раз реакции опор и силы взаимодействия частей конструкции, можно получать зависимости реакций опор и сил взаимодействия от размеров стержней. К конструкции приложена плоская произвольная система сил. При решении задачи 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 (∑F=0, ∑F=0, ).
Общая методика решения подобных задач приведена в пособии, представленном выше (стр. 1, абзац 2). Конструкция позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально и сравнивать результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Решение задач с изменяемыми размерами стержней внедрено в учебный процесс студентов первого курса Казанского государственного энергетического университета. Студенты уже с первого курса начинают выполнять учебно-исследовательскую работу. Это, несомненно, повышает качество обучения студентов.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.