Шарнирно-рычажный механизм с кривошипом, двумя шатунами, балансиром и вертикальным 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.82, рис.81, вар.16), начальное положение опор которого определяется размерами а, b, с, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном, шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого шарнирно связан с первым балансиром в середине его длины, направленным вверх с левым уклоном, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, балансир представляет собой равнобедренный треугольник, нижнее бедро которого исходит из неподвижного вращательного шарнира и пресекается с его основанием в нижней точке треугольника, с которой шарнирно связан второй шатун, направленный вниз с левым уклоном, другой конец которого связан с ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, находящихся справа от неподвижного вращательного шарнира балансира.

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 в шарнирно-рычажном механизме с кривошипом, двумя шатунами, балансиром и вертикальным ползуном, состоящем из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном, шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого шарнирно связан с первым балансиром в середине его длины, направленным вверх с левым уклоном, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, балансир представляет собой равнобедренный треугольник, нижнее бедро которого исходит из неподвижного вращательного шарнира и пресекается с его основанием в нижней точке треугольника, с которой шарнирно связан второй шатун, направленный вниз с левым уклоном, другой конец которого связан с ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, находящихся справа от неподвижного вращательного шарнира балансира, 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, стороны жесткого треугольника также выполнены телескопическими, у стержня верхней стороны треугольника, связанного с концом первого шатуна, клеммы наружных стержней направлены в сторону неподвижного шарнира балансира, у стержня нижней стороны треугольника клемма направлена в сторону шарнирного соединения со вторым шатуном, у стержня основания треугольника клемма направлена вверх, а горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и вертикальные 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 кривошипом, двумя шатунами, балансиром и вертикальным ползуном, начальное положение опор которого определяется размерами а, b, с, состоит из кривошипа АО₁, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном АС, направленным вниз с правым уклоном. Другой конец шатуна шарнирно связан с первым балансиром О₂СВ в середине его длины, в точке С, направленным вверх с левым уклоном, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром О₂, расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира О₁ , которым кривошип связан со станиной. Балансир представляет собой равнобедренный треугольник O₂CBD, нижнее бедро которого исходит из неподвижного вращательного шарнира и пресекается с его основанием в нижней точке D треугольника. С треугольником шарнирно связан второй шатун DE, направленный вниз с левым уклоном, другой конец которого в точке Е связан с ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, находящихся справа от неподвижного вращательного шарнира О₂ балансира. Все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала рычажных звеньев к их концам. Например, первый шатун АС имеет наружный стержень 1 и клемму 2, направленную к концу звена. Стороны жесткого треугольника также выполнены телескопическими. У стержня верхней стороны ВСО₂ треугольника, связанного в точке С с концом первого шатуна, клеммы наружных стержней направлены в сторону неподвижного шарнира О₂ балансира. У стержня нижней стороны O₂D треугольника клемма направлена в сторону шарнирного соединения со вторым шатуном DE. У стержня основания DB треугольника клемма направлена вверх. Горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и вертикальные направляющие ползуна выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих соответственно 3, 4, 5, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих соответственно 6, 7, 8 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, двумя шатунами, балансиром и вертикальным ползуном, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном, шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого шарнирно связан с первым балансиром в середине его длины, направленным вверх с левым уклоном, нижний конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, балансир представляет собой равнобедренный треугольник, нижнее бедро которого исходит из неподвижного вращательного шарнира и пресекается с его основанием в нижней точке треугольника, с которой шарнирно связан второй шатун, направленный вниз с левым уклоном, другой конец которого связан с ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, находящихся справа от неподвижного вращательного шарнира балансира, 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, стороны жесткого треугольника также выполнены телескопическими, у стержня верхней стороны треугольника, связанного с концом первого шатуна, клеммы наружных стержней направлены в сторону неподвижного шарнира балансира, у стержня нижней стороны треугольника клемма направлена в сторону шарнирного соединения со вторым шатуном, у стержня основания треугольника клемма направлена вверх, а горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров, и вертикальные 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.