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

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.

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.84, рис.83, вар.30), начальное положение опор которого определяется размерами a, b, c, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вниз с левым уклоном, другой конец которого связан с первым балансиром, направленным вниз с правым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром, расположенным на одной вертикали с неподвижным вращательным шарниром, которым кривошип связан со станиной, первый балансир представляет собой жесткий равнобедренный треугольник, равные по размеру стороны которого исходят из неподвижного вращательного шарнира, которым балансир связан со станиной, верхняя сторона треугольника является его основанием с размером, в два раза меньшим, чем одна из его одинаковых сторон, третья вершина треугольника шарнирно связана со вторым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого связан со вторым балансиром, направленным вверх с левым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром, расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира кривошипа, второй балансир на расстоянии одной трети длины от своего начала шарнирно связан с третьим шатуном, направленным вверх с левым уклоном, другой конец которого шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, ось симметрии которых находится на горизонтали, проходящей через неподвижный вращательный шарнир первого 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 одним кривошипом, тремя шатунами, двумя балансирами и одним горизонтальным ползуном, состоящем из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вниз с левым уклоном, другой конец которого связан с первым балансиром, направленным вниз с правым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром, расположенным на одной вертикали с неподвижным вращательным шарниром, которым кривошип связан со станиной, первый балансир представляет собой жесткий равнобедренный треугольник, равные по размеру стороны которого исходят из неподвижного вращательного шарнира, которым балансир связан со станиной, верхняя сторона треугольника является его основанием с размером, в два раза меньшим, чем одна из его одинаковых сторон, третья вершина треугольника шарнирно связана со вторым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого связан со вторым балансиром, направленным вверх с левым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром, расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира кривошипа, второй балансир на расстоянии одной трети длины от своего начала шарнирно связан с третьим шатуном, направленным вверх с левым уклоном, другой конец которого шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, ось симметрии которых находится на горизонтали, проходящей через неподвижный вращательный шарнир первого 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, клеммы внешних стержней направлены у левого ребра равнобедренного треугольника влево, у правого ребра - вверх, у основания этого треугольника - вниз, а горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и 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 a, b, c, состоит из кривошипа AO₁, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном AB направленным вниз с левым уклоном, другой конец которого связан с первым балансиром BO₂, направленным вниз с правым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром O₂, расположенным на одной вертикали с неподвижным вращательным шарниром O ₁, которым кривошип связан со станиной.

Первый балансир представляет собой жесткий равнобедренный треугольник BCO₂, равные по размеру стороны которого исходят из неподвижного вращательного шарнира O₂, которым балансир связан со станиной. Верхняя сторона BC треугольника является его основанием с размером, в два раза меньшим, чем одна из его одинаковых сторон, например, ребро BO₂, Третья вершина C треугольника шарнирно связана со вторым шатуном CD, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого связан со вторым балансиром DEO₃, направленным вверх с левым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром O₃ , расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира O₁ кривошипа.

Второй балансир на расстоянии одной трети длины от своего начала в точке E шарнирно связан с третьим шатуном EF, направленным вверх с левым уклоном, другой конец которого шарнирно связан с ползуном F, расположенным в горизонтальных направляющих, ось симметрии которых находится на горизонтали, проходящей через неподвижный вращательный шарнир O₂ первого 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 AB имеет наружный стержень 1 и клемму 2, расположенную на конце звена. Стороны жесткого треугольника также выполнены телескопическими. Клеммы внешних стержней направлены: у левого ребра CO₂ равнобедренного треугольника влево. У правого ребра CO₂ - вверх. У основания BC этого треугольника - вниз.

Горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров O₁, O ₂, O₃ и направляющие ползуна F 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 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 A, которая определяется по формуле

,

где ₁ - угловая скорость кривошипа; - длина кривошипа.

При увеличенной длине кривошипа увеличивается и величина скорости точки A. С изменением скорости точки A происходит изменение скоростей и других характерных точек механизма, например, точек B, C, E, 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 и шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вниз с левым уклоном, другой конец которого связан с первым балансиром, направленным вниз с правым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром, расположенным на одной вертикали с неподвижным вращательным шарниром, которым кривошип связан со станиной, первый балансир представляет собой жесткий равнобедренный треугольник, равные по размеру стороны которого исходят из неподвижного вращательного шарнира, которым балансир связан со станиной, верхняя сторона треугольника является его основанием с размером, в два раза меньшим, чем одна из его одинаковых сторон, третья вершина треугольника шарнирно связана со вторым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого связан со вторым балансиром, направленным вверх с левым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром, расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира кривошипа, второй балансир на расстоянии одной трети длины от своего начала шарнирно связан с третьим шатуном, направленным вверх с левым уклоном, другой конец которого шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, ось симметрии которых находится на горизонтали, проходящей через неподвижный вращательный шарнир первого 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, клеммы внешних стержней направлены у левого ребра равнобедренного треугольника влево, у правого ребра - вверх, у основания этого треугольника - вниз, а горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров, и 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.