Устройство для демонстрации направлений реакций плоской шарнирно-стержневой конструкции Российский патент 2023 года по МПК G09B19/00 

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).

Известно устройство 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 (RU Патент №2784498, опубл. 28.11.2022).

Недостатками известных технических решений является то, что не представляется возможным демонстрация направлений реакций плоской шарнирно-стержневой конструкции.

Техническая проблема - не обеспечивается наглядность демонстрации направлений реакций плоской шарнирно-стержневой конструкции.

Технический результат - обеспечение наглядности демонстрации направлений реакций плоской шарнирно-стержневой конструкции.

Технический результат достигается устройством для демонстрации направлений реакций плоской шарнирно-стержневой конструкции, содержащее станину, жестко смонтированный со станиной вертикальный экран, 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, размещенной с обратной стороны вертикального экрана и имеющей общую ось с зубчатой шестерней, путем вращательного движения ручной рукояти, зубчатая рейка своим концом соединяется с осью одного из подвижных шарниров шарнирно-стержневого соединения, при этом шарнирно-стержневое соединение представляет собой соединения стержней с осями размещенных на их концах подвижных шарниров, при этом все стержни, соединенные с осями подвижных шарниров, имеют возможность перемещаться друг относительно друга, при этом все подвижные шарниры перемещаются внутри имеющихся на поверхности экрана для них углублений, при этом верхний стержень шарнирно-стержневого соединения выполнен с возможностью регулирования длины, при этом крайний стержень шарнирно-стержневого соединения своим концом связан с осью подвижного шарнира перемещающегося внутри своего углубления, выполненного на поверхности экрана, при этом с этой же осью подвижного шарнира связан и рабочий орган, выполненный в форме крюка для визуализации перемещения, при этом для визуализации направления реакций на поверхности стержней шарнирно-стержневого соединения, подвижной зубчатой рейки и крюка имеются зацепы для крепления стрелок, указывающих направление реакций возникающих в процессе работы устройства.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 схематично представлено устройство для демонстрации направлений реакций плоской шарнирно-стержневой конструкции, общий вид.

На фиг. 2 схематично представлено устройство для демонстрации направлений реакций плоской шарнирно-стержневой конструкции в работе при перемещении рабочего органа, выполненного в форме крюка влево.

На фиг. 3 схематично представлено устройство для демонстрации направлений реакций плоской шарнирно-стержневой конструкции в работе при перемещении рабочего органа, выполненного в форме крюка вправо.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Устройство для демонстрации направлений реакций плоской шарнирно-стержневой конструкции (Фиг. 1), содержащее станину 1, жестко смонтированный со станиной вертикальный экран 2, смонтированной с экраном подвижной зубчатой рейки 3, зубья которой входят в зацепление с зубьями шестерни 4, расположенной над поверхностью зубьев рейки 3 и приводимой в движение от ручной рукояти 5, размещенной с обратной стороны вертикального экрана 2 имеющей общую ось 6 с зубчатой шестерней 4, путем вращательного движения ручной рукояти 5, зубчатая рейка 3 своим концом соединяется с осью 7 одного из подвижных шарниров 8 шарнирно-стержневого соединения 9. Шарнирно-стержневое соединение 9 представляет собой соединения стержней 10, 11, 12, 13, 14, с осями 7, 15, 16, 17, 18, размещенных на их концах подвижных шарниров 8, 19, 20, 21, 22. Все стержни 10, 11, 12, 13, 14, соединенные с осями 7, 15, 16, 17, 18 подвижных шарниров 8, 19, 20, 21, 22 имеют возможность перемещаться друг относительно друга. Все подвижные шарниры 8, 19, 20, 21, 22 перемещаются внутри имеющихся на поверхности экрана для них углублений 23, 24, 25, 26. Верхний стержень 12 шарнирно-стержневого соединения 9 выполнен с возможностью регулирования длины. Крайний стержень 14 шарнирно-стержневого соединения 9 своим концом связан с осью 18 подвижного шарнира 22 перемещающегося внутри своего углубления 26 выполненного на поверхности экрана 2. С этой же осью 18 подвижного шарнира 22 связан и рабочий орган 27, выполненный в форме крюка для визуализации перемещения. Для визуализации направления реакций на поверхности стержней 10, 11, 12, 13, 14 шарнирно-стержневого соединения 9, подвижной зубчатой рейки 3 и рабочего органа 27, выполненный в форме крюка имеются зацепы 29 для крепления стрелок, указывающих направление реакций возникающих в процессе работы устройства.

Устройство для демонстрации направлений реакций плоской шарнирно-стержневой конструкции, работает следующим образом.

Вращательным движением ручной рукояти 5 через общую ось 6 приводится в движение зубчатая шестерня 4, которая входит в зацепление с зубьями зубчатой рейки 3. Зубчатая рейка 3, связанная с осью 7 подвижного шарнира 8, перемещаясь, приводит в движение как подвижный шарнир 8, так и шарнирно-стержневое соединение 9, где стержни 10, 11, 12, 13, 14 смещаются друг относительно друга в зависимости от перемещения подвижных шарниров 8, 19, 20, 21, 22 внутри своих углублений 23, 24, 25, 26 выполненных на поверхности экрана 2, при этом шарнир 19 занимает нижнее положение в углублении 24 экрана 2, а шарниры 8 и 21 расходятся, занимая крайнее положение, относительно друг друга в углублении 23 экрана 2. Связанный с подвижным шарниром 21 стержень 13 толкает вверх расположенный в углублении 25 экрана 2 подвижный шарнир 20, который тянет за собой связанные с ним стержни 12, 14. Верхний стержень 12 шарнирно-стержневого соединения 9 выполнен с возможностью регулирования длины и изменяет свою длину в зависимости от занимаемого положения связанных с ним подвижных шарниров 19 и 20 в углублениях 24, 25 экрана 2. Стержень 14 связан с подвижным шарниром 22 в углублении 26 экрана 2, приводя его в движение при котором подвижный шарнир 22 занимает крайнее левое положение в углублении 26 экрана 2 и связанный с ним рабочий орган 27, выполненный в форме крюка перемещается влево (Фиг. 2).

Вращательным движением ручной рукояти 5 в обратную сторону через общую ось 6 приводится в движение зубчатая шестерня 4, которая входит в зацепление с зубьями зубчатой рейки 3. Зубчатая рейка 3, связанная с осью 7 подвижного шарнира 8, перемещаясь, приводит в движение как подвижный шарнир 8, так и шарнирно-стержневое соединение 9, где стержни 10, 11, 12, 13, 14 смещаются друг относительно друга в зависимости от перемещения подвижных шарниров 8, 19, 20, 21, 22 внутри своих углублений 23, 24, 25, 26, выполненных на поверхности экрана 2, при этом шарнир 19 занимает верхнее положение в углублении 24 экрана 2, а шарниры 8 и 21 сходятся относительно друг друга в углублении 25 экрана 2. Связанный с подвижным шарниром 21 стержень 13 тянет вниз расположенный в углублении 22 экрана 2 подвижный шарнир 20, который заставляет перемещаться связанные с ним стержни 12, 14. Верхний стержень 12 шарнирно-стержневого соединения 9 выполнен с возможностью регулирования длины и изменяет свою длину в зависимости от занимаемого положения связанных с ним подвижных шарниров 19 и 20 в углублениях 24, 25 экрана 2. Стержень 14 связан с подвижным шарниром 22 в углублении 26 экрана 2, приводя его в движение, при котором подвижный шарнир 22 занимает крайнее правое положение в углублении 26 экрана 2 и связанный с ним рабочий орган 27, выполненный в форме крюка перемещается вправо (Фиг. 3).

Стрелки 29, закрепленные зацепами 28 на поверхности стержней 10, 11, 12, 13, 14, подвижной зубчатой рейки 3 и рабочего органа 27, выполненного в форме крюка укажут направление реакций, возникающих в процессе работы устройства.

Таким образом, обеспечивается наглядность демонстрации направлений реакций плоской шарнирно-стержневой конструкции.

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. Устройство для демонстрации направлений реакций плоской шарнирно-стержневой конструкции, содержащее станину, жестко смонтированный со станиной вертикальный экран, 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, размещенной с обратной стороны вертикального экрана и имеющей общую ось с зубчатой шестерней, путем вращательного движения ручной рукояти, зубчатая рейка своим концом соединяется с осью одного из подвижных шарниров шарнирно-стержневого соединения. Шарнирно-стержневое соединение представляет собой соединения стержней с осями размещенных на их концах подвижных шарниров. Все стержни, соединенные с осями подвижных шарниров, имеют возможность перемещаться друг относительно друга. Все подвижные шарниры перемещаются внутри имеющихся на поверхности экрана для них углублений. Верхний стержень шарнирно-стержневого соединения выполнен с возможностью регулирования длины. Крайний стержень шарнирно-стержневого соединения своим концом связан с осью подвижного шарнира, перемещающегося внутри своего углубления, выполненного на поверхности экрана. С этой же осью подвижного шарнира связан и рабочий орган, выполненный в форме крюка для визуализации перемещения. Для визуализации направления реакций на поверхности стержней шарнирно-стержневого соединения, подвижной зубчатой рейки и крюка имеются зацепы для крепления стрелок, указывающих направление реакций, возникающих в процессе работы устройства. Технический результат обеспечивает наглядность демонстрации направлений реакций плоской шарнирно-стержневой конструкции. 3 ил.

Устройство для демонстрации направлений реакций плоской шарнирно-стержневой конструкции, содержащее станину, жестко смонтированный со станиной вертикальный экран, 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, размещенной с обратной стороны вертикального экрана и имеющей общую ось с зубчатой шестерней, путем вращательного движения ручной рукояти, зубчатая рейка своим концом соединяется с осью одного из подвижных шарниров шарнирно-стержневого соединения, отличающийся тем, что шарнирно-стержневое соединение представляет собой соединения стержней с осями размещенных на их концах подвижных шарниров, при этом все стержни, соединенные с осями подвижных шарниров, имеют возможность перемещаться друг относительно друга, при этом все подвижные шарниры перемещаются внутри имеющихся на поверхности экрана для них углублений, при этом верхний стержень шарнирно-стержневого соединения выполнен с возможностью регулирования длины, при этом крайний стержень шарнирно-стержневого соединения своим концом связан с осью подвижного шарнира, перемещающегося внутри своего углубления, выполненного на поверхности экрана, при этом с этой же осью подвижного шарнира связан и рабочий орган, выполненный в форме крюка для визуализации перемещения, при этом для визуализации направления реакций на поверхности стержней шарнирно-стержневого соединения, подвижной зубчатой рейки и крюка имеются зацепы для крепления стрелок, указывающих направление реакций, возникающих в процессе работы устройства.