Шарнирно-рычажный механизм с кривошипом, тремя шатунами и тремя балансирами

Авторы патента:

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.

Известный шарнирно-рычажный механизм имеет неизменяемые длины звеньев и неизменяемые положения опор. Это не позволяет проводить исследования по выявлению зависимостей, например, величин скоростей и ускорений точек механизма от длины звеньев.

В предложенном механизме все звенья выполнены телескопическими с клеммами на концах, а площадки, на которых расположены опоры, стали иметь возможность изменять свои положения. Это позволило обучающимся проводить учебно-исследовательскую работу по выявлению, например, величин скоростей и ускорений, а также сил взаимодействия звеньев, от размеров звеньев и положения их опор. 1 ил.

Известен многозвенный шарнирно-рычажный механизм (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр.81, рис.80, вар. 3), начальное положение опор которого определяется размерами a, b, с, d, состоящий из кривошипа, расположенного вертикально вверх и шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вверх с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с первым балансиром, направленным вертикально вниз, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, первый шатун в середине своей длины шарнирно связан со вторым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого шарнирно связан со вторым балансиром, направленным вверх с левым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, неподвижные вращательные шарниры кривошипа, первого и второго балансиров расположены на одной горизонтальной линии, второй шатун своей средней частью в соотношении два к полутора от своего начала шарнирно связан с третьим шатуном, направленным вниз с левым уклоном, другой конец которого связан шарнирно с третьим балансиром, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира кривошипа.

Основной недостаток известного многозвенного шарнирно-рычажного механизма заключается в том, что он имеет постоянные размеры звеньев и постоянное положение опор, не позволяющих проводить исследования по отысканию зависимостей, например, величин скоростей и ускорений характерных точек механизма от размеров его звеньев, величин сил взаимодействия его звеньев от их размеров.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы сделать звенья механизма изменяемыми по длине с соответствующим изменением положения их опор с тем, чтобы можно было проводить исследования по выявлению зависимостей величин скоростей и ускорений характерных точек механизма от размеров звеньев и положения их опор, а также зависимостей величин сил взаимодействия от размеров звеньев.

Технический результат достигается тем, что шарнирно-рычажный механизм с одним кривошипом, тремя шатунами и тремя балансирами, состоящий из кривошипа, расположенного вертикально вверх и шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вверх с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с первым балансиром, направленным вертикально вниз, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, первый шатун в середине своей длины шарнирно связан со вторым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого шарнирно связан со вторым балансиром, направленным вверх с левым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, неподвижные вращательные шарниры кривошипа, первого и второго балансиров расположены на одной горизонтальной линии, второй шатун своей средней частью в соотношении два к полутора от своего начала шарнирно связан с третьим шатуном, направленным вниз с левым уклоном, другой конец которого связан шарнирно с третьим балансиром, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира кривошипа, согласно нашему предложению, все звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала звеньев к их концам, а горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.

Такое исполнение шарнирно-рычажного механизма позволило изменять размеры его звеньев и положения их опор и исследовать зависимость, например, скоростей и ускорений характерных точек механизма, а также других характеристик, например, силовых, от размеров звеньев и положения их опор.

На фиг. представлена схема шарнирно-рычажного механизма.

Шарнирно-рычажный механизм, начальное положение опор которого определяется размерами а, b, с, d, состоит из кривошипа AO₁, направленного вертикально вверх и шарнирно связанного с первым шатуном АСВ, который направлен вверх с левым уклоном и шарнирно связан с первым балансиром ВО₂, направленным вертикально вниз. Другой конец балансира связан с неподвижным вращательным шарниром O₂. Первый шатун в середине своей длины в точке С шарнирно связан со вторым шатуном CED, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого в точке D шарнирно связан со вторым балансиром DO₃, направленным вверх с левым уклоном. Другой конец этого балансира в точке О₃ связан с неподвижным вращательным шарниром, неподвижные вращательные шарниры кривошипа, первого и второго балансиров расположены на одной горизонтальной линии. Второй шатун CED своей средней частью в соотношении два к полутора от своего начала шарнирно связан в точке Е с третьим шатуном EF, направленным вниз с левым уклоном. Другой конец третьего шатуна в точке F связан шарнирно с третьим балансиром FO₄, направленным вниз с правым уклоном, который в точке O₄ связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира O₁ кривошипа. Все звенья механизма выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала звеньев к их концам, например, у телескопического стержня DO₃ - наружный стержень 1, клемма 2. Горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих соответственно 3, 4, 5, 6, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих соответственно 7, 8, 9, 10 и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.

Шарнирно-рычажный механизм работает следующим образом.

Например, изменяем длину кривошипа АО₁. Для этого ослабляем затяжку резьбовых крепежных элементов клеммы, выдвигаем внутренний стержень из наружного и устанавливаем нужную длину кривошипа, а затем жестко соединяем стержни с помощью клеммы затяжкой резьбовых крепежных элементов. При этом изменяется скорость точки А, которая определяется по формуле

где ₁ - угловая скорость кривошипа; - длина кривошипа.

При увеличенной длине кривошипа увеличивается и величина скорости точки А. С изменением скорости точки А происходит изменение скоростей и других характерных точек механизма, например, точек В, С, Е, D, F. Изменяя ступенчато длину кривошипа и определяя скорости характерных точек механизма, можно выявлять зависимость величин скоростей точек от длины кривошипа.

Аналогично можно определять зависимости и величин ускорений характерных точек от длины кривошипа, а также сил взаимодействия звеньев механизма, известными методами теоретической механики и теории механизмов и машин. Следует сказать, что можно определять скорости и ускорения не только характерных точек механизма, но и любых других точек, принадлежащих звеньям рассматриваемого механизма.

По аналогии можно изменять размеры и других звеньев и выявлять необходимые зависимости. Опыт показывает, что у предложенного механизма появились огромные возможности в осуществлении различных сочетаний в изменении длин звеньев, а у обучающихся - широкие возможности для проведения учебно-исследовательской работы.

Задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.

Шарнирно-рычажный механизм с кривошипом, тремя шатунами и тремя балансирами, состоящий из кривошипа, расположенного вертикально вверх и шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вверх с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с первым балансиром, направленным вертикально вниз, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, первый шатун в середине своей длины шарнирно связан со вторым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого шарнирно связан со вторым балансиром, направленным вверх с левым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, неподвижные вращательные шарниры кривошипа первого и второго балансиров расположены на одной горизонтальной линии, второй шатун своей средней частью в соотношении два к полутора от своего начала шарнирно связан с третьим шатуном, направленным вниз с левым уклоном, другой конец которого связан шарнирно с третьим балансиром, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира кривошипа, отличающийся тем, что все звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала звеньев к их концам, а горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.