Занятие 3. Жёсткость, прочность, устойчивость

Раздел Механика на Hobots L

Обеспечение жесткости и прочности создаваемых конструкций

Жёсткость - это способность твёрдого тела, конструкции или её элементов сопротивляться изменению формы или размеров от приложенного усилия

Прочность - это свойство конструкции сопротивляться разрушению под воздействием внешних сил.

Что нужно сделать, чтобы наша конструкция была жёсткой и прочной?

На прошлом занятии попытка зарядить резиномотор по максимуму путём сильного натяжения иногда приводила к тому, что конструкция резиномотора ломалась. Это говорит о том, что она была недостаточно жёсткой и прочной.

Самая жёсткая и прочная фигура - это треугольник.

Соберем треугольник из трёх палок на 15 отверстий:

А теперь для сравнения сделаем квадрат:

Как видим, конструкция совсем не жёсткая, потому что не сопротивляется изменению формы.
Как Вы думаете, как можно сделать конструкцию квадрата более жёсткой? Сразу напрашивается вариант использования уголков:

По сути, уголки являются маленькими треугольниками, обеспечивающими жесткость каждого угла квадрата. А можно ли обеспечить жёсткость без уголков? Да, если сделать такие уголки из палок, лучше минимум в двух местах:

Таким образом мы получили два треугольника, каждый со своей стороны обеспечивающих жесткость конструкции.
Такие детали (палки на 5 отверстий) называются “рёбра жесткости”.

Ребро жёсткости - элемент для придания конструкции большей прочности при нагрузке без изменения толщины и, соответственно, экономии материала (и бОльшей легкости конструкции, иногда это тоже важно).

Таким образом, для того, чтобы обеспечить прочность нашего резиномотора на прошлом занятии, надо было добавить ребро жёсткости.

Устойчивость

Предположим, что мы хотим собрать человекоподобного робота. Робот должен быть (как и человек) достаточно устойчивым, чтобы не падать, но и достаточно высоким, чтобы доставать до столов, полок, перемещать предметы и т.д.

Для основа человекоподобного робота нужно построить максимально высокую, но при этом прочную устойчивую конструкцию.

Аналогично можно попробовать собрать многоступенчатую ракету ли многоэтажное здание

Добавим к предыдущей конструкции ещё один этаж, использовав уголки:

Теперь ещё один этаж, использовав Г-образные палки:

Как Вы думаете, можно обеспечить устойчивость данной конструкции?
Нужно сделать широкое основание, как у пирамид.
Добавьте внизу палки или другие детали, чтобы увеличить площадь основания.
Например, используйте 3 прямоугольника, подсоединив их с разных сторон к основанию конструкции.

Назад в Учебник по робототехническому конструктору Hobots L