Устройство для демонстрации деформации гибкого стержня на плоскости Российский патент 2024 года по МПК G09B23/06 G09B23/10 

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 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 №2.726663, 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).

Известно 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, 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 (RU Патент №2797962, опубл. 13.06.2023).

Недостатками известных технических решений является то, что не представляется возможным демонстрация деформации гибкого стержня на плоскости.

Техническая проблема - не обеспечивается наглядность демонстрации деформации гибкого стержня на плоскости.

Технический результат - обеспечение наглядности демонстрации деформации гибкого стержня на плоскости.

Технический результат достигается устройством для демонстрации деформации гибкого стержня на плоскости, 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, при этом зубчатая рейка своим концом соединяется с осью одного из подвижных шарниров, который перемещается внутри имеющегося для него на поверхности экрана углубления, при этом ось упомянутого подвижного шарнира удлиненная для возможности крепления одного конца гибкого стержня, при этом другой конец гибкого стержня имеет крепление на другой удлиненной оси, при этом упомянутая удлиненная ось является осью другого подвижного шарнира, который перемещается внутри имеющегося для него на поверхности экрана углубления, при этом с этой упомянутой осью соединяется своим концом еще одна зубчатая рейка, при этом эта зубчатая рейка смонтирована с экраном и ее зубья входят в зацепление с зубьями другой 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, при этом для измерения величины деформации гибкого стержня, возникающей в процессе работы устройства, на поверхности стержня имеются зацепы для размещения тензометров.

Изобретение поясняется чертежом.

На фигуре 1 схематично представлено устройство для демонстрации деформации гибкого стержня на плоскости, общий вид.

На фигуре 2 схематично представлено устройство для демонстрации деформации гибкого стержня на плоскости в работе.

На фигуре 3 схематично представлено устройство для демонстрации деформации гибкого стержня на плоскости, вид гибкого стержня при деформации.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения заключаются в следующем.

Устройство для демонстрации деформации гибкого стержня на плоскости (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 и 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, который перемещается внутри имеющегося для него на поверхности экрана 2 углубления 9. Ось упомянутого подвижного шарнира 8 удлиненная для возможности крепления 10 одного конца гибкого стержня 11. Другой конец гибкого стержня 11 имеет крепление 12 на другой удлиненной оси 13. Упомянутая удлиненная ось 13 является осью другого подвижного шарнира 14, который перемещается внутри имеющегося для него на поверхности экрана 2 углубления 15. С этой упомянутой осью 13 соединяется своим концом еще одна зубчатая рейка 16. Эта зубчатая рейка 16 смонтирована с экраном 2 и ее зубья входят в зацепление с зубьями другой шестерки 17. расположенной над поверхностью зубьев рейки 16 и приводимой в движение от ручной рукояти 18, размещенной с обратной стороны вертикального экрана 2 и имеющей общую ось 19 с зубчатой шестерней 17, путем вращательного движения ручной рукояти 18. Для измерения величины деформации гибкого стержня 11, возникающей в процессе работы устройства, на поверхности стержня 11 имеются зацепы 20 для размещения тензометров 21.

Устройство для демонстрации деформации гибкого стержня на плоскости, работает следующим образом.

Вращательным движением ручных рукоятей 5 и 18 через оси 6 и 13 приводятся в движение зубчатые шестерни 4 и 17, каждая из которых входит в зацепление с зубьями зубчатых реек 3 и 16. Зубчатые рейки 3 и 16 начинают перемещаться навстречу друг другу. Зубчатые рейки 3 и 16, связанны осями 7 и 13 со своими подвижными шарнирами 8 и 14, которые от воздействия на них начинают перемещаться внутри своих углублений 9 и 15 навстречу друг другу. Стержень 11 закрепленный своими концами на удлиненных осях 7 и 13, которые также являются и осями подвижных шарниров 8 и 14 от действия сжимающей силы подвижных шарниров 8 и 14 начинает деформироваться - прогибаться. При обратном вращательном движении ручных рукоятей 5 и 18 через оси 6 и 13 приводятся в движение зубчатые шестерни 4 и 17, каждая из которых входит в зацепление с зубьями зубчатых реек 3 и 16. Зубчатые рейки 3 и 16 начинают удаляться друг от друга. Зубчатые рейки 3 и 16, связанны осями 7 и 13 со своими подвижными шарнирами 8 и 14, которые от воздействия на пик начинают перемещаться внутри своих углублений 9 и 15 на удаление друг от друга. Стержень 11 закрепленный своими концами на удлиненных осях 7 и 13, которые также являются и осями подвижных шарниров 8 и 14 от действия растягивающей силы подвижных шарниров 8 и 14 стремиться выпрямиться (Фиг. 2, 3).

Величину деформации гибкого стержня 11, возникающую в процессе работы устройства в определенных местах, укажут тензометры 21, которые размещены на поверхности стержня 11 посредством зацепов 20.

Таким образом, обеспечивается наглядность демонстрации деформация гибкого стержня на плоскости.

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 деформации гибкого стержня на плоскости содержит станину, вертикальный экран, подвижную зубчатую рейку, зубья которой входят в зацепление с зубьями шестерни, расположенной над поверхностью зубьев рейки и приводимой в движение от ручной рукояти. Зубчатая рейка своим концом соединяется с осью одного из подвижных шарниров, который перемещается внутри имеющегося для него на поверхности экрана углубления. Ось упомянутого шарнира удлиненная для возможности крепления одного конца гибкого стержня. Другой конец гибкого стержня имеет крепление на другой удлиненной оси. Упомянутая удлиненная ось является осью другого подвижного шарнира, который перемещается внутри имеющегося для него на поверхности экрана углубления. С этой упомянутой осью соединяется своим концом еще одна зубчатая рейка. Эта зубчатая рейка смонтирована с экраном, и ее зубья входят в зацепление с зубьями другой шестерни, расположенной над поверхностью зубьев рейки и приводимой в движение от ручной рукояти. Для измерения величины деформации гибкого стержня на поверхности стержня имеются зацепы для размещения тензометров. Технический результат: возможность определения количественной оценки величины деформации, что повышает наглядность демонстрации деформации гибкого стержня. 3 ил.

Устройство для демонстрации деформации гибкого стержня на плоскости, 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, отличающийся тем, что зубчатая рейка своим концом соединяется с осью одного из подвижных шарниров, который перемещается внутри имеющегося для него на поверхности экрана углубления, при этом ось упомянутого подвижного шарнира удлиненная для возможности крепления одного конца гибкого стержня, при этом другой конец гибкого стержня имеет крепление на другой удлиненной оси, при этом упомянутая удлиненная ось является осью другого подвижного шарнира, который перемещается внутри имеющегося для него на поверхности экрана углубления, при этом с этой упомянутой осью соединяется своим концом еще одна зубчатая рейка, при этом эта зубчатая рейка смонтирована с экраном и ее зубья входят в зацепление с зубьями другой 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, при этом для измерения величины деформации гибкого стержня, возникающей в процессе работы устройства, на поверхности стержня имеются зацепы для размещения тензометров.