Устройство для демонстрации распределенных нагрузок Советский патент 1992 года по МПК G09B23/08 

Изобретение относится к учебно-наглядным пособиям по теоретической механике и может быть использовано.для демонстрации нагрузок, действующих на балку, распределенных равномерно и по законам треугольника и трапеции, с показом изменения интенсивности этих нагрузок и расположения сосредоточенной силы, равнодействующей данным нагрузкам.

Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей устройства и технологичности конструкции.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство, показывающее равномерно распределенную нагрузку, общий вид; на фиг.2 -то же, при демонстрации нагрузки, распределенной по закону треугольника; на фиг.З

- то же, при демонстрации нагрузки, распределенной по закону треугольника при изменении расположения наибольшей интенсивности и ее уменьшении; на фиг.4 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг,6-устройство, показывающее нагрузку, распределенную по закону трапеции, общий вид.

Устройство для демонстрации распределенных нагрузок состоит из основания 1, несущую балку 2, на которую действует распределенная нагрузка, обозначенная указателями распределенной нагрузки, состоящими из стержней 3, установленных подвижно в осевом направлении в направляющих отверстиях 4, выполненных в балке 2, например краской, соответствующей цвету стержней 3. Стрелочный указатель сосреVJСО О 0

сл

00

доточенной силы выполнен в виде стрелки 6 и показывает направление и точку приложения сосредоточенной силы, равнодействующей распределенной нагрузке, приложенной к балке 2. Стрелка 6 также может быть окрашена в какой-либо другой цвет, чтобы выделяться на фоне других деталей. Стрелка б установлена с возможностью поворота на оси 7, другой конец которой снабжен отверстием, сопряженным с кулисой 8 с возможностью перемещения вдоль ее оси. Средняя часть оси 7 размещена в прорези 9, выполненной на панели 10 таким образом, чтобы она могла перемещаться вдоль прорези 9, перемещая при этом стрелку 6. Верхние концы стержней 3, за исключением среднего стержня 11, связанного с планкой 12 осью 13, снабжены головками 14, которые расположены внутри П-образного сечения планки 12 таким образом, чтобы при перемещении и повороте планки 12 одновременно перемещались и стержни 3. Механизм, связывающий перемещением планки 12 с указателями распре- деленной нагрузки с перемещением стрелочного указателя сосредоточенной силы, выполненного в виде стрелки 6, состоит из поводка 15, жестко связанного с серединой планки 12, а другим концом посредством оси 16 - с кулисой 17. Кулиса 17 посредством оси 18 жестко связана с кулисой 8 и расположена с нею в одной плоскости. Для фиксации крайнего правого стержня 3 в нужном положении имеется стопорный винт 19, а паралельное перемещение стержня 3 вверх ограничивается головкой 20. Такую же конструкцию имеет и крайний левый стержень 3, который также фиксируется в нужном положении винтом 21. Длина поводка 15 и расстояние от балки 2 до прорези 9 и оси 18 выбраны такими, чтобы при повороте планки 12 на любой угол с одновременным ее взаимодействием со стопорным винтом 19 и винтом 21 обеспечивался поворот обеих, кулис 8 и 17 на один и тот же угол, а стрелка 6 перемещалась на расстояние в одну треть длины балки 2 от ее конца, на который действует наибольшая нагрузка.

Устройство для демонстрации распределенных нагрузок работает следующим образом.

Для демонстрации равномерно распределенной нагрузки планка 12 устанавливается на некотором расстоянии от балки 2 параллельно ей и крайние стержни 3 стопорятся винтами 19 и 21. При этом поводок 15 находится в одной вертикальной плоскости с кулисами 8 и 15, в этой же плоскости находится и стрелка 6, показывающая, что точка

приложения равнодействующей равномерно распределенной нагрузки располагается посреди участка балки, нагруженного такой нагрузкой. Отпустив винты 19 и 21, можно

изменить высоту планки 12, при этом стрелка 6 остается на том же месте, что свидетельствует о том, что положение равнодействующей равномерно распределенной нагрузки не зависит от ее интен0 сивности. Для демонстрации нагрузки на балку 2, распределенной по закону треугольника, отпускают, например, винт 19 и перемещают планку 12 с поворотом до ее соприкосновения с винтом 19, При этом

5 вместе с планкой 12 повернется и поводок

15,который за счет взаимодействия оси 16 повернет влево и кулису 17, а также одновременно повернется и кулиса 8 и переместит стрелку 6 влево на расстояние в одну

0 треть от левого конца балки 2. При этом поворот кулисы 8 сопровождается перемещением и поворотом оси 7, однако стрелка 6 устанавливается под действием силы тяжести в вертикальном направлении, так как

5 связана с осью 7 шарнирно. Это покажет, что балка 2 нагружена нагрузкой, распределенной по закону треугольника, а равнодействующая такой нагрузки приложена на расстоянии в одну треть длины участка от

0 максимальной интенсивности, т.е. от левого конца балки 2. Закрепив винт 19, можно опустить винт21 и увеличить или уменьшить интенсивность нагрузки, поднимая или опуская левый конец планки 12. При этом стрел5 ка 6 остается на том же месте, так как ось

16,перемещаясь по прямой, скользит вдоль кулисы 17, не изменяя ее углового положения. Опустив винт 19 и повернув планку 12 до взаимодействия ее левого конца с вин0 том 21, можно показать распределенную по закону треугольника нагрузку, максимальная интенсивность которой будет на правом конце балки 2. При этом вместе с поворотом планки 2 повернется и поводок

5 15 и повернет кулису 17 вправо до такого положения, при котором стрелка 6 установится на расстоянии в одну треть длины балки 2, но уже от ее правого конца. Это покажет, что независимо от вида нагруже0 ния балки 2 нагрузкой, распределенной по закону треугольника, равнодействующая этой нагрузки будет приложена в точке, отстоящей на одну треть длины нагруженного участка от того его конца, на котором дейст5 вует нагрузка с наибольшей интенсивностью.

Возможна демонстрация нагрузки на балку 2 распределенной по закону трапеции. При этом планку 12 располагают наклонно, чтобы ни один ее конец не взаимодействовал с винтом 19 или 21, При этом стрелка 6 устанавливается между серединой и третьей частью балки 2 в той стороне от ее середины, на которую приходится наибольшая интенсивность нагрузки.

Использование изобретения расширяет демонстрационные возможности устройства за счет возможности показа нагрузок, распределенных по закону треугольника или трапеции с максимальной интенсивностью их как с правого, так и с левого конца балки, что позволяет повысить уровень знаний данных положений теоретической механики. Кроме того, повышается технологичность конструкции за счет уменьшения количества деталей и их симметричности.

Формула изобретения

Устройство для демонстрации распределенных нагрузок, содержащее балку, указатели распределенной нагрузки, действующей на балку, выполненные в виде стрелок, каждая из которых соединена одним концом с планкой, стрелочный указатель сосредоточенной силы, равнодействующей распределенной нагрузке, панель с горизонтальной прорезью и механизм, связывающий перемещение планки с указателями распределенной нагрузки с перемещением стрелочного указателя сосредоточенной силы и состоящий из двух, связанных одним концом посредством оси

кулис, элемента, связанного с одной из кулис и со стрелочным указателем сосредото- ченной силы и поводка, шарнирно соединенного одним концом с второй кулисой, а другим - жестко с планкой, о т л ичающееся тем, что, с целью расширения демонстрационных возможностей и технологичности конструкции, элемент, связанный с одной из кулис, выполнен в виде оси и связан со стрелочным указателем равнодействующей силы шарнирно, поводок жестко связан с планкой в ее средней части, а кулисы посредством оси, размещенной в вертикальной плоскости симметрии устройства, соединены между собой.

Изобретение относится к учебно-наглядным пособиям по теоретической механике и может быть использовано для демонстрации нагрузок, действующих на балку, распределенных равномерно и по законам треугольника и трапеции, с показом изменения интенсивности этих нагрузок и расположения сосредоточенной силы, равнодействующей данным нагрузкам. Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей и технологичности конструкции. Устройство состоит из балки, указателей распределенных нагрузок, выполненных в виде стержней переменной длины и стрелочного указателя сосредоточенной силы, равнодействующей распределенной нагрузке, которая изменяет свое положение в зависимости от вида нагрузок. Перемещение указателя осуществляется посредством поводка, жестко связанного с планкой и взаимодействующего своим концом с кулисой, жестко связанной осью с другой кулисой, которая перемещает оси по прорези в панели. 6 ил.

Фиг.-/

#

12

.2

/2

// $

/5

Фю.З

/ 0

10

15

20

25

30

35

6-6

// /7

/6

f /J

Prt.S

/3

f #