Шарнирно-рычажный механизм с кривошипом, тремя шатунами, двумя балансирами и горизонтальным ползуном

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ. Известный шарнирно-рычажный механизм имеет неизменяемые длины рычажных 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 рычажные 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.

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

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. 1), начальное положение опор которого определяется размерами а, b, с, d, e, f, состоящий из кривошипа, направленного вниз с левым уклоном, шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вверх с левым уклоном, который в середине своей длины шарнирно связан с первым балансиром, направленным вверх с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным выше и левее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, другой конец первого шатуна связан шарнирно со вторым шатуном, направленным вверх с правым уклоном, также шарнирно связанным со вторым балансиром, направленным вверх с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным выше и левее, чем неподвижный вращательный шарнир первого балансира, второй шатун на расстоянии одной четверти длины от своего конца шарнирно связан с третьим шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, находящихся справа от второго шатуна, а их ось симметрии делит расстояние между неподвижными вращательными шарнирами балансиров примерно пополам.

Основной недостаток известного многозвенного шарнирно-рычажного механизма заключается в том, что он имеет постоянные размеры рычажных 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 рычажные 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 кривошипом, тремя шатунами, двумя балансирами и горизонтальным ползуном, состоящий из кривошипа, направленного вниз с левым уклоном, шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вверх с левым уклоном, который в середине своей длины шарнирно связан с первым балансиром, направленным вверх с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным выше и левее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, другой конец первого шатуна связан шарнирно со вторым шатуном, направленным вверх с правым уклоном, также шарнирно связанным со вторым балансиром, направленным вверх с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным выше и левее, чем неподвижный вращательный шарнир первого балансира, второй шатун на расстоянии одной четверти длины от своего конца шарнирно связан с третьим шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, находящихся справа от второго шатуна, а их ось симметрии делит расстояние между неподвижными вращательными шарнирами балансиров примерно пополам, согласно нашему предложению, все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала рычажных звеньев к их концам, а горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и горизонтальные направляющие ползуна 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 рычажных 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 состоит из кривошипа АО₁, направленного вниз с левым уклоном, шарнирно связанного с первым шатуном АВС, направленным вверх с левым уклоном, который в середине своей длины в точке В шарнирно связан с первым балансиром ВО₂, имеющим правый уклон. Другой конец балансира ВО₂ связан с неподвижным вращательным шарниром О₂, расположенным выше и левее неподвижного вращательного шарнира O₁, которым кривошип связан со станиной. Другой конец первого шатуна в точке С связан шарнирно со вторым шатуном CED, направленным вверх с правым уклоном. Второй шатун шарнирно связан в точке D со вторым балансиром DO₃ , направленным вверх с правым уклоном, другой конец которого связан неподвижным вращательным шарниром O₃ со станиной. Шарнир О₃ расположен выше и левее, чем неподвижный вращательный шарнир О₂ первого балансира. Второй шатун CED на расстоянии одной четверти своей длины от другого конца в точке Е шарнирно связан с третьим шатуном EF, который имеет правый уклон и другим своим концом в точке F шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, находящихся справа от второго шатуна. Ось симметрии направляющих делит расстояние между неподвижными вращательными шарнирами O₂ и О ₃ балансиров примерно пополам. Все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, например, звено EF. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах. Для приведенного примера: стержень 1 и клемма 2. Все клеммы направлены от начала рычажных звеньев к их концам. Горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров O₁, O₂, O₃ и горизонтальные направляющие ползуна 3 выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, соответственно 4, 5, 6, 7, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих, соответственно 8, 9, 10, 11 и жесткого закрепления и тех и других к направляющим. Размеры звеньев и первоначальное положение опор определены размерами а, b, с, d, e, f.

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 рычажных 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, двумя балансирами и горизонтальным ползуном, состоящий из кривошипа, направленного вниз с левым уклоном, шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вверх с левым уклоном, который в середине своей длины шарнирно связан с первым балансиром, направленным вверх с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным выше и левее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, другой конец первого шатуна связан шарнирно со вторым шатуном, направленным вверх с правым уклоном, также шарнирно связанным со вторым балансиром, направленным вверх с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным выше и левее, чем неподвижный вращательный шарнир первого балансира, второй шатун на расстоянии одной четверти длины от своего конца шарнирно связан с третьим шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, находящихся справа от второго шатуна, а их ось симметрии делит расстояние между неподвижными вращательными шарнирами балансиров примерно пополам, отличающийся тем, что все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала рычажных звеньев к их концам а горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и горизонтальные направляющие ползуна 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.