Компоновка подвижного узла.

[СВ]

 Имеется узел (рис.1): на основании закреплён рельс, по которому движется каретка (всё вместе - линейная направляющая), к каретке шарнирно )прикреплён подвижный упор: вверху - ось, внизу упор опирается на ролик (самоустанавливающийся, хотя это и не важно). Пропорции конструкции - примерно как на рисунке, масса упора около 60 кг.
Возник вопрос: не велико ли усилие, воздействующее не каретку? (60*800/250=190 кг) Затем возник вопрос: - А вообще правильно ли сделана конструкция? Анализ (см. рис.2,3,4) вроде бы показывает, что на каретку воздействует момент Мх, стремящийся "обломать" рельс (да и каретку). Как результат, предполагается модернизированная конструкция (рис.5).
Какие будут мысли, коллеги?
-  -  -  -  -  -
Другие варианты (которые кто-то обязательно предложит), конечно, интересны, но хотелось бы услышать мнение о правильности подхода к изменению именно этой конструкции.

[Kirilius83]

На рисунке 5 момент только возрастет.
Для начала посчитайте момент, векторами - нарисуйте силу, которая действует на шарнир около танкетки (она будет перпендикулярно радиусу 250, который из центра вращения узла), а потом разложите её на вертикальную и горизонтальные составляющие.

[СВ]

 Вначале я тоже так думал. Потом обратил внимание, что опорный ролик не ограничивает движение упора вниз. Потом заменил каретку на поворотный шарнир - т.е. убрал противодействие повороту выступов на рельсе и получился Рис.2. Естественно, все подвижные детали тут же опустятся вниз и получится Рис.3. А когда механизм покатается туда-сюда, он неизбежно опустится чуть ниже - Рис.4. "Переводим" Рис.4 в реальную конструкцию и получаем Рис.5, где каретка не будет выворачивать выступы на рельсах.

В принципе на Рис.4 показана линейная цилиндрическая опора, отличие от "рельсовой" опоры - возможность ещё и вращаться. Вот она (цилиндрическая) провернулась и, как говорится, нашла своё место, остаётся только заменить цилиндр на рельс.

- - - - - -
Наверное, я забыл задать вопрос: - Где оптимально должен быть шарнир? (Или: как самоустановится устройство на Рис.2 ?)
Мой ответ: - Как на Рис.5 (4)
Получил ещё ответ - с моим не совпал. Жду дальше. С разъяснениями, разумеется: что, как и почему?

[Kirilius83]

Эм, опорный ролик не ограничивает вниз? Т.е. конструкция упора вся может легко скользить вертикально вниз? Тогда весь вес приходит на танкетку. И тогда действительно на танкетку действует момент, но момент этот равен весу всего упора, помноженному на расстояние от точки А (кремление уопора к танкетке) до рельса, причем в горизонте! И этот момент примерно одинаков на обоих рисунках, и таким переносом его не убрать - только если вообще убать шарнир, жестко закрепив упор к танкетке. Ну либо сделать что бы опиралось на опорный ролик - и он воспринимал весь вес конструкции на себя.
На средних картинках - да, поскольку за рельс цепляемся шарниром то передать момент туда впринципе не может, но это совсем другой тип релься, с текущим так не прокатит!

ЗА прметить бы буквами все точки, но мне лень рисовать

[tiger]

Схема для расчета вероятно будет выглядеть так, как показано на рисунке.
Из схемы видно, что система статически неопределимая.

[СВ]

 С поправкой:
в точке В реакции Ryв нет, т.к.

... опорный ролик не ограничивает вниз...

т.е. шарнир подвижный, а "массу" нужно нарисовать не горизонтально, а вертикально,
и немного левее точки А должен быть ещё один шарнир (см.Рис.1, Рис.2), назовём его Д;
а пропорции примерно такие:
а=АВ(горизонтально)
б=3а=АВ(вертикально)
с=10а
d=0,5а=ДВ(горизонтально)
Сможете поправить?

[СВ]

...
На средних картинках - да, поскольку за рельс цепляемся шарниром то передать момент туда впринципе не может, но это совсем другой тип рельса, с текущим так не прокатит!
ЗА пометить бы буквами все точки, но мне лень рисовать

Действительно, с буквами было бы удобнее разговаривать.

Вернусь к началу, так сказать, к более подробному пояснению вопроса (которое не сделал, а надо бы).
Верхняя картинка (Рис.1) - реальная конструкция. Пропорции примерно похожие, разве по вертикали размеры ужаты.
Задача: разобраться, где лучше всего расположить шарнир (рядом с шарниром буква "А", да и он там единственный).
То, что вес упора полностью приходится на каретку и рельс, да ещё и умножается за счёт соотношения плеч (800/250), это естественно и неизменно, вопрос - в какую точку перенести шарнир, чтобы на каретку/рельс  не действовал ещё и изворачивающий момент Мх.
У меня получается- на одну линию (или чуть ниже) между центром тяжести упора и "центром каретки" - как на Рис.3, 4, 5.
(Как побочный вопрос: а не поведёт ли себя система на Рис.2 совсем по другому?)
Для решения составлена эквивалентная схема, в которой жёсткая заделка каретки на рельсе заменена на  цилиндрический шарнир (Рис.2) и далее рассматривается, как  система поведёт себя (самоустановится, так сказать), а на основании этого разработать новую схему с оптимальным расположением шарнира "А" (это не то А, что на схеме у tiger, у него вообще нет шарнира "А" (в предыдущем сообщении для tiger я назвал его как Д).

[Kirilius83]

Момент на рельсе равен расстояние от шарнира А умножить на массу узла. Соответственно пока шарнир на расстоянии от релься - будет момент. Разве что расположить шарнир над рельсом.

[tiger]

С поправкой:
в точке В реакции Ryв нет, т.к. т.е. шарнир подвижный, а "массу" нужно нарисовать не горизонтально, а вертикально,
и немного левее точки А должен быть ещё один шарнир (см.Рис.1, Рис.2), назовём его Д;
а пропорции примерно такие:
а=АВ(горизонтально)
б=3а=АВ(вертикально)
с=10а
d=0,5а=ДВ(горизонтально)
Сможете поправить?

Да. Там опора скользящая в B, поэтому одна реакция горизонтальная. И моментов в опорах А и B не должно быть, поскольку имеем дело с шарнирами. Это при заделке опоры неподвижно будет две реакции и момент. Вообщем получится нечто такое.

[tiger]

Действительно, с буквами было бы удобнее разговаривать.

Вернусь к началу, так сказать, к более подробному пояснению вопроса (которое не сделал, а надо бы).
Верхняя картинка (Рис.1) - реальная конструкция. Пропорции примерно похожие, разве по вертикали размеры ужаты.
Задача: разобраться, где лучше всего расположить шарнир (рядом с шарниром буква "А", да и он там единственный).
То, что вес упора полностью приходится на каретку и рельс, да ещё и умножается за счёт соотношения плеч (800/250), это естественно и неизменно, вопрос - в какую точку перенести шарнир, чтобы на каретку/рельс  не действовал ещё и изворачивающий момент Мх.
У меня получается- на одну линию (или чуть ниже) между центром тяжести упора и "центром каретки" - как на Рис.3, 4, 5.
(Как побочный вопрос: а не поведёт ли себя система на Рис.2 совсем по другому?)
Для решения составлена эквивалентная схема, в которой жёсткая заделка каретки на рельсе заменена на  цилиндрический шарнир (Рис.2) и далее рассматривается, как  система поведёт себя (самоустановится, так сказать), а на основании этого разработать новую схему с оптимальным расположением шарнира "А" (это не то А, что на схеме у tiger, у него вообще нет шарнира "А" (в предыдущем сообщении для tiger я назвал его как Д).

Дополнительный шарнир кажется излишен. Он ничего не даст, кроме лишней степени свободы.
Лучше ваш первый вариант. Жесткое крепление самого упора через каретку к рельсу будет оптимальным вариантом, Причем линию крепления упора расположить на уровне соединения каретки с рельсом. Иначе будет создаваться дополнительные момент.

[СВ]

 В третий раз поясняю: на Рис.1 - реальная конструкция и она останется.
Рис.2,3,4 - для понимания, куда перенести шарнир А, чтобы не было изворачивающего момента Мх в жёсткой заделке каретки на рельсе. Вы же всё время полагаете, что я хочу убрать рельс с кареткой.

По Вашей схеме (последней): всё верно нарисовано, но из-за прямоугольника, символизирующего груз (Q=600 н) и положения связей - шарниры А, С и соединение А с прямоугольником груза, создаётся эффект, что данной положение - устойчивое. Оно не так. Если соединить А, Q и В треугольником, сразу станет видно - это не положение равновесия, шарнир А не будет находиться на одной горизонтальной линии с С.
Положение равновесия находится из взаимосвязи реакций и сил; студенту/молодому специалисту/расчётчику уровня "хорошист/отличник" такое - как семечки, потому и обратился к форуму ...

-   -   -   -
На Рис.11,12,13 показаны варианты, пришедшие на ум чисто интуитивно (в порядке их "пришествия").
В каждом из них явно видны противоречия.

[tiger]

Вы получите дополнительную степень свободы в шарнире. Ваш упор или балка будет находиться тогда не в строго горизонтальном положении при постоянном положении стены опоры B. См. рис.

[СВ]

 Абсолютно не понял: каким образом упор поднимется вверх? У меня, знаете ли, почему-то всё наоборот. Может, покажите действующие для этого силы и прочее?

(А горизонтальное положение не при чём. Но за заботу о нём спасибо, только волноваться не стоит - для этого есть регулировки.)

[tiger]

См. последний рисунок в предыдущем посте (в нем показал шарнир D) .
Рычаг AD или d имеет постоянный радиус, который будет вращаться относительно опоры А. Он будет тянуть за собой шарнир D, и соответственно упор с весом Q. Поскольку стенка у опоры B вертикальная и находится на постоянном расстоянии от опоры А, то свободный торец упора будет подниматься.

[СВ]

 У нас есть только одна сила - Q, она и может тянуть, и думаю - только вниз, а рычаг АД ничего не имеет, он может только "реагировать".

[Kirilius83]

рис 10 - в точке С в реале ведь нет шарнира и потому там момент?
Да, что бы убрать момент надо в С сделать шарнир, но поскольку рельс менять не выйдет (и как на рис 11..13 вы не сможете реализовать), значит надо сделать тягу А-С, с двумя шарнирами по концам. Хотя точка С все равно будет не на рельсе, и момент все равно останется, но поскольку С ближе к рельсу чем А - момент будет ниже.
Либо - не трогайте А и танкетку, а сделайте упор в точке В - тогда масса будет приходится на В, и на танкетку момент действовать не будет. Можно даже просто перенести рельс с танкеткой в В,  а в С перенести упорный ролик - будет просто цепляться за уступ и испыпывать небольшие нагрузки.

[СВ]

 Жаль, что мало люда откликнулось, а потому Большое Спасибо тем, кто думает над вопросом.

По вопросу:
ничего никуда не будет переносится - такова конструкция.
Нужно всего лишь найти оптимальное положение точки А (по Рис.10), т.е. определить положение, в которое самоустановится механизм и момент на каретке/рельсе будет минимальным. И здесь нужен "учебный термех".

[Kirilius83]

Повторяю: момент будет минимальный, когда будет минимальное плечо АС. Возможно, когда А над рельсом, а не сбоку.
Так же возможно конструкция справа (она же тоже на рельс опирается?) своей массой (создающей свой момент) уравновесит танкетку.

[tiger]

Давайте еще с терминологией и упрощенной схемой разберемся.
Упор, каретка, рельс, противовес. Точка С - опора шарнирная неподвижная (каретка на рельсе), Точка В - опора шарнирная подвижная (ролик).
(на основании http://sopromat.org/info/3/3_2.php)
СВ, поправьте если что не правильно сказал.
СВ, у вас еще появился один новый элемент на чертеже - это противовес (электродвигатель).
Вот схема с учетом последнего вашего чертежа и вашей расстановки букв опор.
Это верно? Сейчас каретка жестко связана с упором и с противовесом.
Потом добавим на этот рисунок шарнир А.
Задача без шарнира решается. Все опорные реакции находятся.
Дополнительно вводится точка О и система координат.
Ниже решение. Составляем систему линейных уравнений. Сумма моментов всех сил, действующих на систему относительно точки О (два неизвестных), сумму моментов всех сил, действующих на систему относительно точки С (одно неизвестное) и сумму всех действующих сил на систему (одно неизвестное). И все должно быть равно 0.
Отсюда найдете значения реакций опор.Если знак минус, значит действующая сила направлена в противоположную сторону от того, как показано на рисунке.

[СВ]

 Ладно, расскажу в пятый раз.
Есть конкретная конструкция, и в неё не стоит влезать (и противовесов там нет, двигатель и редуктор - это привод поступательного движения каретки зубчатым ремнём).
Есть схема, в которой каретка/рельс заменены на шарнир С (Рис.10).
Нужно

... всего лишь найти оптимальное положение точки А (по Рис.10), т.е. определить положение, в которое самоустановится механизм ...

Оптимальное положение точки А будет перенесено на конкретную конструкцию.
Всё.
- - - - -
Лично я склоняюсь к решению по Рис.13 (с чуть другими углами - не равными между собой), но с учётом динамики (когда устройство будет двигаться взад-вперёд) - к Рис.11.