Кривошипно-кулисный механизм с балансиром, шатуном и одним вертикальным ползуном

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике, по теории механизмов и машин и другим общетехническим дисциплинам технических вузов, техникумов и технических училищ. Известный кривошипно-кулисный 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 рычажные звенья, включая кулису, 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, по теории механизмов и машин и другим общетехническим дисциплинам технических вузов, техникумов и технических училищ.

Известен многозвенный кривошипно-кулисный механизм (Анализ и синтез плоских механизмов /Маркин Ю.С., Наумов Л.Г., Маркин О.Ю. и др./ Под редакцией д. т. н., профессора Маркина Ю.С. - Казань, Татарское кн. изд-во, 2003, стр.63, задания 36-40), начальное положение опор и размеры звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, с, R, состоящий из кривошипа, направленного вниз с левым уклоном и шарнирно связанного с первым ползуном, расположенным в направляющих кулисы, направленной вниз с левым уклоном и связанной с неподвижным вращательным шарниром, за которым кулиса продолжается в виде прямолинейного стержня - балансира, направленного вверх под углом 90° к направлению кулисы с правым уклоном и шарнирно связанного с шатуном, направленным вниз с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан со вторым ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, находящихся левее шатуна, а их ось симметрии проходит вертикально на определенном расстоянии от неподвижного вращательного шарнира кулисы, расположенного на одной вертикали с неподвижным вращательным шарниром, которым кривошип связан со станиной.

Основной недостаток известного многозвенного кривошипно-кулисного 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, в кривошипно-кулисном механизме с балансиром, шатуном и одним вертикальным ползуном, состоящем из кривошипа, направленного вниз с левым уклоном и шарнирно связанного с первым ползуном, расположенным в направляющих кулисы, направленной вниз с левым уклоном и связанной с неподвижным вращательным шарниром, за которым кулиса продолжается в виде прямолинейного стержня - балансира, направленного вверх под углом 90° к направлению кулисы с правым уклоном и шарнирно связанного с шатуном, направленным вниз с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан со вторым ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, находящихся левее шатуна, а их ось симметрии проходит вертикально на определенном расстоянии от неподвижного вращательного шарнира кулисы, расположенного на одной вертикали с неподвижным вращательным шарниром, которым кривошип связан со станиной, согласно нашему предложению, все рычажные звенья механизма, включая кулису, выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала звеньев к их концам, а площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и вертикальные направляющие второго 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 кривошипно-кулисного 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 кривошипно-кулисного механизма.

Кривошипно-кулисный механизм с балансиром, шатуном и одним вертикальным ползуном, начальное положение опор и размеры звеньев которого определяются соответствующими размерами а , b, с, R, состоит из кривошипа АО₁, направленного вниз с левым уклоном и шарнирно связанного с первым ползуном 1, расположенным в направляющих кулисы BE, направленной вниз с левым уклоном и связанной с неподвижным вращательным шарниром Е, за которым кулиса продолжается в виде прямолинейного стержня - балансира ЕС. Балансир направлен вверх под углом 90° к направлению кулисы с правым уклоном и шарнирно связан с шатуном CD, направленным вниз с левым уклоном, который другим своим концом в точке D шарнирно связан со вторым ползуном 2, расположенным в вертикальных направляющих, находящихся левее шатуна. Ось симметрии направляющих проходит вертикально на определенном расстоянии от неподвижного вращательного шарнира Е кулисы, расположенного на одной вертикали с неподвижным вращательным шарниром О ₁, которым кривошип связан со станиной. Все рычажные звенья механизма, включая кулису, выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала звеньев к их концам. Например, шатун CD имеет наружный стержень 3 и клемму 4, расположенную на конце звена. Площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров О₁ и Е и вертикальные направляющие второго ползуна 2 выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих соответственно 5, 6, 7, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих соответственно 8, 9, 10 и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.

Кривошипно-кулисный 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.

Кривошипно-кулисный механизм с балансиром, шатуном и одним вертикальным ползуном, состоящий из кривошипа, направленного вниз с левым уклоном и шарнирно связанного с первым ползуном, расположенным в направляющих кулисы, направленной вниз с левым уклоном и связанной с неподвижным вращательным шарниром, за которым кулиса продолжается в виде прямолинейного стержня-балансира, направленного вверх под углом 90° к направлению кулисы с правым уклоном и шарнирно связанного с шатуном, направленным вниз с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан со вторым ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, находящихся левее шатуна, а их ось симметрии проходит вертикально на определенном расстоянии от неподвижного вращательного шарнира кулисы, расположенного на одной вертикали с неподвижным вращательным шарниром, которым кривошип связан со станиной, отличающийся тем, что все рычажные звенья механизма, включая кулису, выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала звеньев к их концам, а площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и вертикальные направляющие второго 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.