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

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 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.

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. 2), начальное положение опор которого определяется размерами а, b, с, d, e, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном, шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который представляет собой жесткий равнобедренный треугольник и который второй вершиной с удлиненной стороной шарнирно связан с первым балансиром, направленным вниз с левым уклоном и связанным другим своим концом с неподвижным вращательным шарниром, третья вершина основания равнобедренного треугольника шарнирно связана со вторым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с горизонтальным ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих станины, второй шатун своей серединой шарнирно связан с третьим шатуном, направленным вверх с левым уклоном, другой конец которого шарнирно связан со вторым балансиром, направленным вниз с левым уклоном и связанным другим своим концом с неподвижным вращательным шарниром.

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, а также 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 одним кривошипом, тремя шатунами, двумя балансирами и одним горизонтальным ползуном, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном, шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который представляет собой жесткий равнобедренный треугольник и который второй вершиной с удлиненной стороной шарнирно связан с первым балансиром, направленным вниз с левым уклоном и связанным другим своим концом с неподвижным вращательным шарниром, третья вершина основания равнобедренного треугольника шарнирно связана со вторым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с горизонтальным ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих станины, второй шатун своей серединой шарнирно связан с третьим шатуном, направленным вверх с левым уклоном, другой конец которого шарнирно связан со вторым балансиром, направленным вниз с левым уклоном и связанным другим своим концом с неподвижным вращательным шарниром, согласно нашему предложению, все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения снабжены клеммами на концах, направленными от начала рычажных звеньев к их концам, стороны жесткого равнобедренного треугольника также выполнены телескопическими, клемма нижнего телескопического стержня направлена к шарнирному соединению с первым балансиром, клемма верхнего телескопического стержня, сопряженного с нижним телескопическим стержнем, направлена к шарнирному соединению со вторым шатуном, клемма телескопического стержня основания треугольника направлена к шарнирному соединению с кривошипом, а горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров кривошипа и балансиров, а также 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 с одним кривошипом, тремя шатунами, двумя балансирами и одним горизонтальным ползуном, начальное положение опор которого определяется размерами а, b, с, d, e, состоит из кривошипа AO₁, направленного вверх с левым уклоном, шарнирно связанного с первым шатуном АВС, направленным вниз с правым уклоном, который представляет собой жесткий равнобедренный треугольник и который второй вершиной В с удлиненной стороной АВ шарнирно связан с первым балансиром ВО₂, направленным вниз с левым уклоном и связанным другим своим концом с неподвижным вращательным шарниром O₂, третья вершина С основания равнобедренного треугольника шарнирно связана со вторым шатуном CED, направленным вниз с правым уклоном, который другим своим концом в точке D шарнирно связан с горизонтальным ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих станины, второй шатун своей серединой в точке Е шарнирно связан с третьим шатуном EF, направленным вверх с левым уклоном. Другой конец шатуна в точке F шарнирно связан со вторым балансиром FO₃, направленным вниз с левым уклоном и связанным другим своим концом с неподвижным вращательным шарниром O₃. Все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения снабжены клеммами на концах, направленными от начала рычажных звеньев к их концам. Например, у звена ВО₂ наружный стержень 1 и клемма 2. Стороны жесткого равнобедренного треугольника также выполнены телескопическими. Клемма нижнего телескопического стержня АВ направлена к шарнирному соединению в точке В с первым балансиром. Клемма верхнего телескопического стержня ВС, сопряженного в точке В с нижним телескопическим стержнем, направлена к шарнирному соединению в точке С со вторым шатуном. Клемма телескопического стержня основания СА треугольника направлена к шарнирному соединению А с кривошипом. Горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров кривошипа и балансиров, а также горизонтальные направляющие ползуна, выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих 3, 4, 5 и 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. Размеры рычажных звеньев и первоначальное положение опор определены размерами а, b, с, d, e.

Шарнирно-рычажный механизм работает следующим образом.

Например, изменяем длину кривошипа AO₁. 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 одним кривошипом, тремя шатунами, двумя балансирами и одним горизонтальным ползуном, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном, шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который представляет собой жесткий равнобедренный треугольник и который второй вершиной с удлиненной стороной шарнирно связан с первым балансиром, направленным вниз с левым уклоном и связанным другим своим концом с неподвижным вращательным шарниром, третья вершина основания равнобедренного треугольника шарнирно связана со вторым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с горизонтальным ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих станины, второй шатун своей серединой шарнирно связан с третьим шатуном, направленным вверх с левым уклоном, другой конец которого шарнирно связан со вторым балансиром, направленным вниз с левым уклоном и связанным другим своим концом с неподвижным вращательным шарниром, отличающийся тем, что все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения снабжены клеммами на концах, направленными от начала рычажных звеньев к их концам, стороны жесткого равнобедренного треугольника также выполнены телескопическими, клемма нижнего телескопического стержня направлена к шарнирному соединению с первым балансиром, клемма верхнего телескопического стержня, сопряженного с нижним телескопическим стержнем, направлена к шарнирному соединению со вторым шатуном, клемма телескопического стержня основания треугольника направлена к шарнирному соединению с кривошипом, а горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров кривошипа и балансиров, а также 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.