Строймех для чайников (2)

ВИДЫ КРЕПЛЕНИЙ И СТЕПЕНИ СВОБОДЫ

Крепление стержня есть своего рода ограничение его степеней свободы: перемещения или вращения в пространстве от воздействия внешней нагрузки и в зависимости от характера этого ограничения существуют разные виды креплений.

Существует три основных типа крепления стержневых систем к диску:

1. Шарнирно-подвижная опора

Имеет две степени свободы: перемещение от воздействия горизонтальных сил и от вращающих сил, крутящих моментов, рис 1.

Рис. 1 Степени свободы шарнирно-подвижной опоры

Как видно из рисунка, перемещение по вертикали невозможно, поэтому при вертикальной внешней нагрузке в шарнире будет возникать внутреннее возвратное усилие или реакция опоры. Возвратное, потому что реакция опоры направлена всегда противоположно направлению прилагаемой нагрузки, и в шарнирно подвижной опоре эта реакция всегда будет возникать по направлению опорного стержня вертикально или горизонтально в зависимости от расположения опоры, рис 2.

Рис. 2 Реакция шарнирно-подвижной опоры

Отсюда можно сделать вывод, что реакция в опоре возникает только в случае сопротивления опоры перемещению от заданной нагрузки.

2. Шарнирно-неподвижная опора или

Имеет одну степень свободы: перемещение от вращающих сил, крутящих моментов, рис 3.

Рис. 3 Степень свободы шарнирно-неподвижной опоры

Из рисунка видно, что перемещение по вертикали и горизонтали невозможно, следовательно, в шарнирно-неподвижной опоре максимальное число возникающих реакций – две, и они всегда будут направлены: одна по вертикали, другая по горизонтали в зависимости от наличия внешних нагрузок , рис 4.

Рис. 4 Реакция шарнирно-неподвижной опоры

3. Жёсткая заделка

Не имеет степеней свободы, так как в опоре возникает крутящий реактивный момент, препятствующий повороту закреплённого стержня, как в выше перечисленных шарнирах, условно его можно представить в виде крепления из двух шарниров, рис 5.

Рис. 5 Жёсткая заделка, принцип сопротивления повороту

Из рисунка видно, что если мы попытаемся повернуть стержень относительно точки А или точки В, то этому воспрепятствует второй рядом стоящий шарнир, перемещение по вертикали или горизонтали также невозможно. Следовательно, в такой опоре будут возникать максимум три усилия: всегда по горизонтали, по вертикали и момент, направленный противоположно вращающей силе. Реактивный опорный момент может возникать как от приложенного одиночного момента, рис 6а, так и от вращающего усилия, рис 6б.

а)

б)

Рис. 6 Реакции жёсткой заделки: а) только от одиночного момента, б) от горизонтальной и вертикальной внешних сил.

Вращающим усилием на рис 6б является момент, возникающий от внешней горизонтальной нагрузки. Таким образом, реактивный момент в жёсткой заделке возникает всегда, когда есть усилие несовпадающее с направлением закреплённого стержня.

Примечание: реакции в опорах не всегда возникают в своём максимальном количестве, их наличие напрямую зависит от вида и направления внешней нагрузке в заданной системе, рис 4.

4